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树莓派GPIO入门08-使用74HC595芯片驱动数码管(二)
上一篇我们学习了如何利用74HC595这块显示驱动芯片来驱动1位8段数码管的方法。并逐一讲解了该芯片各引脚的功能。...
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08
2015/06

树莓派GPIO入门08-使用74HC595芯片驱动数码管(二)

上一篇我们学习了如何利用74HC595这块显示驱动芯片来驱动1位8段数码管的方法。并逐一讲解了该芯片各引脚的功能。细心的童鞋可能注意到了,上次我们有一个Q7S引脚没有用到。这一篇我们就用这个引脚来级联两块74HC595芯片同时驱动8个8段数码管。在两块74HC595芯片的配合下,同样只需要3个GPIO口就能驱动八只8段数码管。而如果直接用GPIO驱动则需要至少16个GPIO口,节省了13个GPIO!而且按照本文的方法,你还可以级联更多的74HC595芯片,每多级联一片就能多驱动8只数码管,而需要的IO口仍然只有3个!妈妈再也不用担心我的IO口不够用了。

最终效果

视频演示

http://v.youku.com/v_show/id_XMTI1NzE1MDQwOA==.html?spm=a2hzp.8253869.0.0

硬件

  • 74HC595显示芯片 X 2
  • 共阳(或共阴)4位数码管 X 2
    硬件图 由于大面包板已经被我插满了,所以用另一块小面包板来安放第二片74HC595

原理说明

  • 我们已经知道,每次制造一次移位寄存器时钟引脚的上升沿,74HC595都会在这个上升沿将DS引脚上的数据存入内部的移位寄存器D0,同时D0原来的数据会顺移到D1,D1的数据位移到D2。。。D6的数据位移到D7。而D7的数据会被输出到引脚Q7S上,如果Q7S引脚没有被使用,那么这一位数据就被丢掉了。
  • 如果我们将Q7S引脚连接上另一块74HC595的DS引脚并保证两块芯片上的移位时钟的上升沿同时发生(将两块芯片的SHCP连在一起即可)的话,第一块74HC595的串行输出引脚Q7S就变成了第二块74HC595的串行输入数据源。Q7S上的数据会继续移位到第二块74HC595芯片的移位寄存器D0里(同样的,D0→D1→D2→...→D6→D7→Q7S)。
  • 16位数据全部这样串行传输完毕后,制造两块芯片的锁存时钟STCP的上升沿(跟SHCP一样,两块芯片的STCP连在一起即可)即可同时输出16位数据。
  • 利用上述级联原理加上前一篇学习的内容,我们可以这样静态驱动2只数码管:两只数码管的共阳(阴)极连接VCC(GND),第一片595的Q0-Q7连到第一个数码管的A-G,Dp上,级联的第二片595的Q0-Q7连到第二只数码管的A-G,Dp上,然后用3根GPIO口驱动两片级联的74HC595芯片,连续串行输入两个数字的显示码共16位数据,然后同时制造锁存上升沿,将两个数字的显示码分别输出到两只数码管上即可。这样连接的话,N片级联的74HC595就能驱动N只数码管了。(咦,说好的驱动8位数码管的呢)
  • 上面的做法当然没问题,而且有一个优点是静态显示所以显示很稳定,有兴趣自己试着做一下。缺点是浪费芯片,价格倒不贵可是连线复杂,占用电路板面积太多。本文采用动态扫描(原理参见本系列第5篇)的方式来使用两块级联的74HC595芯片驱动8位数码管。原理也很简单,稍微调整一下硬件的连接方式和传输数据的方式即可。
  • 依然是两块74HC595级联,第一块595的输出引脚连到所有数码管的段引脚上(8只数码管的A-G,Dp引脚连在一起),第二块595的输出引脚Q0-Q7分别连上8只数码管的共阳(阴)极上。第一块芯片的输出决定了数码管上显示什么数字。而8只数码管中哪一只会被点亮则取决于第二块芯片哪只数码管的共阳(阴)端是高(低)电平。
  • 由于在我的硬件连接里,级联的第二块74HC595是负责位选的,所以应该先发送8位位选信号,再发送8位段选信号,在连续发完了16位数据以后,第一块74HC595的移位寄存器里保存着8位的段选信息,而在第二块74HC595的移位寄存器里保存着8位的位选信息。由于两片芯片的STCP是连在同一个GPIO口的,这个时候如果制造一次STCP的上升沿,两块595的位移寄存器里的数据会同时保存到自己的锁存器里,由于我的使能端OE连在GND始终有效,锁存器里的数据就直接输出到了芯片的输出引脚上。第二块芯片的8根输出引脚连接的是8位数码管的共阳端。只有输出高电平的引脚连接的数码管才会被点亮。
  • 当然如果你喜欢,你也可以让8个数码管全部同时点亮,你只要让第二块595输出11111111就行了。不过显示的数字都是一样的。想显示不同的数字就要进行动态扫描,每次输出一个数字的显示码跟一个位选码,快速循环切换显示即可。

