74HC595在LED点阵显示系统中的应用

黄勇

摘要：74HC595是一串行输入/串行输出或并行输出的8位芯片，介绍了该芯片在LED点阵显示、双色LED点阵显示及多位LED点阵显示应用中的硬件设计及软件设计，对硬件设计及软件设计的关键环节进行了详细阐述。

关键词：74HC595;LED点阵;显示系统

中图分类号：G642        文献标识码：A        文章编号：1009-3044（2018）36-0256-02

随着单片机技术的不断发展以及高亮度LED发光管的出现，LED点阵显示屏作为一种新型的传播媒体迅速发展起来。LED显示屏主要应用在医院、银行、车站、码头、广告窗等各种公共场所。LED点阵显示屏具有成本低、亮度高、耗电省、使用寿命长、色彩鲜艳、视角广、屏幕尺寸大、可视性好等特点，是目前较为先进的宣传显示媒体。LED点阵显示屏的驱动需要占用多个并行口资源，而用于驱动LED点阵的51单片机只有常用的P0至P2三个并口，在实际应用系统设计中往往采用74HC595进行串行到并行的扩展，这样就节约了大量的并口资源。本文详细介绍了74HC595芯片在LED点阵显示、双色LED点阵显示及多位LED点阵显示应用中的硬件设计及软件设计。

1 74HC595的结构和工作原理

74HC595是8位串行输入/输出或串行输入/并行输出的器件。内部具有8位移位寄存器、一个锁存器、三态输出。其功能结构如图1。

74HC595的工作过程如下：每当SHcp上升沿到来时，Ds引脚当前电平值在移位寄存器中左移一位，在下一个上升沿到来时移位寄存器中的所有位都会向左移一位，同时Q7'也会串行输出移位寄存器中高位的值，这样连续进行8次，就可以将一个数（8位）送到移位寄存器;然后当STcp上升沿到来时，移位寄存器的值将会被锁存到锁存器里，在OE引脚为低电平时，数据从Q0～7引脚输出。

2 LED点阵显示

LED点阵显示屏是由多个发光二极管组成。按点阵可以分为5×7、8×8以及16×16规格的显示屏模块。它是一种通过控制发光二极管的显示方式，即靠灯的亮灭来显示字符。一般用来显示文字、图形、图像等各种信息。在物理连接上分共阴极连接和共阳极连接两种。LED点阵结构原理如图2所示，显示时，先通过单片机的并口输出位选择信息0111111，即选中第一行，然后通过单片机另一个并口输出第一行对应的帧信息，1表示亮，0表示不亮。然后再输出位选择信息10111111，选择第二行，再输出第二行对应的帧信息，如此，一直扫描到第8行。再软件中，按一定的频率依次输出位选择信号及每行的帧信息，利用人的视觉惯性就能看到稳定的字符或图形显示。

3 74HC595在LED点阵显示中的应用

3.1 74HC595在单色LED点阵显示中的应用

从上面的LED点阵显示原理上，可以看出，一个8×8点阵显示就需要占用单片机的2个并口资源，在实际使用中，可以用2片74HC595芯片，一个74HC595芯片只需连接单片机的3位输入输出口即可输出8位信息。具体连接是：74HC595芯片的Ds引脚（串行输入）、SHcp引脚（移位寄存器的移位脉冲输入）、STcp引脚（锁存器的锁存脉冲信号输入）。输出使能端OE接地。相关程序如下：

sbit LATCH =P1^0; 锁存时钟输入

sbit SRCLK=P1^1;移位时钟输入

sbit SER= P1^2;位数据线输入

void Send（unsigned char dat）

{unsigned char i;

for（i=0;i<8;i++）  //发送字节

{SRCLK=0;

SER=dat&0x80;  //发送dat的最高位

SRCLK_B=1;

dat<<=1;}

LATCH=0;    //锁存

_nop_（）;

LATCH=1;}

3.2 74HC595在双色LED点阵显示中的应用

一个双色8×8LED点阵的驱动需要3个并口，一个并口输出位选择信号，一个并口输出一种颜色的帧信息，另一个并口输出另一个颜色的帧信息。显然占用了单片机太多的并口资源。实际使用中，可以用3片74HC595，一片输出位选择信息，另二片输出颜色的帧信息。二片输出颜色的帧信息的74HC595在连接上要进行级联。即一片74HC595的输入端连接在另一74HC595芯片的串行输出端Q7，特别注意的是，二片芯片的SHcp引脚和STcp引脚需分别连接在一起，使用相同的移位脉冲源及相同的锁存信号。在软件设计中，需考虑级连的情况，先将二种颜色的帧信息发完，再进行锁存。相关程序如下：

void SendByte（unsigned char dat）

{  unsigned char i;

for（i=0;i<8;i++）

{SRCLK=0;

SER=dat&0x80;

SRCLK=1;

dat<<=1; }}

void Send2Byte（unsigned char dat1，unsigned char dat2）//發送2个字节

{  SendByte（dat1）;

SendByte（dat2）; }

void Out595（void）   //锁存帧信息

{  LATCH=0;

_nop_（）;

LATCH=1;}

3.3 74HC595在多位LED點阵显示中的应用

在多位LED点阵的显示系统中，也可以使用74HC595的级连来驱动每个LED点阵。设有4个8×8的LED点阵，若要在这四个LED上同时显示4个字符的话，则需要5个并口资源。这就占用了单片机太多的并口资源。实际上，51单片机最多可以使用4个并口。现在考虑使用5个74HC595，一个74HC595作为位选择信号输出，另外4个74HC595级连，每个74HC595驱动一个LED点阵。在硬件连接上，将四个LED点阵的位选择端连接再一起，用来输出帧信息的4个74HC595采用级联，芯片的SHcp引脚和STcp引脚需分别连接在一起。再软件设计上需考虑到74HC595的级连，先发出4个LED的帧信息，然后再发出锁存信号。相关程序如下：

void Send4Byte（unsigned char dat1，…，unsigned char dat4）//发送4个字节

{  SendByte（dat1）;

SendByte（dat2）;

SendByte（dat3）;

SendByte（dat4）;}

void Out595（void）   //锁存帧信息

{  LATCH=0;

_nop_（）;

LATCH=1;}

4 结束语

本文详细地阐述了74HC595在LED点阵显示系统、双色LED点阵显示系统及多位LED点阵显示系统中的硬件设计及软件设计的关键环节。并给出了硬件连接方案和关键程序段。

参考文献：

[1] 刘援琼.基于AT89C51单片机的LED点阵显示系统设计[J].仪器仪表用户，2015，22（1）：21-23

[2] 杨富强，朱利强.基于单片机的LED 点阵动态显示系统[J].工业控制计算机，2013，26（1）：101-102

[3] 漆强.LED 矩阵显示屏实验系统的设计[J]. 实验科学与技术.2014，12（2）：19-21.

[4] 陈晨，孙涛.LED 显示屏控制器设计[J]. 电子世界，2013（3）：26-26.

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