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单片机套装：普中STC51单片机开发板A4标准版套餐7
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IO扩展-74HC595
外围设备占用的IO口较多，而51单片机提供的IO口非常有限，如果想要连接更多的外围设备，就需要通过扩展IO来实现。这里使用的是74HC595的串转并芯片。
74HC595芯片介绍
74HC95是一个8位串行输入、并行输出的位移缓存器，其中并行输出位三态输出（高电平、低电平和高阻抗）。
Q0~Q7为并行数据输出，Q7’为串行数据输出，DS为串行数据输入。通过串行数据输出连接串行移位输入可以级联多个595芯片，从而实现IO扩展功能。
MR为低电平复位引脚，名称上面一杠说明低电平有效。
SH_CP为移位寄存器的时钟输入，控制移位寄存器一位一位地移动存储数据；ST_CP为存储寄存器的时钟输入，控制移位寄存器中的八位数据一次性全部存储到存储寄存器当中。存储寄存器的输出连接到并行输出口Q0~Q7。
OE为使能引脚，如果该信号为低电平则并行输出口可以输出。
硬件介绍
在51单片机中，595芯片被用于LED点阵。LED点阵的原理与矩阵按键类似，对行共阳、列共阴二极管来说，列线路低电平、行线路高电平时相应的二极管被点亮。
595芯片的两个时钟输入分别连接P35-36引脚，串行输入连接P34引脚，用于接受并行输出的数据。并行输出引脚与LED点阵行线路引脚一一对应。
实验7-1 IO扩展
实现功能：通过72HC595模块控制LED点阵以行为单位循环滚动显示。
#include "reg52.h"
typedef unsigned char u8;
typedef unsigned int u16;
//定义两个时钟输入和串行输入端口
sbit SRCLK = P3^6;
sbit rCLK = P3^5;
sbit SER = P3^4;
//定义LED点阵端口
#define LED_COL_PORT P0
//存储点亮LED点阵每一行的串行输入数据
u8 ghc595_buf[8] = {0x01, 0x02, 0x04, 0x08, 0x10, 0x20, 0x40, 0x80};
//延时函数
void delay_10us(u16 time)
{
while(time --);
}
//写入串行输入数据函数
void hc595_write_data(u8 dat)
{
u8 i = 0;
for(i = 0;i < 8;i++)
{
//移位寄存器从高位到低位依次存储数据
SER = dat >> 7; //存储最高位
dat <<= 1; //将数据的次高位移到最高位
//移位寄存器时钟产生上升沿（低电平转高电平瞬间）控制SER写入寄存器
SRCLK = 0;
delay_10us(1); //寄存器对传输延时有要求（详见芯片手册），该芯片寄存器延时为纳秒级
SRCLK = 1;
}
//移位寄存器存储完8位数据，存储寄存器时钟产生上升沿控制数据转入存储寄存器
rCLK = 0;
delay_10us(1);
rCLK = 1;
}
void main()
{
u8 i = 0;
//LED点阵列线路有下拉电阻默认高电平，需全部设为低电平
LED_COL_PORT = 0x00;
while(1)
{
for(i = 0;i < 8;i++)
{
//将使LED点阵每一行点亮的串行输入数据依次写入芯片
hc595_write_data(ghc595_buf[i]);
delay_10us(50000);
}
}
}
使用LED点阵需要用黄色跳线帽插在GND和OE上将OE接地，使并行输出口有效。不使用时则插在OE和VCC上。
实验7-2 IO扩展（595级联）
当多个595芯片级联时，数据会以字节为单位从前一个芯片推向后一个芯片。以上图为例，当四个字节的数据存入移位寄存器后，在转入存储寄存器时，最后一个字节在该芯片并行输出，而前三个字节溢出到串行输出口传输到第二个芯片。以此类推，第二个芯片并行输出倒数第二个字节，前两个字节溢出到第三个芯片；第三个芯片并行输出第二个字节，第一个字节溢出到最后一个芯片并行输出。其中前两个芯片分别控制前八行、后八行，后两个芯片分别控制前八列、后八列。
实现功能：通过72HC595模块控制LED点阵以行为单位循环滚动显示。
#include "reg52.h"
typedef unsigned char u8;
typedef unsigned int u16;
sbit SRCLK = P3^6;
sbit rCLK = P3^5;
sbit SER = P3^4;
//传入四个一字节的参数，按并行输出芯片序号命名，如dat1由第一个芯片并行输出
