【51单片机快速入门指南】2.4：74HC595、LED点阵屏及其SPI控制

硬知识

选自《普中51单片机开发攻略_V1.2》

IO 口扩展方式-串转并

使用的芯片是 74HC595。开发板板载 1 个 74HC595 芯片，仅需单片机 3 个 IO 口即可扩展 8 个，如果需要还可以将 2 个 74HC595 级联扩展出 16 个 IO，这就实现用少数 IO 资源控制多个设备。

74HC595 芯片介绍

74HC595 是一个 8 位串行输入、并行输出的位移缓存器，其中并行输出为三态输出（即高电平、低电平和高阻抗）。
在这里插入图片描述

15 和 1 到 7 脚 QA–QH：并行数据输出
9 脚 QH 非：串行数据输出
10 脚 SCLK 非（ MR）：低电平复位引脚
11 脚 SCK（ SHCP）：移位寄存器时钟输入
12 脚 RCK（ STCP）：存储寄存器时钟输入
13 脚 G 非（ OE）：输出有效
14 脚 SER（ DS）：串行数据输入

74HC595 具有 8 位移位寄存器和一个存储器，三态输出功能。移位寄存器和存储器是单独的时钟。数据在 SCK 的上升沿输入，在 RCK 的上升沿进入到存储器中。如果两个时钟连在一起，则移位寄存器总是比存储器早一个脉冲。移位寄存器有一个串行输入（DS），和一个串行输出（Q7 非），和一个异步的低电平复位，存储寄存器有一个并行8 位、具有三态的总线输出，当 MR 为高电平，OE 为低电平时，数据在 SHCP 上升沿进入移位寄存器，在 STCP 上升沿输出到并行端口。

硬件设计

在这里插入图片描述
74HC595 需要用到的控制管脚 SER、RCLK、SRCLK 直接连接到 51 单片机的 P3.4~P3.6 IO 口上，输出端则是直接连接到 LED 点阵模块的行端口上，即为 LED 发光二极管的阳极，LED 点阵的列则为发光二极管的阴极。
要想控制 LED 点阵，可以将单片机管脚按照 74HC595 芯片的通信时序要求来传输数据，这样即可控制 LED 点阵的行数据。根据 LED 发光二极管导通原理，当阳极为高电平，阴极为低电平则点亮，否则熄灭。因此通过单片机 P0 口可控制点阵列，74HC595 可控制点阵行。

测试源码

修改自官方例程
stdint.h见【51单片机快速入门指南】1：基础知识和工程创建

HC74595.c

#include <REGX52.H>
#include "intrins.h"
#include "stdint.h"#define Rows P0uint8_t Mat[8][8] = 
{1,1,1,1,1,1,1,1,0,1,0,0,0,0,1,0,0,0,1,0,0,1,0,0,0,0,0,1,1,0,0,0,0,0,0,1,1,0,0,0,0,0,1,0,0,1,0,0,0,1,0,0,0,0,1,0,1,1,1,1,1,1,1,1,
};void HC74595_Delay() //10us @11.0592MHz
{unsigned char i;i = 2;while (--i);
}//定义74HC595控制管脚
sbit SRCLK_74595	=	P3^6;	//移位寄存器时钟输入
sbit RCLK_74595		=	P3^5;		//存储寄存器时钟输入
sbit SER_74595		=	P3^4; 		//串行数据输入/*******************************************************************************
* 函 数 名         : hc595_write_data(uint8_t dat)
* 函数功能		   : 向74HC595写入一个字节的数据
* 输    入         : dat：数据
* 输    出         : 无
*******************************************************************************/
void hc595_write_data(uint8_t dat)
{uint8_t i=0;for(i=0;i<8;i++)//循环8次即可将一个字节写入寄存器中{SER_74595=dat>>7;//优先传输一个字节中的高位dat<<=1;//将低位移动到高位SRCLK_74595=0;HC74595_Delay();SRCLK_74595=1;HC74595_Delay();//移位寄存器时钟上升沿将端口数据送入寄存器中	}RCLK_74595=0;HC74595_Delay();RCLK_74595=1;//存储寄存器时钟上升沿将前面写入到寄存器的数据输出	
}void imshow(uint8_t mat[8][8])
{uint8_t i, j, Row_Pix;for(i=0; i<8; ++i){	hc595_write_data(0x00);//消除前面寄存器缓存数据for(j = 0, Row_Pix = 0; j < 8; ++j)Row_Pix |= mat[i][j] << (7-j);Rows = ~Row_Pix;hc595_write_data(0x80>>i);//写入新的数据HC74595_Delay();}
}

HC74595.h

#ifndef HC74595_H_
#define HC74595_H_#include "stdint.h"extern uint8_t Mat[8][8];void hc595_write_data(uint8_t dat);
void imshow(uint8_t mat[8][8]);#endif

main.h

#include <REGX52.H>
#include "intrins.h"
#include "stdint.h"
#include "HC74595.h"void main(void)
{	while(1){imshow(Mat);}
}

实验现象

如图，成功将Mat中的二值图像打印在8x8的点阵屏上
在这里插入图片描述

SPI控制

SPI控制代码见【51单片机快速入门指南】5：软件SPI
SPI使用模式2

#include <STC89C5xRC.H>
#include "intrins.h"
#include "stdint.h"
#include "./Soft_SPI/Soft_SPI.h"#define Rows P0//定义74HC595控制管脚
sbit RCLK_74595_CS	=	P3^5;		//存储寄存器时钟输入uint8_t Mat[8][8] = 
{1,1,1,1,1,1,1,1,0,1,0,0,0,0,1,0,0,0,1,0,0,1,0,0,0,0,0,1,1,0,0,0,0,0,0,1,1,0,0,0,0,0,1,0,0,1,0,0,0,1,0,0,0,0,1,0,1,1,1,1,1,1,1,1,
};void HC74595_Delay() 
{}/*******************************************************************************
* 函 数 名         : hc595_write_data(uint8_t dat)
* 函数功能		   : 向74HC595写入一个字节的数据
* 输    入         : dat：数据
* 输    出         : 无
*******************************************************************************/
void hc595_write_data(uint8_t dat)
{RCLK_74595_CS=0;SOFT_SPI_RW_MODE2(dat);RCLK_74595_CS=1;//存储寄存器时钟上升沿将前面写入到寄存器的数据输出	
}void imshow(uint8_t mat[8][8])
{uint8_t i, j, Row_Pix;for(i=0; i<8; ++i){	hc595_write_data(0x00);//消除前面寄存器缓存数据for(j = 0, Row_Pix = 0; j < 8; ++j)Row_Pix |= mat[i][j] << (7-j);Rows = ~Row_Pix;hc595_write_data(0x80>>i);//写入新的数据HC74595_Delay();}
}