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HC595级联原理及实例 - STM32

作者：秋刀鱼在做梦 | 2024-07-09 07:15:32

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hc595

        74HC595的最重要的功能就是：串行输入，并行输出。其次，74HC595里面有2个8位寄存器：移位寄存器、存储寄存器。74HC595的数据来源只有一个口，一次只能输入一个位，那么连续输入8次，就可以积攒为一个字节了。

引脚图

14脚：DIN（SER），串行数据输入引脚

13脚：OE，  输出使能控制脚，它是低电才使能输出，所以接GND

12脚：RCK，存储寄存器时钟输入引脚。上升沿时，数据从移位寄存器转存带存储寄存器。

11脚：SCK，移位寄存器时钟引脚，上升沿时，移位寄存器中的bit 数据整体后移，并接受新的bit（从SER输入）。

10脚：SCLR,低电平时，清空移位寄存器中已有的bit数据，一般不用，接高电平即可。

9 脚 ：串行数据出口引脚。当移位寄存器中的数据多于8bit时，会把已有的bit“挤出去”，就是从这里出去的。用于595的级联。

Qx：并行输出引脚

使用参数

VCC：2V~6V，5V最好

I Qn：+- 35mA

移位寄存器

74HC595的14脚：DIN，是串行数据输入口。595的数据来源只有这一个口，一次只能输入一个位，那么连续输入8次，就可以积攒为一个字节了。

74HC595的11脚，(shift register clock input) 移位寄存器时钟引脚。上升沿有效。
首先我们要介绍这个引脚的作用，当一个新的位数据要进来时，已经进入的位数据就在移位寄存器时钟脉冲的控制下，整体后移，让出位置。

上升沿：电平从低到高的那个过程。移位寄存器时钟在上升沿这个过程中才起作用。

存储寄存器

595是怎么将移位寄存器的数据转移到存储寄存器。存储寄存器是直接和8个输出引脚相通的，将移位寄存器的数据转移到存储寄存器后，Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 就可以接收到我们开始输入的一个字节的数据。所谓存储寄存器，就是数据可以存在这个寄存器中，并不会随着一次输出就消失，只要595不断电，也没有新的数据从移位寄存器中过来，数据就一直不变且有效。新的数据过来后，存储寄存器中的数据就会被覆盖更新。

74HC595的12脚： (storage register clock input ) 存储寄存器时钟
数据从位移寄存器转移到存储寄存器，也是需要时钟脉冲驱动的，这就是12脚的作用。它也是上升沿有效。

74HC595级联

通过上面的介绍，见识到595的厉害了吧。138译码器通过3个输入口控制8个输出口，而且还只能是特定的8个输出值，而595只用了一个输入口就可以输任意的8位数据，可谓短小精悍。

你觉的1位控制8位输出还不够？

在上面的程序中用到的9脚，没用起作用，如果要让2个595串联起来的话，就需要它了。想一下，我们将移位寄存器的8个位填满后，再往移位寄存器中塞一个会怎么样？也许你想到了。对！移位寄存器的最后一个位数据会被挤出去，从哪里出去？就是从9脚输出的。如果我们把第一个595的9脚连接到第二个的串行数据输入脚SER，那么，就形成了595的级联。这样，如果我们用2个595组合成了一个新的超级595，这个超级595的移位寄存器和存储寄存器的容量都翻倍了，1口控制16口，有木有！你还可以继续级联下去！

