51单片机开发：通过74HC595控制LED点阵

Posted 2023-03-13 正在起飞的蜗牛

1、LED点阵介绍

(1)LED点阵就是多个LED发光二极管的集合，在单个LED的发光原理上没有任何区别；
(2)上面是16x16的LED点阵，总共有16x16=256个LED灯，由32个引脚来控制，其中16个引脚是正极(posn，n=1、2······、16)，16个引脚是负极(NEGn，n=1、2······、16)；
(3)LED点阵可以用坐标系的思想来理解，用横坐标和纵坐标来确定操作哪个LED等；比如要点亮L1，就给POS1引脚高电平，NEG1引脚低电平；点亮L18，就给POS2引脚高电平，NEG2引脚低电平；
(4)应用：简单一点就是商户门头上显示字幕的LED点阵，一般都是红色的LED等；复杂一点的就是大型的LED点阵屏幕，LED灯是有红黄蓝三种，三个LED灯组成一个像素点，可以像液晶屏目一样显示画面；
(5)原理：当32个引脚的状态确定，LED点阵中所有LED灯的状态也确定，也就是构成了一副画面，不停的改变32个引脚的状态，就会组成不同的画面，也就显示出了动态的画面；

2、74HC595介绍

2.1、引脚介绍

引脚	功能说明
SER	串行数据输入引脚，用于接收传给芯片的数据
RCK	存储寄存器的锁存引脚，当出现上升沿时，把移位寄存器的数据刷新到存储寄存器
SCK	移位寄存器的锁存引脚，当出现上升沿时，移位寄存器里的数据向前移位，并从SER引脚上读取新的一位数据存到移位寄存器里；如果移位寄存器已经存了8位的数据，则会把最开始存入的那一位数据给挤出去，把被挤出去的数据从QH’引脚发送出去
QA-QH	并行输出引脚，输出高电平或者低电平
Q’H	串行数据输出引脚；当串行输入的数据多于8位的时候，会把已有的位挤出去，也就是从QH’引脚发送出去

2.2、芯片的内部组成

(1)组成：74HC595内部有两个寄存器，分别是移位寄存器和存储寄存器；
(2)移位寄存器：负责从SER引脚去读取数据并保存；当SRCLK出现上升沿时，读取SER引脚的状态并保存到移位寄存器中；
(3)存储寄存器：决定8个并行输出引脚的输出电平，每个bit对应一个引脚；
(4)当RCLK引脚出现上升沿时，将移位寄存器中的值刷新到存储寄存器中，这样就可以改变8个并行输出口的状态；

2.3、级联时候的工作流程

(1)每个芯片的数据都是通过SER引脚输入，并保存到移位寄存器中；
(2)SRCLK引脚出现一次上升沿，就读取SER引脚状态，将数据保存到移位寄存器中；
(3)上一级的QH’引脚，作为下一级的SER引脚的输入；
(4)控制所以74HC595芯片的数据，都是由第一级芯片SER引脚输入，依次输入到后级的芯片，可以用"流觞曲水"的场景去理解；
(5)当需要传递的数据都保存到各级芯片的移位寄存器后，RCLK引脚出现一次上升沿，就将移位寄存器的值刷新到存储寄存器中，更新8个并行输出引脚的状态；
(6)假设需要给4个74HC595芯片传递的数据是：0x11、0x22、0x33、0x44；则依次往第一级的74HC595(A)芯片的SER引脚输入这四个数，当全部输入完成后，这四个数据就会被保存到4个芯片的移位寄存器中；

3、为什么要用74HC595芯片来控制LED点阵？

3.1、不使用74HC595芯片

如果不使用74HC595(串转并模块)，则32个引脚需要直接用51单片机的IO口去控制，51单片机总共就32个IO口，意味着51单片的所有IO口都要用来控制LED点阵，那51单片机就不能控制其他的外设，这是不能接受的；

3.2、使用74HC595芯片

(1)上面是用4片74HC595芯片级联的方式来控制16*16的点阵，每个74HC595有8个并行输出引脚，4片刚好32个输出引脚；
(2)采用74HC595芯片，只需要3个引脚就能控制LED点阵，减少了引脚的使用数目；
(3)补充：控制更大的LED点阵，还是使用3个引脚，只是要增加级联的74HC595芯片数量；

3.3、使用74HC595芯片的优缺点

(1)优点：节省了控制LED点阵需要的IO口数量；
(2)使用74HC595芯片增加成本，也增加了编程控制的难度；

4、通过74HC595芯片控制LED点阵的代码

#include <reg51.h>


sbit SER  = P3^4;			// 74HC595的串行输入端
sbit RCLK = P3^5;			// 锁存时钟
sbit SCLK = P3^6;			// 移位时钟


void main(void)

	unsigned char i = 0;
	unsigned char d1, d2, d3, d4;  	// 要给4个595并行输出端输出的值

	d1 = 0;
	d2 = 0;
	d3 = 0xff;
	d4 = 0xff;

	SCLK = 0;
	RCLK = 0;

	//1、发送数据顺序：先发送最后一级595的数据，最后发送第一级595的数据
	//2、每个bit数据，先发送高位再发送低位
	//3、先通过第一级的SER引脚将4片595芯片的数据发送出去，最后再给RCLK制造上升沿，将移位寄存器的值刷新到存储寄存器

	for (i=0; i<8; i++)
		
		SER = d1 >> 7;	 		// 将最高bit取出来给SER	
		SCLK = 0;	
		SCLK = 1;  				// 制造了一个SCLK的上升沿，把数据报错到移位寄存器中
		d1 = d1 << 1;		  	// 将已经发送出去的数据丢弃
	

	for (i=0; i<8; i++)
	
		SER = d2 >> 7;	 		// 将d2的最高bit取出来给SER
		SCLK = 0;
		SCLK = 1;  				// 2步制造了一个SCLK的上升沿
		d2 = d2 << 1;
	


	for (i=0; i<8; i++)
	
		SER = d3 >> 7;	 		// 将d3的最高bit取出来给SER
		SCLK = 0;
		SCLK = 1;  				// 2步制造了一个SCLK的上升沿
		d3 = d3 << 1;
	

	for (i=0; i<8; i++)
	
		SER = d4 >> 7;	 		// 将d4的最高bit取出来给SER
		SCLK = 0;
		SCLK = 1;  				// 2步制造了一个SCLK的上升沿
		d4 = d4 << 1;
	

	//截止到现在，数据情况：第一级5095(d4)、第一级5095(d3)、第一级5095(d2)、第一级5095(d1)
	//数据还保存在移位寄存器中

	// 给RCLK引脚一个上升沿，4片595芯片都将移位寄存器中的数据刷新到存储寄存器中
	//每片595芯片的8个并行输出口状态被改变
	RCLK = 0;
	RCLK = 1;

5、用点阵显示汉字

(1)显示汉字有专门的字模提取软件，输入点阵的规格和显示的汉字，软件会生成显示汉字需要的数据；
(2)取模分为横向取模和纵向取模，具体采用哪种取模方式和点阵显示函数相关；
(3)如果要实现商店门头上点阵的汉字移动效果，则需要对每一帧图像都进行汉字取模，然后依次在点阵上显示；

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