SM74HC595D电路级联教程

SM74HC595D电路级联教程

1简述

SM74HC595D 是一种具有8 位锁存、8 位串行输入、 8 位串/并行输出、串—并移位寄存器和三态输出功能的通用LED 驱动芯片。具有8 位移位寄存器和一个存储器，三态输出功能。该设备具有串行输入（SER）和串行输出（Q7S）来级联和异步复位输入SCLR的功能。

移位寄存器和存储寄存器时钟都是分开的。

在移位寄存器时钟（SCK）的上升沿时，SER上的数据会被移入移位寄存器，在存储寄存器时钟（RCK）上升沿时，移位寄存器里的数据传输到存储寄存器，当输出使能G为低时，存储寄存器里的数据就会并行输出。

当SCLR为低电平时复位移位寄存器，即将移位寄存器数据清零。

当OE为高电平时输出为高阻态。

2 引脚功能

3 真值表

再来看看该芯片的的真值表图。

从真值表中可以看出其逻辑关系，主要使用红框部分。

4 逻辑关系

从功能框图中可以看出，引脚10、11、14都是作用在移位寄存器的，被传输的数据先进入移位寄存器，再通过SCK将移位寄存器的数据存入存储寄存器，最后通过输出使能端\G使能数据并行输出，引脚9 Q7S用于级联。

我们知道74HC595是将数据串转并的，也就是数据（8bit）串行输入，并行输出。串行并行这些概念就不多说了，不清楚的自行查资料。

使用步骤：

1、先把要传输的数据（8bit）从引脚14 SER输入到74HC595

2、将从SER上的数据串行移入移位寄存器，需要时钟驱动，即引脚11（SCK）每产生一个上升沿，SER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了。

3、将移位寄存器里的数据送入存储寄存器，引脚12（STCP）产生一个上升沿后，该操作就完成了。

4、引脚13（G）为低电平，则步骤3送入存储寄存器的8bit数据（一个字节）就在Q7-Q0并行输出，并输出的数据会被所存起来。

注意：数据并行输出后，只要没有数据更新进来，原输出的数据保持不变，就是所谓的锁存（数据被锁存住）。在完成步骤123后，只要步骤4还没使能，输出都是保持不变的（这里是有误的，输出不是保持不变，不使能，输出是呈高阻态），当OE一使能，新的数据就输出，覆盖旧输出。

5单片595串转并输出过程

最后以图片的形式简单描述将0x11并行输出的过程：

0x11转为二进制是 0001 0001，串转并过程如图

5单片595电路

74HC595的工作原理我们清楚知道要驱动595主要是控制5个引脚：引脚14（DS）、引脚11（SHCP）、引脚12（STCP）和引脚13（OE）。

以74HC595驱动8个LED灯为例设计一个简单电路：

电源和地引脚就不用多说了，上5V，电源引脚加了个0.1uF的去耦电容。

这个电路中，我把引脚13直接接地，芯片是一直处于输出使能的，引脚10接了个上拉电阻到5V，也就是主复位不使能，不使用复位功能。

引脚14、引脚11和引脚12可以连接到单片机的IO引脚，通过单片机编程来驱动74HC595，Q7-Q0连接需控制的负载，这里就是8个LED了。

6 595级联电路

单个74HC595的电路就这样子了，是不是很简单？接下来说下595如何级联使用，我在datasheet中好像没看到最多级联个数，据说可以无限级联，我自己最多级联了4个。

74HC595的级联电路很简单，只需把前一个595的引脚9（Q7S）连接到下一个595的引脚14（DS）即可，如图所示：

74HC595的级联电路设计是不是很简单？为什么这样子就可以实现级联呢？

在前一篇文章也提到74HC595是串行输入，串行/并行输出的，级联就用到这个串行输出了，也就是引脚9，通过引脚9把数据传到下一级595的引脚14（DS），根据图3来说下级联数据传送的原理。

假如往第一级的595连续发三个字节数据：ABCD EFGH、IJKLP MNOP、QRST UVWX，第一个字节ABCD EFGH先进入第一级595移位寄存器；

当第二个数据IJKLP MNOP到来时，也往第一级595移位寄存器移，而第一个字节就会被挤出到第二个移位寄存器；

当第三个数据QRST UVWX到来时，也往第一级移位寄存器移，第二个字节就被挤出到第二级移位寄存器移，而一个字节就被挤出到第三级移位寄存器移；

由于OE引脚一直低电平，所以当STCP产生上升沿后，这三个字节就并行输出了。

注意：由于级联数据是被挤出到下一级的，所以先发送的数据最后是到最后一级595的。

好了，74HC595的电路设计就说到这里，下一篇595文章会讲一下stm32分别用IO模拟时序和SPI总线两种方式控制595控制595实现流水灯的功能。

7 74HC595级联电路编程（模拟IO口控制）

前面两篇文章已详细分析过74HC595的工作原理，接下来讲下用stm32去驱动两片74HC595控制16个LED实现流水灯效果。

这篇的代码是用IO模拟74HC595时序驱动的，下一篇文章，我们介绍下如何用SPI来驱动。直接贴上代码分析，代码很简单，每个语句的注释都说得很清楚了。。。。。。

开发平台：MDK5.14

MCU：STM32F103ZET6

74HC595头文件

#ifndef __595_H

#define __595_H

#include "stm32f10x.h"