74HC595级联实例

  1. #ifndef __HC_595_H__
  2. #define __HC_595_H__	
  3.  
  4. #include "stm32h7xx_hal.h"
  5.  
  6.  
  7. // HC595的16位输出端定义位号
  8. // Q0 - 0 .....Q15 -15
  9. #define DIO_HC_A0           (6)
  10. #define DIO_HC_B0           (7)
  11. #define DIO_HC_C0           (0)
  12. #define DIO_HC_A1           (15)
  13. #define DIO_HC_B1           (8)
  14. #define DIO_HC_C1           (1)
  15. #define DIO_HC_A2           (10)
  16. #define DIO_HC_B2           (13)
  17. #define DIO_HC_C2           (14)
  18. /* RLY */
  19. #define DIO_RLY0            (5)
  20. #define DIO_RLY1            (2)
  21. /* S1 S2 */
  22. #define DIO_S1              (11)
  23. #define DIO_S2              (12)
  24. /* CUR */
  25. #define DIO_CUR             (9)
  26.  
  27. /*----------------------------------------- HC595 引脚配置宏 -----------------------------------------------*/
  28.  
  29. #define HC_595_DIN_ENABLE     		 __HAL_RCC_GPIOE_CLK_ENABLE()			// 使能DIN引脚时钟
  30. #define HC_595_DIN_PORT   			 GPIOE                 					// DIN引脚端口
  31. #define HC_595_DIN_PIN     		 	 GPIO_PIN_1  							// DIN引脚
  32.          
  33. #define HC_595_RCK_ENABLE     		 __HAL_RCC_GPIOE_CLK_ENABLE()			// 使能RCK引脚时钟
  34. #define HC_595_RCK_PORT   			 GPIOE                 					// RCK引脚端口
  35. #define HC_595_RCK_PIN     		 	 GPIO_PIN_3  							// RCK引脚
  36.  
  37. #define HC_595_SCK_ENABLE     		 __HAL_RCC_GPIOE_CLK_ENABLE()			// 使能SCK引脚时钟
  38. #define HC_595_SCK_PORT   			 GPIOE                 					// SCK引脚端口
  39. #define HC_595_SCK_PIN     		 	 GPIO_PIN_2  							// SCK引脚
  40.  
  41. #define HC_595_SCLR_ENABLE     		 __HAL_RCC_GPIOC_CLK_ENABLE()			// 使能SCLR引脚时钟
  42. #define HC_595_SCLR_PORT   			 GPIOC                 					// SCLR引脚端口
  43. #define HC_595_SCLR_PIN     		 GPIO_PIN_4  								// SCLR引脚
  44.  
  45. /*-------------------------------------------- IO口操作 ---------------------------------------------------*/   
  46.  
  47. #define HC_595_DIN(a)	if (a)	\
  48. 										HAL_GPIO_WritePin(HC_595_DIN_PORT, HC_595_DIN_PIN, GPIO_PIN_SET); \
  49. 									else		\
  50. 										HAL_GPIO_WritePin(HC_595_DIN_PORT, HC_595_DIN_PIN, GPIO_PIN_RESET)	
  51.  
  52. #define HC_595_RCK(a)	if (a)	\
  53. 										HAL_GPIO_WritePin(HC_595_RCK_PORT, HC_595_RCK_PIN, GPIO_PIN_SET); \
  54. 									else		\
  55. 										HAL_GPIO_WritePin(HC_595_RCK_PORT, HC_595_RCK_PIN, GPIO_PIN_RESET)	
  56. 									
  57. #define HC_595_SCK(a)	if (a)	\
  58. 										HAL_GPIO_WritePin(HC_595_SCK_PORT, HC_595_SCK_PIN, GPIO_PIN_SET); \
  59. 									else		\
  60. 										HAL_GPIO_WritePin(HC_595_SCK_PORT, HC_595_SCK_PIN, GPIO_PIN_RESET)	
  61.  
  62. #define HC_595_SCLR(a)	if (a)	\
  63. 										HAL_GPIO_WritePin(HC_595_SCLR_PORT, HC_595_SCLR_PIN, GPIO_PIN_SET); \
  64. 									else		\
  65. 										HAL_GPIO_WritePin(HC_595_SCLR_PORT, HC_595_SCLR_PIN, GPIO_PIN_RESET)	
  66. 																		
  67.  
  68. // 函数声明
  69. void HC_595_GPIO_Config(void);
  70. void HC_595_Send_Byte(unsigned short Q15_Q0);
  71. void HC595_Write_QX(unsigned short index,unsigned short sta);
  72. 									
  73. #endif
  1. #include "hc595.h"
  2.  
  3. static unsigned short Q0_Q15_S = 0;
  4.  
  5. /*****************************************************************************************
  6. *	函数名: HC595_Delay
  7. *	入口参数: t - 延时时间，以时钟周期数为单位
  8. *	返回值: 无
  9. *	函数功能: 简单延时函数
  10. *	说明: 为了移植的简便性且对延时精度要求不高，所以不需要使用定时器做延时
  11. ******************************************************************************************/
  12. void HC595_Delay(unsigned int t)
  13. {
  14. 	while(t--); // 简单的循环延时，延时时间由入口参数 t 决定
  15. }
  16.  
  17.  
  18. /*****************************************************************************************
