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51单片机-驱动74HC595芯片实现IO口扩展模块教程

news 2025/8/19 7:49:12

本章概述思维导图：

51单片机驱动74HC595芯片实现IO口扩展

74HC595芯片简介

74HC595是一款8位串行输入、并行输出的移位寄存器，属于硅结构的CMOS器件。它能将串行输入数据转换为并行输出，其中并行输出为三态输出（即高电平、低电平和高阻抗）。广泛应用于单片机系统的I/O扩展，尤其使用于驱动数码管，LED矩阵等显示设备。74HC595芯片实物图如下：

74HC595核心特性：

三态输出：支持高电平、低电平和高阻抗三种输出状态。

高速移位：最高移位频率可达100MHZ（5V供电时）。

低功耗：典型静态电路仅4微安

级联能力：通过串行输出引脚（Q7’）可级联多个芯片，扩展输出端口。

锁存功能：内置存储寄存器，确保数据在移位过程种输出稳定。

74HC595芯片的引脚定义与功能

引脚号	符号	功能描述
1-7,15	Q0-Q7	8位并行数据输出端，可直接控制数码管的段选或LED矩阵的行列。
9	Q7'	串行数据输出端，用于级联下一级74HC595的DS引脚。
10	MR	主复位引脚（低电平有效），复位移位寄存器，通常接VCC防止误触发。
11	SHCP	移位时钟输入（上升沿触发数据移位），控制数据向左移动一位。
12	STCP	锁存时钟输入（上升沿触发数据锁存），将移位寄存器数据存入输出寄存器。
13	OE	输出使能引脚（低电平有效），高电平时输出为高阻态，用于控制输出状态。
14	DS	串行数据输入端，接收来自单片机的串行数据。
16	VCC	电源正极（通常接5V）。
8	GND	电源地。

74HC595芯片实现IO口扩展硬件电路原理图分析

74HC595芯片实现IO口扩展硬件电路原理图分析：

首先观察将74HC595芯片的VCC引脚、GND引脚、OE引脚引出一个编号为J24的座子，这是为了方便驱动74HC595芯片，要是74HC595芯片工作需使跳线帽将OE引脚和GND引脚进行连接；不工作时，需使跳线帽将OE引脚与VCC引脚进行连接；原理：OE使能引脚（低电平有效）；

74HC595芯片的SRCLR复位引脚与VCC进行连接；原理：SRCLR是低电平复位，为了防止误触，通常与VCC进行连接；

74HC595芯片的RCLK存储寄存器时钟引脚与MCU的P35引脚进行连接，分析P35引脚为74HC595芯片提供一个存储寄存器的时钟信号；

74HC595芯片SRCLK移位寄存器时钟引脚与MCU的P36引脚进行连接，分析P36引脚为74HC595芯片提供一个移位寄存器的时钟信号；

74HC595芯片的QA~QH为并行输出脚，与开发板的8*8点阵LED灯DPa~DPh行引脚进行连接；

74HC595芯片的QH'为串行输出脚，功能用于级联下一级74HC595芯片实现控制；

MCU的P0端口（P00~P07）引脚连接8*8点阵LED灯的列引脚实现LED灯阴极控制；

（电路原理图中的引脚定义单词与文中引脚定义介绍处不一样，是因为每个厂商生产的74HC595芯片定义引脚时都有自己的风格；小伙伴们不用深究啦，引脚功能都是一样滴，只是名字不一样啦！）

总结：通过电路原理图我们可分析出我们只用使用MCU的3个I/O口通过74HC595芯片就可实现8个I/O口的输出。74HC595是I/O口的扩展利器！74HC595芯片传输时MCU输入方向是高位->低位，对应输出方向是QH~QA；

74HC595芯片实现IO口扩展驱动8*8点阵LED软件编程设计

利用74HC595芯片实现IO口扩展驱动8*8点阵LED灯循环点灯软件编程

第一步：首先我们要函数封装74HC595传输数据函数；先将MCU数据串行输入到移位寄存器中，（传输数据方向为：高位->低位），在将移位寄存器中一字节数据传输给存储寄存器中并行输出；注意点：74HC595芯片传输数据是在上升沿时发送数据，传送时间延时时间为纳秒级别，这里我们用10us代替；

第二步：8*8点阵LED灯的阴极被MCU的P0端口控制，我们给P0端口写入0x00；在计算8*8点阵LED灯的阳极控制点亮八行八种状态，将八种状态存储到数组中方便使用；

第三步：在主函数中实现循环点亮；

代码示例：

#include "reg52.h"
typedef unsigned char u8;
typedef unsigned int u16;
void Delay_10us(u16 us)//微秒延时函数：输入1大概延时时间为10us
{while(us--);
}
void Delay_ms(u16 ms) //毫秒延时函数：输入1大概延时时间为1ms
{u16 i,j;for(i=ms;i>0;i--){fot(j=110;i>0;j--){}}
}
sbit SER=P3^4;        //74HC595串行输入
sbit TRCLK=P3^5;      //74HC595存储寄存器时钟
sbit SRCLK=P3^6;      //74HC595移位寄存器时钟
#define LED_DZ P0     //宏定义LED点阵阴极端口void HC595_out(u8 temp)//函数封装：74HC595芯片IO口扩展输出
{u8 i=0;for(i=0;i<8;i++){SER=temp>>7;   //取最高位temp<<=1;	   //左移一位SRCLK=0;       //移位时钟为低电平Delay_10us(1); //延时10us（上升沿触发）SRCLK=1;       //移位时钟为高电平，一位数据发送完成Delay_10us(1);}TRCLK=0;           //存储时钟为低电平Delay_10us(1);     //延时：上升沿的过程TRCLK=1;           //存储时钟为高电平，一字节数据传输完成Delay_10us(1);
}
u8 LED_zl[]={0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x80};
int main()															 
{	LED_DZ=0x00;while(1){u8 i=0;for(i=0;i>8;i++){HC595_out(LED_zl[i]);Delay_10us(50000);        //延时480msHC595_out(0x00);          //消影}}
}

74HC595芯片实现IO口扩展驱动8*8点阵LED灯循环点灯效果展示

74HC595芯片实现IO口扩展驱动8*8点阵LED灯