跟上一篇一样,我也做了一个动画帮助你理解级联的过程。这个动画一开始已经是传输完前8位位选数据的状态了,动画里的位选数据是1000000,点亮第一个数码管,显示的内容由后8位段选数据决定,动画里是数字5。
74HC595

硬件连接

模块1|引脚|模块2|引脚
----|----|----|----
74HC595_1|Q0|数码管1/2|DP
74HC595_1|Q1|数码管1/2|G
74HC595_1|Q2|数码管1/2|F
74HC595_1|Q3|数码管1/2|E
74HC595_1|Q4|数码管1/2|D
74HC595_1|Q5|数码管1/2|C
74HC595_1|Q6|数码管1/2|B
74HC595_1|Q7|数码管1/2|A
74HC595_1|Q7S|74HC595_2|DS
74HC595_2|Q0|数码管1|DIG1的共阳极
74HC595_2|Q1|数码管1|DIG2的共阳极
74HC595_2|Q2|数码管1|DIG3的共阳极
74HC595_2|Q3|数码管1|DIG4的共阳极
74HC595_2|Q4|数码管2|DIG1的共阳极
74HC595_2|Q5|数码管2|DIG2的共阳极
74HC595_2|Q6|数码管2|DIG3的共阳极
74HC595_2|Q7|数码管2|DIG4的共阳极
树莓派|GPIO13|74HC595_1|DS
树莓派|GPIO19|74HC595_1/2|SHCP
树莓派|GPIO26|74HC595_1/2|SHTP
树莓派|VCC|74HC595_1/2|VCC,MR
树莓派|GND|74HC595_1/2|GND,OE

代码(Python)

#!/usr/bin/env python
# encoding: utf-8

import RPi.GPIO
import time

# 串行数据输入引脚连接的GPIO口
DS = 13

# 移位寄存器时钟控制引脚连接的GPIO口——上升沿有效
SHCP = 19

# 数据锁存器时钟控制引脚连接的GPIO口——上升沿有效
STCP = 26

RPi.GPIO.setmode(RPi.GPIO.BCM)

RPi.GPIO.setup(DS, RPi.GPIO.OUT)
RPi.GPIO.setup(STCP, RPi.GPIO.OUT)
RPi.GPIO.setup(SHCP, RPi.GPIO.OUT)

RPi.GPIO.output(STCP, False)
RPi.GPIO.output(SHCP, False)

# 通过串行数据引脚向74HC595的传送一位数据
def setBitData(data):
    # 准备好要传送的数据
    RPi.GPIO.output(DS, data)
    # 制造一次移位寄存器时钟引脚的上升沿(先拉低电平再拉高电平)
    # 74HC595会在这个上升沿将DS引脚上的数据存入移位寄存器D0
    # 同时D0原来的数据会顺移到D1,D1的数据位移到D2。。。D6的数据位移到D7
    # 而D7的数据已经没有地方储存了,这一位数据会被输出到引脚Q7S上
    # 如果Q7S引脚没有被使用,那么这一位的数据就被丢掉了。
    # 而如果将Q7S引脚连接到另一块74HC595上的DS引脚,
    # 那么这一位数据就会继续位移到第二块595芯片的位移寄存器里去。
    # 这就是多块595芯片级联的原理。
    RPi.GPIO.output(SHCP, False)
    RPi.GPIO.output(SHCP, True)

# 指定第dig位(1-8)数码管显示数字num(0-9),参数showDotPoint是显示不显示小数点(true/false)
# 由于我使用的数码管是共阳数码管,所以设置为低电平的段才会被点亮
# 如果你用的是共阴数码管,那么要将下面的True和False全部颠倒过来,或者统一在前面加上not
def showDigit(dig, num, showDotPoint):

