HC595级联原理及实例 - STM32-编程知识

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

#ifndef __HC_595_H__
#define __HC_595_H__	#include "stm32h7xx_hal.h"// HC595的16位输出端定义位号
// Q0 - 0 .....Q15 -15
#define DIO_HC_A0           (6)
#define DIO_HC_B0           (7)
#define DIO_HC_C0           (0)
#define DIO_HC_A1           (15)
#define DIO_HC_B1           (8)
#define DIO_HC_C1           (1)
#define DIO_HC_A2           (10)
#define DIO_HC_B2           (13)
#define DIO_HC_C2           (14)
/* RLY */
#define DIO_RLY0            (5)
#define DIO_RLY1            (2)
/* S1 S2 */
#define DIO_S1              (11)
#define DIO_S2              (12)
/* CUR */
#define DIO_CUR             (9)/*----------------------------------------- HC595 引脚配置宏 -----------------------------------------------*/#define HC_595_DIN_ENABLE     		 __HAL_RCC_GPIOE_CLK_ENABLE()			// 使能DIN引脚时钟
#define HC_595_DIN_PORT   			 GPIOE                 					// DIN引脚端口
#define HC_595_DIN_PIN     		 	 GPIO_PIN_1  							// DIN引脚#define HC_595_RCK_ENABLE     		 __HAL_RCC_GPIOE_CLK_ENABLE()			// 使能RCK引脚时钟
#define HC_595_RCK_PORT   			 GPIOE                 					// RCK引脚端口
#define HC_595_RCK_PIN     		 	 GPIO_PIN_3  							// RCK引脚#define HC_595_SCK_ENABLE     		 __HAL_RCC_GPIOE_CLK_ENABLE()			// 使能SCK引脚时钟
#define HC_595_SCK_PORT   			 GPIOE                 					// SCK引脚端口
#define HC_595_SCK_PIN     		 	 GPIO_PIN_2  							// SCK引脚#define HC_595_SCLR_ENABLE     		 __HAL_RCC_GPIOC_CLK_ENABLE()			// 使能SCLR引脚时钟
#define HC_595_SCLR_PORT   			 GPIOC                 					// SCLR引脚端口
#define HC_595_SCLR_PIN     		 GPIO_PIN_4  								// SCLR引脚/*-------------------------------------------- IO口操作 ---------------------------------------------------*/   #define HC_595_DIN(a)	if (a)	\HAL_GPIO_WritePin(HC_595_DIN_PORT, HC_595_DIN_PIN, GPIO_PIN_SET); \else		\HAL_GPIO_WritePin(HC_595_DIN_PORT, HC_595_DIN_PIN, GPIO_PIN_RESET)	#define HC_595_RCK(a)	if (a)	\HAL_GPIO_WritePin(HC_595_RCK_PORT, HC_595_RCK_PIN, GPIO_PIN_SET); \else		\HAL_GPIO_WritePin(HC_595_RCK_PORT, HC_595_RCK_PIN, GPIO_PIN_RESET)	#define HC_595_SCK(a)	if (a)	\HAL_GPIO_WritePin(HC_595_SCK_PORT, HC_595_SCK_PIN, GPIO_PIN_SET); \else		\HAL_GPIO_WritePin(HC_595_SCK_PORT, HC_595_SCK_PIN, GPIO_PIN_RESET)	#define HC_595_SCLR(a)	if (a)	\HAL_GPIO_WritePin(HC_595_SCLR_PORT, HC_595_SCLR_PIN, GPIO_PIN_SET); \else		\HAL_GPIO_WritePin(HC_595_SCLR_PORT, HC_595_SCLR_PIN, GPIO_PIN_RESET)	// 函数声明
void HC_595_GPIO_Config(void);
void HC_595_Send_Byte(unsigned short Q15_Q0);
void HC595_Write_QX(unsigned short index,unsigned short sta);#endif

