代码收藏家技术教程 2023-12-03

51单片机中使用74HC595移位寄存器的方法详解

1.74HC595芯片介绍

1.1.引脚定义

1.2.工作原理

2.实际应用

2.1.控制数码管

2.2.点阵屏显示图形

2.3.点阵屏显示动画

3.知识点

3.1.位变量（sbit/bit）

3.2.字模提取

1.74HC595芯片介绍

74HC595芯片是一个串行输入，并行输出设备。其内部包括一个8位移位寄存器、一个存储器以及三态输出门电路，其中移位寄存器和存储器都有相互独立的时钟，每当移位寄存器输入时钟SHCP上升沿来临之时，数据被移出。

1.1.引脚定义

引脚定义，怎么命名，并没有个统一的规则，所以每个人在绘制芯片引脚图时，根据个人习惯命名可能都不一样（如：14号引脚（DS/SER），10号引脚（MR/SCLR），11号引脚（SHCP/SCK），12号引脚（STCP/RCK）等）；虽然命名可能不一样，但引脚的功能确是一样；

1.2.工作原理

工作方式1：将DS的数据，通过SHCP产生上升沿，一位位的移入移位寄存器；然后再有STCP产生一个上升沿，将移位寄存器的数据送入存储寄存器；再通过OE低电平使能，将对应的数据给到工作引脚；这，只是74HC595常见的工作方式之一，也是本篇的重点；

数据输入：串行数据从DS口输入，要将DS上的数据移入移位寄存器，需要时钟驱动，即SHCP每产生一个上升沿，DS上的数据往移位寄存器送入一位，先送低位，后送高位，经过8个上升沿后，8bit全部送入移位寄存器；

数据锁存：就是要将移位寄存器里边的数据，送入存储寄存器，即时钟信号STCP产生一个上升沿，就可完成此操作；

数据输出：使能信号OE为低电平，存储寄存器的8bit数据（一个字节）就在Q7-Q0并行输出，并输出的数据会被锁存起来

功能汇总：除了以上介绍的方式1之外，74HC595芯片的功能有以下

2.实际应用

2.1.控制数码管

功能需求：通过74HC595控制P2口（前提：可以通过移位寄存器控制P2口）

程序设计：根据74HC595芯片的工作原理，我们知道，最关键的引脚其实只有三个，分别是串行数据输入引脚DS、移位寄存器时钟输入引脚SHCP、储存寄存器时钟输入引脚STCP；所以代码怎么写，无非就是配置这几个引脚，定义串行数据输入的子函数，以及运行所需要的主函数；

#include <REGX52.H>

//*配置引脚，根据原理图
sbit STCP=P3^5;//储存寄存器时钟输入引脚配置
sbit SHCP=P3^6;//移位寄存器时钟输入引脚配置
sbit DS=P3^4;  //串行数据输入引脚配置

//*子函数，定义需要输入的串行数据
void _74HC595_WriteByte(unsigned char Byte)
{
	unsigned char i;
	for(i=0;i<8;i++)      //当i＞8时，跳出循环，即次函数循环8次（8位移位寄存器）
	{
		DS=Byte&(0x80>>i);//非0即1，每运行1次，数据整体右移一位
		SHCP=1;           //SHCP上升沿时，DS的数据写入移位寄存器
		SHCP=0;
	}
	STCP=1;               //STCP上升沿时，数据从移位寄存器转存储存寄存器
	STCP=0;
}

//*主函数
void main()
{
	SHCP=0;                  //移位寄存器时钟信号初始化
	STCP=0;                  //储存寄存器时钟信号初始化
	_74HC595_WriteByte(0x48);//74HC595写入0x48（0100 1000）
	while(1)
	{
	
	}
}

2.2.点阵屏显示图形

功能需求：通过74HC595芯片，控制LED点阵屏，显示所需静态画面

硬件电路：从原理图可以看出，点阵屏的电路，也是个矩阵电路；想点亮其中哪颗或哪几颗灯，其实就是段选和位选的过程；

程序设计：相比上一个用例，点阵屏的驱动，其实就是增加了点阵LED灯的段选和位选子函数；

#include <REGX52.H>
#include "Delay.h"

//*配置引脚，根据原理图
sbit STCP=P3^5;//储存寄存器时钟输入引脚配置
sbit SHCP=P3^6;//移位寄存器时钟输入引脚配置
sbit DS=P3^4;  //串行数据输入引脚配置

//*子函数，定义需要输入的串行数据
void _74HC595_WriteByte(unsigned char Byte)
{
	unsigned char i;
	for(i=0;i<8;i++)      //当i＞8时，跳出循环，即次函数循环8次（8位移位寄存器）
	{
		DS=Byte&(0x80>>i);//非0即1，每运行1次，数据整体右移一位
		SHCP=1;           //SHCP上升沿时，DS的数据写入移位寄存器
		SHCP=0;
	}
	STCP=1;               //STCP上升沿时，数据从移位寄存器转存储存寄存器
	STCP=0;
}

