74HC595驅動LED的電路設計方案

74HC595 芯片是74 系列芯片的一種, 具有速度快、功耗小、操作簡單的特點, 可以很方便地用于單片機接口進行驅動LED 的操作。本文介紹這種芯片的特點和使用方法, 并給出軟硬件的設計實例。

七段發(fā)光二極管顯示器, 又叫LED 顯示器, 因其價格低廉、功耗較小和性能可靠等優(yōu)點, 在各種儀器儀表中得到了廣泛的應用?，F(xiàn)在市場上出售的專用LED 驅動器種類有很多, 且大多數(shù)功能較多, 但價格相應地也較高, 如果用在低成本的簡單系統(tǒng)中, 不僅是一種資源的浪費, 而且增加了產(chǎn)品的成本。用74HC595 芯片驅動LED 有以下特點: 速度較快, 功耗較小, LED 的數(shù)目多少隨意, 既可以控制共陰極的LED 顯示器, 也可以控制共陽極的LED 顯示器, 可以軟件控制LED 的亮度, 還可以在必要的時候關斷顯示(數(shù)據(jù)保留) , 以減小功耗, 并可隨時喚醒顯示。用它設計的電路, 不僅軟硬件設計簡單, 而且功耗低, 驅動能力強, 占用的I/ O 口線較少, 是一種造價低廉, 應用靈活的設計方案。

1 　74HC595 的使用說明
74HC595 內(nèi)含8 位串入、串/ 并出移位寄存器和8位三態(tài)輸出鎖存器。寄存器和鎖存器分別有各自的時鐘輸入(SCLK和SLCK) , 都是上升沿有效。當SCLK從低到高電平跳變時, 串行輸入數(shù)據(jù)(SDA) 移入寄存器; 當SLCK從低到高電平跳變時, 寄存器的數(shù)據(jù)置入鎖存器。清除端(CLR) 的低電平只對寄存器復位(QS 為低電平) , 而對鎖存器無影響。當輸出允許控制(EN) 為高電平時, 并行輸出(Q0～Q7) 為高阻態(tài), 而串行輸出(QS) 不受影響。

74HC595 最多需要5 根控制線, 即SDA、SCLK、SLCK、CLR 和EN。其中CLR 可以直接接到高電平, 用軟件來實現(xiàn)寄存器清零; 如果不需要軟件改變亮度, EN 可以直接接到低電平, 而用硬件來改變亮度。把其余三根線和單片機的I/ O 口相接, 即可實現(xiàn)對LED 的控制。
數(shù)據(jù)從SDA 口送入74HC595 , 在每個SCLK的上升沿, SDA 口上的數(shù)據(jù)移入寄存器, 在SCLK的第9個上升沿, 數(shù)據(jù)開始從QS 移出。如果把第一個74HC595 的QS 和第二個74HC595 的SDA 相接, 數(shù)據(jù)即移入第二個74HC595 中, 照此一個一個接下去, 可接任意多個。數(shù)據(jù)全部送完后, 給SLCK 一個上升沿, 寄存器中的數(shù)據(jù)即置入鎖存器。此時如果EN 為低電平, 數(shù)據(jù)即從并口Q0～Q7 輸出, 把Q0～Q7 與LED 的8 段相接, LED 就可以實現(xiàn)顯示了。要想軟件改變LED 的亮度, 只需改變EN 的占空比就行了。

2 　軟硬件設計實例
2.1 　硬件電路
圖2 是用AT89C2051 與74HC595 接口設計的顯示面板電路。

P1 口的P115 、P116 、P117 用來控制LED 的顯示,分別接到SLCK、SCLK和SDA 腳。三個數(shù)碼管用來顯示電壓值的大小。在電路板上, LED3 在最左邊,LED1 在最右邊, 送數(shù)據(jù)時, 先送LED3 的顯示碼, 最后送LED1 的顯示碼。LED 的亮度用PR1～ PR3 的阻值來控制。
2.2 　顯示驅動程序
用DISP1 、DISP2 、DISP3 三個連續(xù)的單元存放顯示數(shù)據(jù), 在CPU 初始化完成后, 調(diào)用LRDISP 子程序清除74HC595 的寄存器, 在以后調(diào)用顯示子程序DISPLAY前就不用再調(diào)用清除子程序了?，F(xiàn)將兩個子程序寫出如下:
清除子程序:
CLRDISP :
　MOV R2 , # 24 　　; 三個數(shù)碼管, 一共24 位
CLRBIT:
　CLR SCLK ; 寄存器時鐘拉低
　CLR C ; 寄存器清零
　MOV SDA , C ; 送入74HC595
　SETB SCLK ; 時鐘的上升沿送入寄存器
　DJNZ R2 , CLRBIT ; 送完24 位
　RET ; 子程序返回
顯示子程序:
DISPLAY:
　CLR SLCK ; 鎖存器時鐘拉低
　MOV R3 , # 3 ; 三個數(shù)碼管
　MOV R0 , # DISP3 ; 從第三個開始送
DISP1 :
　MOV A , @R0 ; 送8 位數(shù)到74HC595
　MOV R2 , # 8
DISP2 :
　CLR SCLK
　RLC A
　MOV SDA , C
　SETB SCLK
　DJNZ R2 , DISP2 ; 送完一個字節(jié)
　DEC R0 ; 送下一個數(shù)碼管的顯示數(shù)據(jù)
　DJNZ R3 , DISP1 ; 送完三個字節(jié)
　SETB SLCK ; 時鐘的上升沿寄存器數(shù)據(jù)送
入鎖存器
　RET ; 子程序返回

從以上例子可以看出, 用74HC595 設計LED 驅動電路, 硬件和軟件的設計都不存在復雜的技術問題, 特別是軟件設計。另外, 74HC595 不僅可以用來驅動LED 顯示器, 而且能夠用來驅動發(fā)光二極管,每個74HC595 可以同時驅動8 個發(fā)光二極管。在I/ O口線較為緊張的情況下, 這不失為一種解決方案。在對產(chǎn)品的體積要求不高、并且希望降低成本時, 采用這種方案較為理想。