单片机驱动数码管设计详解(用74HC595实现)

简单设计了一个单片机驱动数码管的电路，该设计中只使用了4位数码管，占用了单片机3个IO口，如果驱动芯片全用满可以驱动8位数码管。仅供初学者分享学习。

1. 数码管显示设计

本设计使用了一个4位的数码管，为共阳型，为了节省单片机的IO口，使用了两片74HC595作为数码管的驱动芯片，共占用3个IO口。74HC595部分电路图如下：

与单片机相连接的三个脚分别为：HC_DAT,HC_RCK,HC_CLK。两片595采用级联方式，即U2的第9脚接到U3的第14引脚。

2. 74HC595简介

74HC595是8位的移位寄存器，串入并出，并具有锁存功能，被广泛的用于数码管、点阵的驱动电路中。其管脚介绍如下：

15：数据输出A-接数码管数据A段；

1：数据输出B-接数码管数据B段；

2：数据输出C-接数码管数据C段；

3：数据输出D-接数码管数据D段；

4：数据输出E-接数码管数据E段；

5：数据输出F-接数码管数据F段；

6：数据输出G-接数码管数据G段；

7：数据输出H-接数码管数据H段；

16：电源正脚-接电源正；

8：电源负脚-接电源负；

14：数据输入脚-接单片机管脚；

12：数据锁存时钟-接单片机管脚；

11：数据输入时钟-接单片机管脚；

13：使能输出脚-低电平有效，接低电平；

10：数据清零-不清零，接高电平；

9：数据级联输出-接下一片595的数据输入脚；

74HC595的真值表如下：

知道了74HC595的引脚定义和真值表，那该如何编程呢？下面重点来了，通过时序图来编程。看重点！！！

3. 74HC595时序图

我是重点！我是重点！我是重点！

通过时序可以看出：

SCK是上升沿的时候要把数据写入；

RCK是上升沿的时候数据才能锁存显示；

有数据操作的过程中RESET必须是高电平；

EN必须是低电平，595才能工作；

知道了以上4点就可以写程序了。其中3、4条是硬件连接上的事情(也可以用单片机的IO口来连接，这样的话可以随时控制74HC595的工作与否情况)。写程序主要靠1、2条。下面具体操作。

4. 程序实例

看下面一段程序：

第39行：HC595_CLK(0)的原型如下：

HC595_CLK(0)是让CLK处于低电平，即上升沿还没有来到；

HC595_DAT(1)就是要把写入的数据准备好；

temp<<1是将数据移位，即一个字节分八次写入；

HC595_CLK(1)是让CLK处于高电平，即上升沿来了；

以上几句解释一下就是：

在CLK时钟上升沿来临之前把要写入的数据准备好，等上升沿来了就把准备好的数据写入。 这就是对时序图的解释。

记住，这仅仅是把数据写入到了74HC595中，但是还没有让74HC595锁存，即没有让数据显示出来，如果让数据显示的话，必须要给RCK一个上升沿(即时序图中的第2条)，操作如下：

单片机执行完这个程序后，数据才会在数码管上显示出来。

这一节内容的难度较大，主要是因为时序图这个东西是很模糊的一个内容，大家可以慢慢理解体会。

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单片机芯片74HC595的引脚图详解

14脚：DS(SER)，串行数据输入引脚

13脚：OE，%20输出使能控制脚，它是低电才使能输出，所以接GND

12脚：RCK，存储寄存器时钟输入引脚。上升沿时，数据从移位寄存器转存带存储寄存器。

11脚：SCK，移位寄存器时钟引脚，上升沿时，移位寄存器中的bit%20数据整体后移，并接受新的bit(从SER输入)。

10脚：MR,低电平时，清空移位寄存器中已有的bit数据，一般不用，接%20高电平即可。

9%20脚%20：串行数据出口引脚。当移位寄存器中的数据多于8bit时，会把已有的bit“挤出去”，就是从这里出去的。用于595的级联。

Qx：并行输出引脚

使用参数VCC：2V~6V，5V最好

I%20Qn：+-%2035mA

注意第一个从SER送入的bit将会从Q7出去。

74HC595介绍一张图片和一段文字，哪种信息传递方式给人的第一视觉冲击是最大的?我想大家心中都有答案。

这也是我文章标题的来由。废话就到这里，下面我就用图片来分析595这个chip。

74HC595的最重要的功能就是：串行输入，并行输出。3态高速位移寄存器(好腻害的说)

595里面有2个8位寄存器：移位寄存器、存储寄存器

移位寄存器

在我看来，74HC595的移位寄存器工作方式就像shou%20%20qiang弹夹。但是子弹的发射(移位寄存器中的数据转储到存储寄存器)，又像是【散x弹】(因为是并行输出嘛)

为什么说和弹夹很像呢?

1、串行输入，已进入的位数据依次下移(所以叫移位寄存器)%20|%20子弹也是一颗一颗上的，先上的子弹，被后上的慢慢往下压。

2、第一个输入的位，是并行输出的最后一个位%20|%20最先进入弹夹的子弹，最后射出。

74HC595的引脚图

14脚：DS，又叫SER 英文全称是：Serial data input ，顾名思义，就是串行数据输入口。

595的数据来源只有这一个口，一次只能输入一个位，那么连续输入8次，就可以积攒为一个字节了。

假如，我们要将二进制数据0111 1111 输入到595的移位寄存器中，下面来上一张动态图，模拟了前2个位输入的情景。

这个图有7帧，做了很久，毕竟不是做美工的。可谓术业有专攻，闻道有先后啊，还是要虚心学习 :)

0111 1111 这个数据完全输入后是这样的

我们还要注意一个脚：11脚，(shift register clock input) 移位寄存器时钟引脚。上升沿有效。

首先我们要介绍这个引脚的作用。

我们知道51单片机的工作离不开晶振，他使CPU的工作步调稳定有序，就像跑步时喊1，2，1的那个人。

那么这里的位移寄存器时钟也是同样的道理，当一个新的位数据要进来时，已经进入的位数据就在移位寄存器时钟脉冲的控制下，整体后移，让出位置。

上升沿：电平从低到高的那个过程。移位寄存器时钟在上升沿这个过程中才起作用。

存储寄存器

到这里我们已经大致讲了怎么上子弹，也把子弹上齐了。下面来将怎么将子弹打出去，也就是怎么将移位寄存器的数据转移到存储寄存器

存储寄存器是直接和8个输出引脚相通的，将移位寄存器的数据转移到存储寄存器后，Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 就可以接受带到我们

开始输入的一个字节的数据。所谓存储寄存器，就是数据可以存在这个寄存器中，并不会随着一次输出就消失，只要595不断电，也没有新 的

数据从移位寄存器中过来，数据就一直不变且有效。新的数据过来后，存储寄存器中的数据就会被覆盖更新。

12脚： (storage register clock input ) 存储寄存器时钟

数据从位移寄存器转移到存储寄存器，也是需要时钟脉冲驱动的，这就是12脚的作用。它也是上升沿有效。

自此，我们已经讲解了一个595正常情况下的工作流程

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