  19. *	函数名: HC_595_GPIO_Config
  20. *	入口参数: 无
  21. *	返回值: 无
  22. *	函数功能: 初始化移位寄存器的 GPIO 口
  23. *	说明: 配置数据输入引脚（DIN）、存储寄存器时钟引脚（RCK）、移位寄存器时钟引脚（SCK）和清除引脚（SCLR）为推挽输出模式，
  24. *		 不带上下拉，速度配置为低速。然后将这些引脚初始化，并设置初始电平状态。
  25. ******************************************************************************************/
  26. void HC_595_GPIO_Config(void)
  27. {	
  28. 	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
  29. 	
  30. 	// 初始化IO口时钟
  31. 	HC_595_DIN_ENABLE;
  32. 	HC_595_RCK_ENABLE;
  33. 	HC_595_SCK_ENABLE;	
  34. 	HC_595_SCLR_ENABLE;	
  35. 	
  36. 	// 配置DIN引脚
  37. 	GPIO_InitStruct.Pin 			= HC_595_DIN_PIN;
  38. 	GPIO_InitStruct.Mode 			= GPIO_MODE_OUTPUT_PP;	// 推挽输出
  39. 	GPIO_InitStruct.Pull 			= GPIO_NOPULL;			// 不带上下拉
  40. 	GPIO_InitStruct.Speed 			= GPIO_SPEED_FREQ_LOW;	// 低速
  41. 	HAL_GPIO_Init(HC_595_DIN_PORT, &GPIO_InitStruct);
  42.  
  43. 	// 配置RCK引脚
  44. 	GPIO_InitStruct.Pin 			= HC_595_RCK_PIN;
  45. 	HAL_GPIO_Init(HC_595_RCK_PORT, &GPIO_InitStruct);		
  46.  
  47. 	// 配置SCK引脚
  48. 	GPIO_InitStruct.Pin			= HC_595_SCK_PIN;
  49. 	HAL_GPIO_Init(HC_595_SCK_PORT, &GPIO_InitStruct);				
  50.  
  51. 	// 配置SCLR引脚
  52. 	GPIO_InitStruct.Pin 			= HC_595_SCLR_PIN;
  53. 	GPIO_InitStruct.Pull 			= GPIO_PULLUP;			// 上拉
  54. 	HAL_GPIO_Init(HC_595_SCLR_PORT, &GPIO_InitStruct);
  55.  
  56. 	// 初始化引脚状态
  57. 	HAL_GPIO_WritePin(HC_595_RCK_PORT, HC_595_RCK_PIN, GPIO_PIN_RESET);	// RCK输出低电平
  58. 	HAL_GPIO_WritePin(HC_595_SCK_PORT, HC_595_SCK_PIN, GPIO_PIN_RESET);	// SCK输出低电平
  59. 	HAL_GPIO_WritePin(HC_595_SCLR_PORT, HC_595_SCLR_PIN, GPIO_PIN_SET);	// SCLR输出高电平
  60. }
  61.  
  62.  
  63. /*****************************************************************************************
  64. *	函数名: HC_595_Send_Byte
  65. *	入口参数: Q15_Q0 - 要发送的16位数据
  66. *	返回值: 无
  67. *	函数功能: 向移位寄存器发送一个16位数据
  68. *	说明: 首先设置移位寄存器的控制引脚为初始状态，然后逐位发送数据，最后将数据加载到移位寄存器中。
  69. ******************************************************************************************/
  70. void HC_595_Send_Byte(unsigned short Q15_Q0)
  71. {
  72. 	// 设置移位寄存器的控制引脚初始状态
  73. 	HC_595_DIN(0);
  74. 	HC_595_RCK(0);
  75. 	HC_595_SCK(0);
  76.  
  77. 	HC595_Delay(10);	
  78. 	
  79. 	for( int i = 0 ; i < 16 ; i ++ )
  80. 	{
  81. 		// 逐位发送数据
  82. 		HC_595_SCK(0);
  83. 		if( Q15_Q0 & 0x8000 )
  84. 		{
  85. 			HC_595_DIN(1);
  86. 		}
  87. 		else
  88. 		{
  89. 			HC_595_DIN(0);
  90. 		}
  91. 		HC595_Delay(1);		
  92. 		HC_595_SCK(1);		// 移位寄存器输入一个字节数据
  93. 		HC595_Delay(1);
  94. 		Q15_Q0 <<= 1;
  95. 	}
  96. 	
  97. 	// 将数据加载到移位寄存器中
  98. 	HC_595_RCK(1);			// 存储寄存器输入，Q1-Q15输出
  99. 	HC595_Delay(1);
  100. 	
  101. 	HC_595_RCK(0);
  102. 	HC_595_SCK(0);
  103. }
  104.  
  105. /* w_gpio_sem */
  106. static unsigned char w_gpio_sem = 0;
  107.  
  108. /*****************************************************************************************
  109. *	函数名: HC595_Write_QX
  110. *	入口参数: index - 输出引脚的编号，sta - 输出状态，1为高电平，0为低电平
  111. *	返回值: 无
  112. *	函数功能: 控制移位寄存器的输出引脚状态
  113. *	说明: 根据输入的输出引脚编号和状态，更新移位寄存器中对应引脚的状态，并发送更新后的状态到移位寄存器。
  114. ******************************************************************************************/
  115. void HC595_Write_QX(unsigned short index,unsigned short sta)
  116. {
  117. 	// 检查是否有其他操作在进行
  118. 	if( w_gpio_sem )
  119. 	{
  120. 		return;
  121. 	}
  122. 	
  123. 	// 锁定
  124. 	w_gpio_sem = 1;
  125. 	
  126. 	// 检查输出引脚编号是否合法
  127. 	if( index > 16 )
  128. 	{
  129. 		return;
  130. 	}
  131. 	
  132. 	// 根据状态设置输出引脚状态
  133. 	if( sta )
  134. 	{
  135. 		Q0_Q15_S |= ( 1 << index );
  136. 	}
  137. 	else
  138. 	{
  139. 		Q0_Q15_S &=~ ( 1 << index );
  140. 	}
  141. 	
  142. 	// 更新移位寄存器中的输出状态
  143. 	HC_595_Send_Byte(Q0_Q15_S);
  144. 	
  145. 	// 解锁
  146. 	w_gpio_sem = 0;	
  147. }
  148.

