M61-32SU开发板点亮74hc595芯片8段8位数码管

显示全部楼层 · 2024-6-3 13:46:44

M61-32SU开发板 74hc595芯片数码管驱动

翻箱倒柜找到了多年以前买的8段8位数码管，想找商家要原理图资料没想到已经把我拉黑了，还是可以看到背后的芯片是74hc595的芯片，最后还是决定点亮它

数码管

数码管.png

如图所示是德飞莱的数码管8段(带小数点)8位
该模块是有两个74hc595芯片级联，和两个4位数码管组成，每个数码管的段引脚全都连接在同一个74hc595芯片上，每个数码管的公共引脚全都接在另一个75hc595芯片上，这样就可以通过一个74hc595控制选择数码管的段，另一个74hc595就可以控制选择那一位数码管

数码管原理图

数码管一般有7段和8段之分，8段的多了一个小数点，每个段都是一个发光led，分为共阴极和共阳极，共阴极是每个段的负极连接在一起，共阳极是每个段的正极连接在一起，原理图如下所示

数码管原理图.jpg

以共阴极数码管为例要想点亮a段就需要把数码管的a脚接高电平，公共端接GND就可以点亮，如果要显示数字 1，则需要把b和c接高电平，其它接低电平，公共端同样接GND即可点亮b和c段显示为数字1

存在的问题

一位的数码管都有8个段引脚，要想控制8位的岂不是要64个GPIO才可以控制吗？单片机的GPIO资源是很宝贵的，也不会只控制几位的数码管就浪费掉那么多的GPIO资源

解决问题也很简单，既然是不想浪费那么多io口，那么找到可以利用少量的io口分别控制多个输出的芯片就可以了，74hc595正是这样的芯片

74hc595芯片

74hc595是一个8位的高速的CMOS芯片，支持TTL电平控制，把输入的串行数据转成并行数据，有以下特点

8bit串行输入
8bit串行输出或并行输出
内部含有存储寄存器控制3态输出
支持清空位移寄存器
支持多级串联

芯片引脚如下

DS引脚是串行输入引脚，Q0~Q7为并行输出0~7代表0~7bit位，Q7S引脚为溢出输出引脚，当串行输入的数据超过8bit是，高位就会从Q7S输出，利用这个特性可以把Q7S和另一个74hc595芯片的DS引脚就做到级联控制更多的引脚

具体的引脚功能如下

595引脚功能.png

工作原理

当SHCP处于上升沿时，会从DS引脚读取1bit数据放入移位寄存器(位移寄存器的值会一位一位往前移动)，当STCP处于上升沿时会把位移寄存器中的值存储到锁存器中，如果此时OE引脚是低电平就会根据锁存器里面的值更新Q0~Q7引脚的状态

8位数码管

8位数码管原理图.png

通过前面的了解的知识可以看到该模块由两个74hc595级联来控制的8位8段共阴极数码管

其中第一个74hc595连接的是数码管的8个段引脚，另一个74hc595连接的是每个数码管的公共引负脚8位数码管也就有8个

结论: 第一个595芯片控制显示数码管的段，第二个595芯片控制的哪一位的数码管，DIO输入引脚输入16bit数据，高8bit是位选功能，控制哪个位显示，低8bit是段选功能，控制数码管的哪个段显示，根据前面的595芯片介绍DIO输入是先输入高位

代码

模块需要控制的有移位寄存器时序输入、锁存器时序输入以及串口数据输入一共三个，定义dev结构体如下

typedef struct {
//串口数据
uint8_t pin_ser;
//移位寄存器时序
uint8_t pin_clk;
//锁存器时序
uint8_t pin_st;
//设置pin状态
int (*set_dev_data)(uint8_t pin, uint8_t data);
//延时函数
void (*delay_fun)(uint32_t us);
//初始化gpio
void (*gpio_init)(uint8_t pin, uint32_t cfgset);
}digit_dev_t;

复制代码

另外还定义了两组数据，分别是控制段码的数据和控制位码的数据

根据上面的8位数码管模块的原理图可以得到数码管的a-h段引脚分别接到595芯片的Q0~Q7引脚，也就是1个字节的第一位控制a，第二位控制b。。。第8位控制h段，如果要显示1需要点亮b和c两段即可，因为是共阴极数码管，所以对应的b和c要是高电平，也就是段a-h对应的数据分别为0000 0110，转成16进制为0x06

显然我们可以的到控制段显示的数据为

unsigned char digit_tab[] =
{
0x3f,//0
0x06,//1
0x5b,//2
0x4f,//3
0x66,//4
0x6d,//5
0x7d,//6
0x07,//7
0x7f,//8
0x6f,//9
0x77,//a
0x7c,//b
0x39,//c
0x5e,//d
0x79,//e
0x71,//f
0x00,//全关
};