void hc595_write_data(u8 dat1, u8 dat2, u8 dat3, u8 dat4)
{
u8 i = 0;
//输入顺序与输出芯片顺序相反，所以按倒序依次写入四个字节的数据
for(i = 0;i < 8;i++)
{
SER = dat4 >> 7;
dat4 <<= 1;
SRCLK = 0;
delay_10us(1);
SRCLK = 1;
}
for(i = 0;i < 8;i++)
{
SER = dat3 >> 7;
dat3 <<= 1;
SRCLK = 0;
delay_10us(1);
SRCLK = 1;
}
for(i = 0;i < 8;i++)
{
SER = dat2 >> 7;
dat2 <<= 1;
SRCLK = 0;
delay_10us(1);
SRCLK = 1;
}
for(i = 0;i < 8;i++)
{
SER = dat1 >> 7;
dat1 <<= 1;
SRCLK = 0;
delay_10us(1);
SRCLK = 1;
}
//四个字节的数据都写入移位寄存器后传入存储寄存器
rCLK = 0;
delay_10us(1);
rCLK = 1;
}
void main()
{
u8 i = 0;
while(1)
{
//先通过第一个芯片遍历1~8行，再通过第二个芯片遍历9~16行，后两个芯片控制所有列线路为低电平
for(i = 0;i < 8;i++)
{
hc595_write_data(ghc595_buf[i], 0, 0, 0);
delay_10us(50000);
}
for(i = 0;i < 8;i++)
{
hc595_write_data(0, ghc595_buf[i], 0, 0);
delay_10us(50000);
}
}
}
LED点阵
LED点阵介绍
LED点阵是由发光二极管排列组成的显示器件，被广泛应用于汽车报站器、广告屏等。
LED点阵每一行的阳极并联在一起，每一列的阴极并列在一起，行为高电平、列为低电平的二极管被点亮。硬件结构在上一节已经介绍过。
实验8-1 点亮一个点
实现功能：在点阵屏上点亮一个点，以左上角的点为例。
//main函数之外的程序与实验7-1相同
#include "reg52.h"
typedef unsigned char u8;
typedef unsigned int u16;
sbit SRCLK = P3^6;
sbit rCLK = P3^5;
sbit SER = P3^4;
#define LED_COL_PORT P0
void delay_10us(u16 time)
{
while(time --);
}
void hc595_write_data(u8 dat)
{
u8 i = 0;
for(i = 0;i < 8;i++)
{
SER = dat >> 7;
dat <<= 1;
SRCLK = 0;
delay_10us(1);
SRCLK = 1;
}
rCLK = 0;
delay_10us(1);
rCLK = 1;
}
void main()
{
LED_COL_PORT = 0x7f; //列线路设为01111111
while(1)
{
hc595_write_data(0x80); //行线路设为10000000
}
}
实验8-2 显示数字
实现功能：在点阵屏上显示一个数字。
数字、文字等点阵图像较为复杂，可以通过字模提取软件方便地生成点阵数据。
软件界面：
基本操作-新建图像，根据点阵屏大小选择行列数，生成空白点阵：
模拟动画-放大格点：
在点阵上点选需要点亮的点：
参数设置-其他选项，取模方式根据扫描方式选择横向或纵向，横向取模数据为每一行点亮对应列LED的数据，纵向取模数据为每一列点亮对应行LED的数据，字节倒序根据开发板接线顺序按需勾选，输出数据的数位对应点阵上的行和列上高下低、左高右低时不勾选，反之则勾选：
取模方式-C51格式，在点阵生成区生成字模数据。
#include "reg52.h"
typedef unsigned char u8;
typedef unsigned int u16;
sbit SRCLK = P3^6;
sbit rCLK = P3^5;
sbit SER = P3^4;
#define LED_COL_PORT P0
//控制数字0每一列上哪些行的点被点亮的数据，即纵向取模生成的字模数据
u8 gled_row[8] = {0x00, 0x7C, 0x82, 0x82, 0x82, 0x7C, 0x00, 0x00};
//控制点阵依次扫描每一列的数据，即被扫描列为低电平，其余为高电平
u8 gled_col[8] = {0x7f, 0xbf, 0xdf, 0xef, 0xf7, 0xfb, 0xfd, 0xfe};