  1. HC_595_GPIO_Config: 初始化HC595芯片的GPIO口，包括数据输入引脚(DIN)、存储寄存器时钟引脚(RCK)、移位寄存器时钟引脚(SCK)和清除引脚(SCLR)。配置这些引脚为推挽输出模式，并设置初始电平状态。

  2. HC_595_Send_Byte: 向HC595芯片发送一个16位数据，通过移位寄存器将数据加载到芯片中，控制输出引脚的状态。

  3. HC595_Write_QX: 根据输入的输出引脚编号和状态，更新移位寄存器中对应引脚的状态，并通过 HC_595_Send_Byte 函数发送更新后的状态到移位寄存器。

  4. HC595_Delay: 简单的延时函数，用于产生一定时间的延时，以时钟周期数为单位。

注意 

HC595的DIN输入端输出的数据会从Q0开始，继续输入，之前的Q0数据会移位至Q1，一直循环。

完整的输入一个字节数据，假设输入的是unsigned char Q_byte =（高）1011 1111（低） 。因为HC_595_Send_Byte程序中是从高位开始发送的，最高位的数据再经过完整的一个字节循环后就被push到了Q7（很像队列）

Q0 = 1；Q1=1；Q2=1；Q3=1；Q4=1；Q5=1；Q6=0；Q7=1；

我们要改变Q0-Q7中的某个位做法：

假设改变Q3位，则把 （高）1011 0111（低）重新写入HC595中。

Q_byte = Q_byte & ~ (1<<3)  = 1011 1111 & 1111 0111 = 1011 0111;

这是一个595的情况，级联情况下同理，代码，处理的就是级联情况。所以应用HC595_Write_QX函数就可以操作Q0-Q15任意一个输出位的电平了。

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