#define SHCP_GPIO_PORT GPIOB

#define SHCP_GPIO_CLK RCC_APB2Periph_GPIOB

#define SHCP_GPIO_PIN GPIO_Pin_13

#define STCP_GPIO_PORT GPIOB

#define STCP_GPIO_CLK RCC_APB2Periph_GPIOB

#define STCP_GPIO_PIN GPIO_Pin_12

#define DS_GPIO_PORT GPIOB

#define DS_GPIO_CLK RCC_APB2Periph_GPIOB

#define DS_GPIO_PIN GPIO_Pin_15

#define HC595_SHCP_Low() GPIO_ResetBits( SHCP_GPIO_PORT, SHCP_GPIO_PIN )

#define HC595_SHCP_High() GPIO_SetBits( SHCP_GPIO_PORT, SHCP_GPIO_PIN )

#define HC595_STCP_Low() GPIO_ResetBits( STCP_GPIO_PORT, STCP_GPIO_PIN )

#define HC595_STCP_High() GPIO_SetBits( STCP_GPIO_PORT, STCP_GPIO_PIN )

#define HC595_Data_Low() GPIO_ResetBits( DS_GPIO_PORT, DS_GPIO_PIN )

#define HC595_Data_High() GPIO_SetBits( DS_GPIO_PORT, DS_GPIO_PIN )

void HC595_GPIO_Config(void);

void HC595_Send_Byte(u8 byte);

void HC595_CS(void);

void HC595_Send_Multi_Byte(u8 *data, u16 len);

#endif

74HC595驱动程序，说白了就是往74HC595发送数据

#include "595.h"

#include "spi.h"

void delay(uint16_t t);

/******** 74HC595 GPIO 配置 *************************/

void HC595_GPIO_Config(void)

{

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

RCC_APB2PeriphClockCmd( SHCP_GPIO_CLK | STCP_GPIO_CLK | DS_GPIO_CLK, ENABLE);

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;

GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_2MHz;

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = SHCP_GPIO_PIN;

GPIO_Init(SHCP_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure); // 初始化 SHCP 引脚

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = STCP_GPIO_PIN;

GPIO_Init(STCP_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure); // 初始化 STCP 引脚

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = DS_GPIO_PIN;

GPIO_Init(DS_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure); // 初始化 DS 引脚

//GPIO_ResetBits(SHCP_GPIO_PORT, SHCP_GPIO_PIN); // 引脚初始状态为高，便于产生上升沿

GPIO_ResetBits(SHCP_GPIO_PORT, SHCP_GPIO_PIN); // 引脚初始状态为低，便于产生上升沿

GPIO_ResetBits(STCP_GPIO_PORT, STCP_GPIO_PIN);

GPIO_ResetBits(DS_GPIO_PORT, DS_GPIO_PIN);

}

/***

*74HC595 发送一个字节

*即往74HC595的DS引脚发送一个字节

void HC595_Send_Byte(u8 byte)

{

u8 i;

for (i = 0; i < 8; i ++) //一个字节8位，传输8次，一次一位，循环8次，刚好移完8位

{

/**** 步骤1：将数据传到DS引脚 ****/

if (byte & 0x80) //先传输高位，通过与运算判断第八是否为1

HC595_Data_High(); //如果第八位是1，则与 595 DS连接的引脚输出高电平

else //否则输出低电平

HC595_Data_Low();

/*** 步骤2：SHCP每产生一个上升沿，当前的bit就被送入移位寄存器 ***/

HC595_SHCP_Low(); // SHCP拉低

delay(1); // 适当延时

HC595_SHCP_High(); // SHCP拉高， SHCP产生上升沿

delay(1);

byte <<= 1; // 左移一位，将低位往高位移，通过 if (byte & 0x80)判断低位是否为1

}

/**

*74HC595输出锁存使能

**/

void HC595_CS(void)

{

/** 步骤3：STCP产生一个上升沿，移位寄存器的数据移入存储寄存器 **/

HC595_STCP_Low(); // 将STCP拉低

delay(1); // 适当延时

HC595_STCP_High(); // 再将STCP拉高，STCP即可产生一个上升沿

delay(1);