    # 由于在我的硬件连接里,级联的第二块74HC595是负责位选的,
    # 所以应该先发送8位位选信号,再发送8位段选信号,在连续发完了16位数据以后,
    # 第一块74HC595的移位寄存器里保存着8位的段选信息,而在第二块74HC595的移位寄存器里保存着8位的位选信息。
    # 由于两片芯片的STCP是连在同一个GPIO口的,这个时候如果制造一次STCP的上升沿,
    # 两块595的位移寄存器里的数据会同时保存到自己的锁存器里,由于我的使能端OE连在GND始终有效,锁存器里的数据就直接输出到了芯片的输出引脚上。
    # 第一块芯片的8根输出引脚连接的是所有数码管共用的abcdefg,dp引脚,决定了数码管上显示什么数字。而8只数码管中哪一只会被点亮则取决于哪只数码管的共阳端是高电平。
    # 第二块芯片的8根输出引脚连接的是8位数码管的共阳端。只有输出高电平的引脚连接的数码管会点亮。
    # 当然如果你喜欢,你也可以让8个数码管全部同时点亮,你只要让第二块595输出11111111就行了。不过显示的数字都是一样的。
    # 想显示不同的数字就要进行动态扫描,原理不再说明请参考本系列教程第5篇。
    
    for x in range(1,9):
        if (x == dig):
            setBitData(True)
        else:
            setBitData(False)

    if (num == 0) :
        setBitData(not showDotPoint) # DP
        setBitData(True)  # G
        setBitData(False) # F
        setBitData(False) # E
        setBitData(False) # D
        setBitData(False) # C
        setBitData(False) # B
        setBitData(False) # A
    elif (num == 1) :
        setBitData(not showDotPoint)
        setBitData(True)
        setBitData(True)
        setBitData(True)
        setBitData(True)
        setBitData(False)
        setBitData(False)
        setBitData(True)
    elif (num == 2) :
        setBitData(not showDotPoint)
        setBitData(False)
        setBitData(True)
        setBitData(False)
        setBitData(False)
        setBitData(True)
        setBitData(False)
        setBitData(False)
    elif (num == 3) :
        setBitData(not showDotPoint)
        setBitData(False)
        setBitData(True)
        setBitData(True)
        setBitData(False)
        setBitData(False)
        setBitData(False)
        setBitData(False)
    elif (num == 4) :
        setBitData(not showDotPoint)
        setBitData(False)
        setBitData(False)
        setBitData(True)
        setBitData(True)
        setBitData(False)
        setBitData(False)
        setBitData(True)
    elif (num == 5) :
        setBitData(not showDotPoint)
        setBitData(False)
        setBitData(False)
        setBitData(True)
        setBitData(False)
        setBitData(False)
        setBitData(True)
        setBitData(False)
    elif (num == 6) :
        setBitData(not showDotPoint)
        setBitData(False)
        setBitData(False)
        setBitData(False)
        setBitData(False)
        setBitData(False)
        setBitData(True)
        setBitData(False)
    elif (num == 7) :
        setBitData(not showDotPoint)
        setBitData(True)
        setBitData(True)
        setBitData(True)
        setBitData(True)
        setBitData(False)
        setBitData(False)
        setBitData(False)
    elif (num == 8) :
        setBitData(not showDotPoint)
        setBitData(False)
        setBitData(False)
        setBitData(False)
        setBitData(False)
        setBitData(False)
        setBitData(False)
        setBitData(False)
    elif (num == 9) :
        setBitData(not showDotPoint)
        setBitData(False)
        setBitData(False)
        setBitData(True)
        setBitData(False)
        setBitData(False)
        setBitData(False)
        setBitData(False)

    # 移位寄存器的8位数据全部传输完毕后,制造一次锁存器时钟引脚的上升沿(先拉低电平再拉高电平)
    # 74HC595会在这个上升沿将移位寄存器里的8位数据复制到8位的锁存器中(锁存器里原来的数据将被替换)
    # 到这里为止,这8位数据还只是被保存在锁存器里,并没有输出到数码管上。
    # 决定锁存器里的数据是否输出是由“输出使能端口”OE决定的。当OE设置为低电平时,锁存器里数据才会被输出到Q0-Q7这8个输出引脚上。
    # 在我的硬件连接里,OE直接连接在了GND上,总是保持低电平,所以移位寄存器的数据一旦通过时钟上升沿进入锁存器,也就相当于输出到LED上了。
    RPi.GPIO.output(STCP, True)
    RPi.GPIO.output(STCP, False)

try:
    # 测试代码
    while (True):
        # 8位数码管显示1-8,不显示小数点
        for dig in range(1,9):
            showDigit(dig, 9-dig, False)
            time.sleep(0.001)

except KeyboardInterrupt:
    pass

# 最后清理GPIO口
RPi.GPIO.cleanup()

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Last modification:October 24th, 2018 at 03:43 am
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2 comments

  1. ZHLH

    博主这篇博文图片挂了哟

    1. 芒果
      @ZHLH

      谢谢反馈,图片都是放在github 上的,国内访问不太稳定,有空全部转到国内服务器上

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