复制代码

位码是控制哪一位数码管被点亮，因为是共阴极，所以需要把对应的电平拉低即可点亮，显然可以得到位码数据如下：

unsigned char digit_choose_bit[] = {
0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,
0xef,0xdf,0xbf,0x7f,
};

复制代码

定义595对应的函数有下面三个

//初始化设备
void hc595_init(digit_dev_t* dev);
/**
*
* @brief 动态刷新显示，需要循环调用
* @param dev
* @param number
* 整数模式：12345678
* 小数模式：1234.5678
* 负数模式：-1234567
* ：-1234.567
*/
void hc595_desplay(digit_dev_t* dev, double number);
//发送高八位，第八位数据
void hc595_send_byte2(digit_dev_t* dev, unsigned char dataH, unsigned char dataL);

复制代码

74hc595.c实现代码如下

#include "74hc595.h"
#include <math.h>
unsigned char digit_tab[] =
{
0x3f,//0
0x06,//1
0x5b,//2
0x4f,//3
0x66,//4
0x6d,//5
0x7d,//6
0x07,//7
0x7f,//8
0x6f,//9
0x77,//a
0x7c,//b
0x39,//c
0x5e,//d
0x79,//e
0x71,//f
0x00,//全关
};
unsigned char digit_choose_bit[] = {
0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,
0xef,0xdf,0xbf,0x7f,
};
#define PIN_RESET(dev) \
do{ \
dev->set_dev_data(dev->pin_clk,0); \
dev->set_dev_data(dev->pin_st,0); \
}while(0)
#define ST_REFRESH(dev) \
do{ \
dev->set_dev_data(dev->pin_st,0); \
dev->set_dev_data(dev->pin_st,1); \
}while(0)
void hc595_init(digit_dev_t* dev)
{
dev->gpio_init(dev->pin_clk, GPIO_OUTPUT | GPIO_PULLUP | GPIO_SMT_EN | GPIO_DRV_0);
dev->gpio_init(dev->pin_ser, GPIO_OUTPUT | GPIO_PULLUP | GPIO_SMT_EN | GPIO_DRV_0);
dev->gpio_init(dev->pin_st, GPIO_OUTPUT | GPIO_PULLUP | GPIO_SMT_EN | GPIO_DRV_0);
PIN_RESET(dev);
}
/**
* @brief 发送一字节数据到595串口引脚
* @param dev
* @param data
*/
static void hc595_send_char_impl(digit_dev_t* dev, unsigned char data)
{
for (int i = 0; i < 8;i++) {
//从高位写入
if (data >= 0x80) {
dev->set_dev_data(dev->pin_ser, 1);
}
else {
dev->set_dev_data(dev->pin_ser, 0);
}
//上升沿触发写入
dev->set_dev_data(dev->pin_clk, 0);
dev->set_dev_data(dev->pin_clk, 1);
data <<= 1;
}
}
/**
* @brief 计算小数点位数
* @param number
* @return size_t
*/
static size_t deimal_size(double number)
{
size_t size = 0;
while ((number - (int)number) != 0) {
number *= 10;
size++;
}
return size;
}
void hc595_send_byte2(digit_dev_t* dev, unsigned char dataH, unsigned char dataL)
{
PIN_RESET(dev);
hc595_send_char_impl(dev, dataH);
hc595_send_char_impl(dev, dataL);
ST_REFRESH(dev);
PIN_RESET(dev);
}
/**
* @brief 更新buf到锁存器中
* @param dev
* @param buf
*/
static void hc595_refresh_buf(digit_dev_t* dev, unsigned char* buf)
{
static int index = 0;
for (;index < 8;index++) {
//消隐
hc595_send_byte2(dev, 0xff, 0x00);
hc595_send_byte2(dev, digit_choose_bit[index], buf[index]);
dev->delay_fun(2000);
}
index = 0;
}
void hc595_desplay(digit_dev_t* dev, double number)
{
PIN_RESET(dev);
//默认0x00不显示
unsigned char buf[8] = { 0x00 };
if (number > 99999999 || number < -9999999) {
printf("show range: -9999999 ~ 99999999");
for (int i = 0; i < 8;i++) {
buf[i] = MINUS;
}
//显示--------
hc595_refresh_buf(dev, buf);
return;
}
size_t size = deimal_size(number);
if (size != 0) {
//把number处理成整数，小数点写入buf中再处理
number = number * pow(10, size);
}
long integer = number;
uint8_t is_negative = integer < 0;
//负数要去相反数，避免后面计算每一位的余数为负数
if (is_negative) {
integer = -integer;
}
int i = 0;
for (; integer != 0;i++) {
buf[7 - i] = digit_tab[integer % 10];
//处理小数点
if (size != 0 && i == size) {
buf[7 - i] = DP_WRAP(buf[7 - i]);
}
integer /= 10;
}
//如果是负数在buf最前面加上负号
if (is_negative) {
buf[7 - i] = MINUS;
}
hc595_refresh_buf(dev, buf);
}