}

/**

*发送多个字节

*便于级联时数据的发送

*级联N级，就需要发送N个字节控制HC595

***/

void HC595_Send_Multi_Byte(u8 *data, u16 len)

{

u8 i;

for (i = 0; i < len; i ++ ) // len 个字节

{

HC595_Send_Byte(data[i]);

}

HC595_CS(); //先把所有字节发送完，再使能输出

}

void delay(uint16_t t)

{

for (; t != 0; t --);

}

#include "stm32f10x.h"

//#include "spi.h"

#include "595.h"

#include "SysTick.h"

u8 pos; // led位置

u8 Led_Pos_Buf[2] = {0x00, 0x00}; //存储要发送的指令字节

//第pos个led亮：1 2 3 4 5 6 7 8

u8 Led[32] = {0x01, 0x02, 0x04, 0x08, 0x10, 0x20, 0x40, 0x80, //控制第二级74HC595

0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, //第一级的led全灭

0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, //第二级的led全灭

0x01, 0x02, 0x04, 0x08, 0x10, 0x20, 0x40, 0x80};//控制第一级74HC595

int main(void)

{

// SPI_Config();

HC595_GPIO_Config();

SysTick_Init();

while(1)

{

for (pos = 0; pos < 16; pos ++) //第pos个灯，实现流水灯效果

{

SysTick_Delay_Ms(500); //延时500毫秒

Led_Pos_Buf[1] = Led[pos];//存放第一级74HC595数据，因为先进先出，所以第一级放在Led_Pos_Buf[1]，而不是Led_Pos_Buf[0]

Led_Pos_Buf[0] = Led[pos+16]; //存放第二级74HC595的数据

HC595_Send_Multi_Byte(Led_Pos_Buf,2);//将当前数据发送到595

}

8 74HC595级联电路编程（SPI控制）

前一篇是讲用IO口模拟74HC595的时序来控制的，因为74HC595刚好也是串行输入的，所以直接用串行总线SPI来控制，大概说下电路的连接，SPI2的SCK引脚连接74HC595的SHCP引脚，SPI2的CS引脚连接74HC595的STCP引脚，SPI2的MOSI引脚连接74HC595的DS引脚，因为74HC595是没有数据返回给MCU的，所以SPI2的MISO引脚并不需要连接。

下面就把代码放上来，代码很简单，直接使用SPI发送数据就可以了。

开发平台：MDK5.14

MCU：STM32F103ZET6

SPI2头文件

#ifndef __SPI_H

#define __SPI_H

#include "stm32f10x.h"

/*SPI接口定义-开头****************************/

//#define SPIx SPI1

//#define SPI_APBxClock_FUN RCC_APB2PeriphClockCmd

//#define SPI_CLK RCC_APB2Periph_SPI1

#define SPIx SPI2

#define SPI_APBxClock_FUN RCC_APB1PeriphClockCmd

#define SPI_CLK RCC_APB1Periph_SPI2

//CS(NSS)引脚片选选普通GPIO即可

#define SPI_CS_APBxClock_FUN RCC_APB2PeriphClockCmd

#define SPI_CS_CLK RCC_APB2Periph_GPIOB

#define SPI_CS_PORT GPIOB

#define SPI_CS_PIN GPIO_Pin_12

//SCK引脚

#define SPI_SCK_APBxClock_FUN RCC_APB2PeriphClockCmd

#define SPI_SCK_CLK RCC_APB2Periph_GPIOB

#define SPI_SCK_PORT GPIOB

#define SPI_SCK_PIN GPIO_Pin_13

//MISO引脚

#define SPI_MISO_APBxClock_FUN RCC_APB2PeriphClockCmd

#define SPI_MISO_CLK RCC_APB2Periph_GPIOB

#define SPI_MISO_PORT GPIOB

#define SPI_MISO_PIN GPIO_Pin_14

//MOSI引脚

#define SPI_MOSI_APBxClock_FUN RCC_APB2PeriphClockCmd

#define SPI_MOSI_CLK RCC_APB2Periph_GPIOB

#define SPI_MOSI_PORT GPIOB

#define SPI_MOSI_PIN GPIO_Pin_15

#define SPI_CS_LOW() GPIO_ResetBits( SPI_CS_PORT, SPI_CS_PIN )

#define SPI_CS_HIGH() GPIO_SetBits( SPI_CS_PORT, SPI_CS_PIN )

