74HC595對(duì)單片機(jī)IO口的擴(kuò)展及應(yīng)用

曹少科 楊晴 陳海宇 王碩

摘要：74HC595是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的通用位移寄存器芯片，它可以實(shí)現(xiàn)8位串行輸入輸出或者并行輸出，操作方便簡單，可以很容易的完成對(duì)單片機(jī)IO口的擴(kuò)展。[1]本文主要是介紹用74HC595芯片來擴(kuò)展IO口詳細(xì)原理，并利用此方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)流水燈效果。

關(guān)鍵詞：單片機(jī);74HC595;擴(kuò)展IO口;流水燈

上世紀(jì)70年代到80年代期間，單片機(jī)憑借著它體積小，低功耗，性價(jià)比高的優(yōu)勢(shì)，被越來越多的人所使用，并被廣泛運(yùn)用于各個(gè)領(lǐng)域。但隨著科技不斷地進(jìn)步與發(fā)展，我們對(duì)于單片機(jī)的應(yīng)用更加廣泛，我們也慢慢發(fā)現(xiàn)了51單片機(jī)的一些缺點(diǎn)，即IO端口有限，很多人在運(yùn)用單片機(jī)時(shí)總會(huì)出現(xiàn)IO口不夠用的現(xiàn)象，而74HC595芯片剛好能彌補(bǔ)此缺陷，大量擴(kuò)展單片機(jī)的IO口。

174HC595芯片的選擇

74HC595是硅結(jié)構(gòu)的CMOS器件，能實(shí)現(xiàn)串入轉(zhuǎn)并入，數(shù)據(jù)通過一個(gè)IO串口輸入后經(jīng)過74HC595后將數(shù)據(jù)8位并行輸出。[2]74HC595與74HC164芯片功能基本相同，但前者價(jià)格更低廉，驅(qū)動(dòng)能力更強(qiáng)，操作簡單，但因?yàn)?4HC595有存儲(chǔ)寄存器，所以在移位的過程中，并排輸出端口的數(shù)據(jù)保持不變。所以選用74HC595芯片來擴(kuò)展51單片機(jī)IO口比較合適。

2擴(kuò)展方案

2.1硬件連接與實(shí)現(xiàn)原理

若要以74HC595芯片實(shí)現(xiàn)對(duì)IO口的擴(kuò)展，首先需要定義一個(gè)單片機(jī)I0口與74HC595芯片DS相連，以此來控制串行數(shù)據(jù)的輸入。而移位寄存器和存儲(chǔ)寄存器是不同的時(shí)鐘，當(dāng)SH_CP處于上升沿時(shí)，數(shù)據(jù)會(huì)輸入到移位寄存器中，當(dāng)ST_CP處于上升沿時(shí)會(huì)傳入的存儲(chǔ)寄存器中。因此兩個(gè)時(shí)鐘需要分別進(jìn)行連接，移位寄存器有串行輸入DS引腳、串行輸出引腳Q7和低電平復(fù)位引腳MR。存儲(chǔ)寄存器有并行數(shù)據(jù)輸出引腳Q0～Q7和低電平輸出有效OE引腳。所以用MR進(jìn)行復(fù)位時(shí)，只是將位移寄存器中的數(shù)據(jù)清除，而不必?fù)?dān)心存儲(chǔ)寄存器中的數(shù)據(jù)有所變化。另外只有當(dāng)OE輸出低電平時(shí)，存儲(chǔ)寄存器的數(shù)據(jù)才會(huì)輸出到IO口。

所以，利用74HC595進(jìn)行IO口的擴(kuò)展時(shí)，僅僅只需要用5根連接線，在通常情況下，可以將MR直接連接高電平，通過軟件的方法來控制位移寄存器中的數(shù)據(jù)清零。OE直接連接低電位，然后將其余連接線與51單片機(jī)IO口相連即可。

單片機(jī)中的數(shù)據(jù)會(huì)從DS口傳輸進(jìn)入74HC595，每當(dāng)SH_CP處于上升沿（先拉低電平再拉高電平）的時(shí)候，位移寄存器中的數(shù)據(jù)會(huì)一次移動(dòng)一位，經(jīng)過SH_CP的8個(gè)上升沿之后，便會(huì)全部移入位移寄存器。[3]此時(shí)如果想再接入一個(gè)74HC595則可以將Q7接入第二個(gè)74HC595上的DS，按照此種方法可接入任意多個(gè)74hc595芯片，使IO口可以得到充分?jǐn)U展。

當(dāng)數(shù)據(jù)全部送完后，給ST_CP一個(gè)上升沿（先拉低電平再拉高電平），存儲(chǔ)寄存器里的數(shù)據(jù)便輸出到Q0～Q7，實(shí)現(xiàn)IO口的擴(kuò)展，原理如下圖。

4結(jié)論

本文詳細(xì)的闡述了運(yùn)用74HC595芯片擴(kuò)展51單片機(jī)IO口的原理，很大程度上解決了51單片機(jī)IO口緊缺的問題，并且電路連接與代碼編程十分簡單。同時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，運(yùn)用74HC595擴(kuò)展的IO與led燈相連，實(shí)現(xiàn)了流水燈的效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]李亞，常濤，王永強(qiáng).利用74HC595實(shí)現(xiàn)多位LED顯示的新方法[J].微計(jì)算機(jī)信息，2005（07）.

[2]吳振磊，劉孝趙.74HC595在單片機(jī)控制多位數(shù)碼管中的應(yīng)用[J].科技廣場(chǎng)，2013（05）.

[3]黃勇.74HC595在LED點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2018（36）.