void delay_10us(u16 time)
{
while(time --);
}
void hc595_write_data(u8 dat)
{
u8 i = 0;
for(i = 0;i < 8;i++)
{
SER = dat >> 7;
dat <<= 1;
SRCLK = 0;
delay_10us(1);
SRCLK = 1;
}
rCLK = 0;
delay_10us(1);
rCLK = 1;
}
void main()
{
u8 i = 0;
while(1)
{
for(i = 0;i < 8;i++)
{
//扫描相应的列
LED_COL_PORT = gled_col[i];
//将该列上的行点亮
hc595_write_data(gled_row[i]);
delay_10us(100); //延时控制在人眼视觉暂留范围内
hc595_write_data(0x00); //消隐
}
}
}
实验8-3 显示数字（595级联）
本实验采用横向取模。8×8点阵上面对应595芯片并行输出的高位，下面对应低位，而16×16点阵上面为低位，下面为高位，因此勾选字节倒序，取模参数如下：
当对16×16点阵横向取模时，取模软件对每一行先取前八列数据为一个字节，再取后八列数据为一个字节，从上往下，得到取模结果：
#include "reg52.h"
typedef unsigned char u8;
typedef unsigned int u16;
sbit SRCLK = P3^6;
sbit rCLK = P3^5;
sbit SER = P3^4;
//控制数字0每一行上哪些列的点被点亮的数据，即横向取模生成的字模数据
//根据取模顺序可知，奇数位的数据对应前八列，传给第三个芯片，偶数位的数据对应后八列，传给第四个芯片
//取模的规则为高电平点亮、低电平不点亮，这与列线路点亮规则相反，因此后续使用要取反
u8 gled_col[32] =
{0x00, 0x00, 0xE0, 0x03, 0x10, 0x04, 0x08, 0x08, 0x04, 0x10, 0x04, 0x10, 0x04, 0x10, 0x04, 0x10,
0x04, 0x10, 0x04, 0x10, 0x04, 0x10, 0x04, 0x10, 0x08, 0x08, 0x10, 0x04, 0xE0, 0x03, 0x00, 0x00}
//控制点阵依次扫描每一行的数据
//我们将前两个芯片的数据写在一个数组里，前十六个传给第一个芯片，后十六个传给第二个芯片
//扫描前八列时，对应后八列的第二个芯片全为0x00；扫描后八列时，对应前八列的第一个芯片全为0x00
u8 gled_row[32] =
{0x01, 0x02, 0x04, 0x08, 0x10, 0x20, 0x40, 0x80, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x01, 0x02, 0x04, 0x08, 0x10, 0x20, 0x40, 0x80,}
void hc595_write_data(u8 dat1, u8 dat2, u8 dat3, u8 dat4)
{
u8 i = 0;
for(i = 0;i < 8;i++)
{
SER = dat4 >> 7;
dat4 <<= 1;
SRCLK = 0;
delay_10us(1);
SRCLK = 1;
}
for(i = 0;i < 8;i++)
{
SER = dat3 >> 7;
dat3 <<= 1;
SRCLK = 0;
delay_10us(1);
SRCLK = 1;
}
for(i = 0;i < 8;i++)
{
SER = dat2 >> 7;
dat2 <<= 1;
SRCLK = 0;
delay_10us(1);
SRCLK = 1;
}
for(i = 0;i < 8;i++)
{
SER = dat1 >> 7;
dat1 <<= 1;
SRCLK = 0;
delay_10us(1);
SRCLK = 1;
}
rCLK = 0;
delay_10us(1);
rCLK = 1;
}
void main()
{
u8 i = 0;
while(1)
{
//依次扫描每一行点亮对应列的数据，对参数的详细解释见定义数组的注释
for(i = 0;i < 16;i++)
{
hc595_write_data(gled_row[i], gled_row[i + 16], ~gled_col[i * 2], ~gled_col[i * 2 + 1]);
delay_10us(10); //由于传输四个字节的数据的延时较长，所以这里延时较短
}
}
}
本篇完