学习目标

  1. 理解数码管电路原理
  2. 理解74HC595移位寄存器原理
  3. 了解74HC595移位寄存器电路设计
  4. 加强二进制操作
  5. 驱动74HC595移位寄存器控制数码管

    学习内容

    数码管结构

    共阴与共阳

    共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起，形成公共阳极（COM）的数码管，共阳数码管在应用的时候，应该将 COM 端口接到正极，当某一段发光二极管的阴极为低电平的时候，相对应的段就点亮，当某一字段的阴极为高电平的时候，相对应段就不亮。

    1位数码管

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    2位数码管

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    4位数码管

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移位寄存器

74HC595 是一款 8 位 CMOS 移位寄存器。8 位并行输出端口为可控的三态输出，一 个串行输出端口，可以实现多级芯片串行控制，组成 8n 位（n 为芯片数量）并行输 。
优点：通过逻辑操作来控制LED的状态，少量的引脚控制更多的状态。
微信截图_20221128105958.png微信截图_20221128132522.png

原理图

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移位寄存器数据流程

移位寄存器的引脚：

  1. LATCH_CLOCK: 锁存时钟
  2. SHIFT_CLOCK: 移位时钟
  3. A: 数据输入信号管脚
  4. QA~QH: 数据信号转化出来的高低电平
  5. SQH: 串行数据输出管脚

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上图帮我们认识了几个管脚的作用：

  • A：数据信号输入
  • QA~QH: 高低电平输出

同时再次加深了我们对74HC595功能的理解：将数据转换为高低电平的一个工具

移位寄存器控制流程

数量流程中，数据变成高低电平过程清楚了。但是数据是给到芯片的，给这个过程是比较讲究的。
也就是我们传统说法，要按照规矩来传递数据。数据传递是要通过协议的。
我们通过 数据输入信号管脚(原理图上标记为A)来输入数据。我们必须清楚的知道，一个引脚给数据，其实就是给高低电平信号，一个高低电平信号只能表示一个bit，而我们又8给输出口，理论上需要给8次高低电平才能满足8个端口的输出要求。但是如何去界定8给高低电平呢，就需要用时间去界定。提供了两个引脚：

  1. LATCH_CLOCK: 锁存时钟引脚
  2. SHIFT_CLOCK: 移位时钟引脚

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移位：由低电平变为高电平，表示记录一个位的电平。
锁存：由低电平变为高电平，表示将记录的数据应用到电路中。

移位寄存器串联

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本案例中是有两个移位寄存器U1和U2的。分别关注两个移位寄存器的A和SQH.
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通过流程我们可以明确以下结论:

  1. 移位寄存器通过A输入数据
  2. 移位寄存器通过SQH输出数据
  3. 两个移位寄存器通过将一个的SQH输出到另外一个的输入A口，两个移位寄存器就串联了
  4. 末端的移位寄存器输出口悬空表示不输出
  5. 数据会传递到末端，也就是数据会先填充的是末端。

串联后控制流程需要有所改变，改变如下：
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  • Logic分析仪

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  • Digtals

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实现数码管显示

  1. #include "Config.h"
  2. #include "GPIO.h"
  3. #include "Delay.h"
  5. #define    NIXIE_DI    P44    // 数据输入
  6. #define    NIXIE_SCK    P42    // 移位寄存器
  7. #define    NIXIE_RCK    P43    // 锁存寄存器
  9. void GPIO_config(void) {
  10.     GPIO_InitTypeDef    GPIO_InitStructure;        //结构定义
  11.     GPIO_InitStructure.Pin  = GPIO_Pin_2 | GPIO_Pin_3 | GPIO_Pin_4;        //指定要初始化的IO,
  12.     GPIO_InitStructure.Mode = GPIO_PullUp;    //指定IO的输入或输出方式,GPIO_PullUp,GPIO_HighZ,GPIO_OUT_OD,GPIO_OUT_PP
  13.     GPIO_Inilize(GPIO_P4, &GPIO_InitStructure);//初始化
  14. }
  16. #define GET_BIT_VAL(byte, pos)    (byte & (1 << pos))
  18. int main() {
  19.         char i;
  20.         u8 a_dat = 0x12;    // 0001 0010    字母位 5.
  21.                                             //&1000    0000
  23.         u8 b_idx = 0x1F;    // 0001 1111    数字位 
  25.     GPIO_config();
  27.         // 显示 7.
  28.         // 0111 1000
  29.         // 先发字母位 (控制显示的内容)
  30.         // 8bit，先发出去的会作为高位
  31.         for(i = 7; i >= 0; i--){ // 0点亮
  32.             NIXIE_DI = GET_BIT_VAL(a_dat, i);
  34.             // 寄存器的移位操作
  35.             NIXIE_SCK = 0;
  36.             NOP2();
  37.             NIXIE_SCK = 1;
  38.             NOP2();
  39.         }
  41.         // 再发数字位 （控制显示哪几个）
  42.         // 1111 1011
  44.         // 7.7.空7. 7.7.7.7.  -------------------与二级制是反向
  45.         for(i = 7; i >= 0; i--){ // 只要不是0，就是高电平
  46.             NIXIE_DI = GET_BIT_VAL(b_idx, i);
  48.             // 寄存器的移位操作
  49.             NIXIE_SCK = 0;
  50.             NOP2();
  51.             NIXIE_SCK = 1;
  52.             NOP2();
  53.         }
  55.         // 锁存操作
  56.         NIXIE_RCK = 0;
  57.         NOP2();
  58.         NIXIE_RCK = 1;
  59.         NOP2();
  63.     while(1) {
  65.     }
  66. }

练习题

  1. 实现数码管数字显示
  2. 通过串口控制数码管显示（串口指令，两个字节，一个控制显示，一个控制哪一个灯显示）