//*子函数，通过控制点阵屏的段选和位选，来控制想要的图形
void MatrixLED_ShowColumn(unsigned char Column,Data)//定义变量列（位选）和行（段选）
{
	_74HC595_WriteByte(Data);//段选，通过74HC595的串行数据输入口DS控制
	P0=~(0x80>>Column);      //位选，通过向右移一位的方式，去控制点阵屏的8列
	Delay(1);                //延时1ms
	P0=0xFF;                 //消影，P0口置高电平
}

//*主函数
void main()
{
	SHCP=0;
	STCP=0;
	while(1)
	{
		MatrixLED_ShowColumn(0,0x80);//位选第1列，段选显示0x80
		MatrixLED_ShowColumn(1,0xF0);//位选第2列，段选显示0xF0
		MatrixLED_ShowColumn(2,0x48);//位选第3列，段选显示0x48
		MatrixLED_ShowColumn(3,0x66);//位选第4列，段选显示0x66
	}
}

2.3.点阵屏显示动画

功能需求：通过74HC595芯片，控制LED点阵屏，显示所需静态画面

硬件电路：从原理图可以看出，点阵屏的电路，也是个矩阵电路；想点亮其中哪颗或哪几颗灯，其实就是段选和位选的过程；

#include <REGX52.H>
#include "Delay.h"

//*配置引脚，根据原理图
sbit STCP=P3^5;//储存寄存器时钟输入引脚配置
sbit SHCP=P3^6;//移位寄存器时钟输入引脚配置
sbit DS=P3^4;  //串行数据输入引脚配置

//*子函数，定义需要输入的串行数据
void _74HC595_WriteByte(unsigned char Byte)
{
	unsigned char i;
	for(i=0;i<8;i++)      //当i＞8时，跳出循环，即次函数循环8次（8位移位寄存器）
	{
		DS=Byte&(0x80>>i);//非0即1，每运行1次，数据整体右移一位
		SHCP=1;           //SHCP上升沿时，DS的数据写入移位寄存器
		SHCP=0;
	}
	STCP=1;               //STCP上升沿时，数据从移位寄存器转存储存寄存器
	STCP=0;
}

//*子函数，通过控制点阵屏的段选和位选，来控制想要的图形
void MatrixLED_ShowColumn(unsigned char Column,Data)//定义变量列（位选）和行（段选）
{
	_74HC595_WriteByte(Data);//段选，通过74HC595的串行数据输入口DS控制
	P0=~(0x80>>Column);      //位选，通过向右移一位的方式，去控制点阵屏的8列
	Delay(1);                //延时1ms
	P0=0xFF;                 //消影，P0口置高电平
}

//*数组，编辑需要显示的图形文字
unsigned char Animation[]={
	0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,
	0x80,0x40,0x20,0x1F,0x20,0x40,0x80,0x00,
	0x2F,0x00,0x80,0x40,0x20,0x1F,0x20,0x40,
	0x80,0x00,0x2F,0x00,0x30,0x48,0x84,0x42,
	0x21,0x42,0x84,0x48,0x30,0x00,0x00,0x00,
	0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,
};

//*主函数
void main()
{
    //*定义所需变量
	unsigned char i,Offset,Count;
	SHCP=0;                  //移位寄存器时钟信号初始化
	STCP=0;                  //储存寄存器时钟信号初始化
	while(1)
	{
		for(i=0;i<8;i++)
		{
			MatrixLED_ShowColumn(i,Animation[i+Offset]);
		}
		Count++;
        //*相当于有一个延时，扫描10遍，当Count＞10的时候，Offset++，偏移一位
        //*那这能不能用Delay函数代替呢？？？
		if(Count>10)
		{
			Count=0;
			Offset++;
			if(Offset>32)//Offset可以偏移多少位，根据实际显示的内容设置，因为我们需要显示的内容是8*32的，所以当Offset＞32的时候，回到第1位
			{
				Offset=0;
			}
		}
	}
}

3.知识点

3.1.位变量（sbit/bit）

在 C51 中，允许用户通过位类型符定义位变量。位类型符有两个：bit 和 sbit；可以定义两种位变量

bit 位类型符：用于定义一般的可位处理位变量；它的格式如下：
bit 位变量名；
sbit 位类型符：用于定义在可位寻址字节或特殊功能寄存器中的位，定义时须指明其位地址，可以是位直接地址，可以是可位寻址变量带位号，也可以是特殊功能寄存器名带位号；格式如下：
sbit 位变量名=位地址；
如位地址为位直接地址，其取值范围为 0x00~0xff；

如位地址是可位寻址变量带位号或特殊功能寄存器名带位号，则在它前面须对可位寻址变量或特殊功能寄存器进行定义；字节地址与位号之间、特殊功能寄存器与位号之间一般用“^”作间隔；如74H595的引脚配置：
//*配置引脚，根据原理图
sbit STCP=P3^5;//储存寄存器时钟输入引脚配置
sbit SHCP=P3^6;//移位寄存器时钟输入引脚配置
sbit DS=P3^4;  //串行数据输入引脚配置