LED 的 595 串并转换驱动方案#

引脚连接#

下图取自Arduino多功能扩展板电路原理图。

引脚说明#

14脚：DS（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：MR,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

From: 图解74HC595

为什么要两片595级连#

显示1位7段数码管数字需要8个引脚，每个595 只提供8个引脚，那么1个595刚好控制1个数位的显示。但是在显示2个或多个数字时，就需要2个或以上的595。
从多个数码管的位选不是用MCU引脚直接驱动，而是用一片595的输出作为位选，这样有利于节省单片机的引脚。
以此图为例，4位7段数码管的6,8,9,12引脚（左侧）确定位选信号，右侧的 595 （11,4,4,2,1,10,5,3 引脚）确定段选。一个595 最多8条线，可以最多控制8个位选。也就是说，2个595最少可控制2位，最多可控制8位。
两片或多片 595 级连使用时：将片选拉低后，将前后不同控制字节顺序发送(逐位移出所有控制字)，然后拉高片选。

只用一片595#

只用一片 595 时，最多驱动8个 LED 或者一位7段数码管。

74hc595 shift register interfacing with Arduino

工作时序#

对照电路连接图，4位数码的控制原理如下：

串行 16bit 从左边的 14 引脚逐位移入，前面的8bit 进入右边的 U3 595，后面的 8bit 进入左边的 U2 595;
锁存触发信号到达，将前两个字节分别存入 U3 与 U2，其中 U2 的并行输出其实只会有一位为高，选中一位数码管，U3 则通过另一字节点亮和所需数字在数码管中的相应段。

下面说明595的时序图[1] 。该图较难理解的是 QA~QH。这8个引脚是并行输出，但它们并不是在8 bit 串行数据都到达后才输出，而是相应的位到达后，就立马在相应的位上立即会输出。只不过每一条位线只在自己的一个时间片接受输入，它的输出也只在该时间片与输入相同（实际是延迟一位的时钟时间），其它时间片时的值都为零。也就是说，8个并行引脚的输出的占空比都只有 1/8，并且其波特率是串行输入的 1/8。

疑问#

从微观上讲，一位数码管的8段还是在不同的时间被点亮的。另一方面，但这8位并行输出作为片选时，它也只在一个字的发送时间的 1/8 的时间有效。要点亮一个数字，既需要位选被选中，又需在段选选中，那么在位选与段选都只有部分时间有效时，会不会造成数字显示不完整，即有的段不能被点亮？

Output 是连接在 Storage Register 上，它相当于一个保持器。如果是这样，只需点亮一次即可？几种验证方法:

在程序中验证。在 setup() 部分只点亮一位，检查能不能保持常亮，若能，说明有保持功能。不要用点亮多位来验证，因为多位数码管需要分时输入数据被轮流点亮。??? Max7219 是否可以点亮一次后所有数码管常亮？似乎是可以，这说明 Max7219 驱动方案要更好，可以无开销地保持原图案，少频闪，更少消耗 CPU 时间。
用示波器验证。
通过 595 datasheet 上的电路原理图的锁存单元的功能上分析。

示例代码#

函数 print1digit() 定义了在指定位显示一个数字的功能。

int latchPin = 7;
int clockPin = 6;
int dataPin = 8; 

// 在指定位上打字一个数字
// chan: 数字位，从左边开始记数
void print1digit(int chan, int number)
{
  digitalWrite(latchPin, LOW); //将ST_CP口上面加低电平让芯片准备好接收数据
  shiftOut(dataPin, clockPin, MSBFIRST,Dis_table[number]); //发送显示的数值编码 
  shiftOut(dataPin, clockPin, MSBFIRST,Dis_buf[chan] );    //发送通值	0-3	
  digitalWrite(latchPin,HIGH); //将ST_CP这个针脚恢复到高电平
  delay(2);				//延时2ms 
}

讨论#

595 移位锁存寄存器的时序就是 SPI 吗？从宏观上看是如此？
文章 [2] 对如何移位发送，以及模拟多个引脚的时序、延时、和同步，给出了详细的示例。