#include "hc595.h"static unsigned short Q0_Q15_S = 0;/*****************************************************************************************
*	函数名: HC595_Delay
*	入口参数: t - 延时时间，以时钟周期数为单位
*	返回值: 无
*	函数功能: 简单延时函数
*	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
******************************************************************************************/
void HC595_Delay(unsigned int t)
{while(t--); // 简单的循环延时，延时时间由入口参数 t 决定
}/*****************************************************************************************
*	函数名: HC_595_GPIO_Config
*	入口参数: 无
*	返回值: 无
*	函数功能: 初始化移位寄存器的 GPIO 口
*	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，
*		 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。
******************************************************************************************/
void HC_595_GPIO_Config(void)
{	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};// 初始化IO口时钟HC_595_DIN_ENABLE;HC_595_RCK_ENABLE;HC_595_SCK_ENABLE;	HC_595_SCLR_ENABLE;	// 配置DIN引脚GPIO_InitStruct.Pin 			= HC_595_DIN_PIN;GPIO_InitStruct.Mode 			= GPIO_MODE_OUTPUT_PP;	// 推挽输出GPIO_InitStruct.Pull 			= GPIO_NOPULL;			// 不带上下拉GPIO_InitStruct.Speed 			= GPIO_SPEED_FREQ_LOW;	// 低速HAL_GPIO_Init(HC_595_DIN_PORT, &GPIO_InitStruct);// 配置RCK引脚GPIO_InitStruct.Pin 			= HC_595_RCK_PIN;HAL_GPIO_Init(HC_595_RCK_PORT, &GPIO_InitStruct);		// 配置SCK引脚GPIO_InitStruct.Pin			= HC_595_SCK_PIN;HAL_GPIO_Init(HC_595_SCK_PORT, &GPIO_InitStruct);				// 配置SCLR引脚GPIO_InitStruct.Pin 			= HC_595_SCLR_PIN;GPIO_InitStruct.Pull 			= GPIO_PULLUP;			// 上拉HAL_GPIO_Init(HC_595_SCLR_PORT, &GPIO_InitStruct);// 初始化引脚状态HAL_GPIO_WritePin(HC_595_RCK_PORT, HC_595_RCK_PIN, GPIO_PIN_RESET);	// RCK输出低电平HAL_GPIO_WritePin(HC_595_SCK_PORT, HC_595_SCK_PIN, GPIO_PIN_RESET);	// SCK输出低电平HAL_GPIO_WritePin(HC_595_SCLR_PORT, HC_595_SCLR_PIN, GPIO_PIN_SET);	// SCLR输出高电平
}/*****************************************************************************************
*	函数名: HC_595_Send_Byte
*	入口参数: Q15_Q0 - 要发送的16位数据
*	返回值: 无
*	函数功能: 向移位寄存器发送一个16位数据
*	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。
******************************************************************************************/
void HC_595_Send_Byte(unsigned short Q15_Q0)
{// 设置移位寄存器的控制引脚初始状态HC_595_DIN(0);HC_595_RCK(0);HC_595_SCK(0);HC595_Delay(10);	for( int i = 0 ; i < 16 ; i ++ ){// 逐位发送数据HC_595_SCK(0);if( Q15_Q0 & 0x8000 ){HC_595_DIN(1);}else{HC_595_DIN(0);}HC595_Delay(1);		HC_595_SCK(1);		// 移位寄存器输入一个字节数据HC595_Delay(1);Q15_Q0 <<= 1;}// 将数据加载到移位寄存器中HC_595_RCK(1);			// 存储寄存器输入，Q1-Q15输出HC595_Delay(1);HC_595_RCK(0);HC_595_SCK(0);
}/* w_gpio_sem */
static unsigned char w_gpio_sem = 0;/*****************************************************************************************
*	函数名: HC595_Write_QX
*	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
*	返回值: 无
*	函数功能: 控制移位寄存器的输出引脚状态
*	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。
******************************************************************************************/
void HC595_Write_QX(unsigned short index,unsigned short sta)
{// 检查是否有其他操作在进行if( w_gpio_sem ){return;}// 锁定w_gpio_sem = 1;// 检查输出引脚编号是否合法if( index > 16 ){return;}// 根据状态设置输出引脚状态if( sta ){Q0_Q15_S |= ( 1 << index );}else{Q0_Q15_S &=~ ( 1 << index );}// 更新移位寄存器中的输出状态HC_595_Send_Byte(Q0_Q15_S);// 解锁w_gpio_sem = 0;	
}

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。
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。
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。
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。