/*SPI接口定义-结尾****************************/

void SPI_Config(void);

u8 SPI_Read_Send_Byte(u8 byte);

u16 SPI_Read_Send_HalfWord(u16 HalfWord);

void SPI_Send_Byte(u8 byte);

void SPI_Send_Multi_Byte(u8 *data, u16 len);

#endif /* __SPI_H */

SPI2

#include "spi.h"

/**

* @brief SPI_FLASH初始化

* @param 无

* @retval 无

void SPI_Config(void)

{

SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure;

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

/* 使能SPI时钟 */

SPI_APBxClock_FUN ( SPI_CLK, ENABLE );

/* 使能SPI引脚相关的时钟 */

SPI_CS_APBxClock_FUN ( SPI_CS_CLK|SPI_SCK_CLK|SPI_MISO_PIN|SPI_MOSI_PIN, ENABLE );

/* 配置SPI的 CS引脚，普通IO即可 */

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = SPI_CS_PIN;

GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_2MHz;

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;

GPIO_Init(SPI_CS_PORT, &GPIO_InitStructure);

/* 配置SPI的 SCK引脚*/

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = SPI_SCK_PIN;

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;

GPIO_Init(SPI_SCK_PORT, &GPIO_InitStructure);

/* 配置SPI的 MISO引脚*/

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = SPI_MISO_PIN;

GPIO_Init(SPI_MISO_PORT, &GPIO_InitStructure);

/* 配置SPI的 MOSI引脚*/

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = SPI_MOSI_PIN;

GPIO_Init(SPI_MOSI_PORT, &GPIO_InitStructure);

/* 停止信号CS引脚高电平*/

SPI_CS_HIGH();

SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex;

SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master;

SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b;

SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_High;

SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_2Edge;

SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft;

SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_64;

SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB;

SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7;

SPI_Init(SPIx , &SPI_InitStructure);

SPI_Cmd(SPIx , ENABLE);

}

u8 SPI_Read_Send_Byte(u8 byte)

{

while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPIx , SPI_I2S_FLAG_TXE) == RESET);

SPI_I2S_SendData(SPIx , byte);

while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPIx , SPI_I2S_FLAG_RXNE) == RESET);

return SPI_I2S_ReceiveData(SPIx);

}

u16 SPI_Read_Send_HalfWord(u16 HalfWord)

{

while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPIx , SPI_I2S_FLAG_TXE) == RESET);

SPI_I2S_SendData(SPIx , HalfWord);

while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPIx , SPI_I2S_FLAG_RXNE) == RESET);

return SPI_I2S_ReceiveData(SPIx );

}

// 在驱动74HC595只需要SPI的发送函数，并没用到读取函数

void SPI_Send_Byte(u8 byte) //发送一个字节

{

while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPIx , SPI_I2S_FLAG_TXE) == RESET){}

SPI_I2S_SendData(SPIx , byte);

while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPIx , SPI_I2S_FLAG_RXNE) == RESET);

SPI_I2S_ReceiveData(SPIx);

}

void SPI_Send_Multi_Byte(u8 *data, u16 len) //连续发送 len 个字节

{

u8 i;

SPI_CS_LOW();

for (i = 0; i < len; i ++ )

{

SPI_Send_Byte(data[i]);

}

SPI_CS_HIGH(); // STCP产生上升沿

}

/*********************************************END OF FILE**********************/

主函数

#include "stm32f10x.h"

#include "spi.h"

//#include "595.h"

#include "SysTick.h"

u8 pos; // led位置

u8 Led_Pos_Buf[2] = {0x00, 0x00}; //存储要发送的指令字节

//第pos个led亮：1 2 3 4 5 6 7 8

u8 Led[32] = {0x01, 0x02, 0x04, 0x08, 0x10, 0x20, 0x40, 0x80, //控制第二级74HC595

0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, //第一级的led全灭

0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, //第二级的led全灭

0x01, 0x02, 0x04, 0x08, 0x10, 0x20, 0x40, 0x80};//控制第一级74HC595

int main(void)

{

SPI_Config();

// HC595_GPIO_Config();

SysTick_Init();

while(1)

{

for (pos = 0; pos < 16; pos ++) //第pos个灯，实现流水灯效果

{

SysTick_Delay_Ms(500); //延时500毫秒

Led_Pos_Buf[1] = Led[pos]; //存放第一级74HC595的数据，因为先进先出，所以第一级放在Led_Pos_Buf[1]，而不是Led_Pos_Buf[0]

Led_Pos_Buf[0] = Led[pos+16]; //存放第二级74HC595的数据

SPI_Send_Multi_Byte(Led_Pos_Buf,2);//将当前数据发送到595

}

参考文献：

https://blog.csdn.net/k1ang/article/details/80012686

https://blog.csdn.net/k1ang/article/details/80012463

参考设计图：

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