本文是關于LED點陣的使用，使用74HC595模塊實現對LED點陣的控制。

一、8x8LED點陣的原理

1.1 LED點陣顯示原理

LED點陣是由發光二極管排列組成的顯示器件，被廣泛應用于汽車報站器、廣告屏等。如下所示：

proteus中的8x8點陣如下：

通常應用較多的是8x8點陣，使用多個8x8點陣可組成不同分辨率的LED點陣顯示屏，比如16x16點陣可以使用4個8x8點陣構成。

1.2 LED點陣內部結構圖

8x8LED點陣內部結構圖如下，這兩種圖片只是接法不同，要點亮LED，左圖需要行置為高電平，列置為低電平；右圖則需要行置為低電平，列置為高電平。

8x8點陣共由64個發光二極管組成，且每個發光二極管是放置在行線和列線的交叉點上，當對應的某一行置高電平，某一列置低電平，則相應的二極管將點亮。

比如對于左圖，如果要將第一個點點亮，則將第一行的⑨腳接高電平，第一列的13腳接低電平，第一個點就會點亮；如果要將第一行點亮，則第一行的⑨腳接高電平，所有列(13、3、4、10、6、11、15、16腳)接低電平，第一行就會點亮；如果要將第一列點亮，則第一列的13腳接低電平，所有行(9、14、8、12、1、7、2、5腳)接高電平，第一列就會點亮；如果要將對角線點亮，可以動態顯示，首先點亮第一個點，然后點亮第2行第2列的點…這樣依次循環點亮，就可以顯示對角線的點。

如果要顯示數字或字符，在需要的位置點亮，比如顯示0(如下)，可以循環點亮如下位置的LED。

1.3 開發板上的LED點陣原理圖

開發板上使用了74HC595芯片實現串轉并，接到LED點陣模塊，原理圖如下：

74HC595起到了擴展IO口的功能，從原理圖可以看到74HC595使用3個IO口輸入，有8個IO口輸出。這8個IO口控制LED點陣的行(從第一行到最后一行分別是D7-D0)，使用P0口控制LED點陣的列(從第一列到最后一列分別是P07-P00)。

比如對于如上結構圖左圖所示，如果要點亮第一個LED，那么P0口應該置為0x7f，D7-D0應該置為0x80。

1.4 74HC595芯片

74HC595芯片具有8為串行輸入/輸出或者并行輸出移位寄存器，具有三態輸出(高電平、低電平、高阻態)。是總線驅動的并行輸出。通常用于串行輸入到并行輸出的數據轉換。

74HC595引腳說明如下：

符號	引腳	描述
Q0…Q7(QA…QH)	15，1-7	并行數據輸出
GND	8	邏輯地
Q7’	9	串行數據輸出
/MR(/SRCLR)	10	主復位(低電平有效)，接到GND就處于復位狀態，要接到電源處于高電平狀態
SHCP(SRCLK)	11	移位寄存器時鐘輸入
STCP(RCLK)	12	存儲寄存器時鐘輸入
/OE	13	輸出有效(低電平有效)，在開發板上有一個端子，如果要使輸出有效，就短接到GND，如果要使輸出無效，就短接到VCC。也可以連接到一個IO口進行控制。進行LED點陣實驗時要短接到地，使輸出有效。
DS(SER)	14	串行數據輸入，輸入的數據經過74HC595芯片轉換為并口輸出
VCC	16	電源

74HC595功能如下，H=高電平，L=低電平，↑=上升沿，↓=下降沿，Z=高阻態，NC=無變化，X=無效

輸入	輸入	輸入	輸入	輸入	輸出	輸出	功能
SHCP	STCP	OE	MR	DS	Q7’	Qn
X	X	L	↓	X	L	NC	MR為低電平時僅影響移位寄存器
X	↑	L	L	X	L	L	移位寄存器到輸出寄存器，STCP上升沿會將數據輸出
X	X	H	L	X	L	Z	清空移位寄存器，并行輸出為高阻態
↑	X	L	H	H	Q6’	NC	邏輯高電平移入移位寄存器狀態0，包含所有的移位寄存器狀態移入
X	↑	L	H	X	NC	Qn	移位寄存器的內容到達存儲寄存器并從并口輸出
↑	↑	L	H	X	Q6’	Qn’	移位寄存器內容移入，先前的移位寄存器的內容到達存儲寄存器并輸出

從上表可以知道，當主復位MR為高電平，輸出使能OE為低電平時，數據在SHCP上升沿進入移位寄存器，在STCP上升沿輸出到并行端口。

74HC595的數據端：

Q0-Q7：八位并行輸出端，可以直接控制數碼管的8個段。

Q7’：級聯輸出端，可以接下一個595的SER端。

SER：串行數據輸入端。

74HC595控制端說明

• /SCLR(10腳)：主復位腳，低電平時清空移位寄存器，通常接VCC。
• SCK(11腳)：上升沿數據寄存器移位，下降沿移位寄存器數據保持不變。
• RCK(12腳)：上升沿時移位寄存器的數據進入存儲寄存器，下降沿存儲寄存器數據不變。
• /OE(13腳)：輸出使能，高電平時禁止輸出。

二、使用74HC595模塊實現流水燈效果

在proteus中硬件設計如下，實現的功能為使用74HC595芯片實現流水燈效果。

根據上面對74HC595的介紹，DS引腳是輸入的串行數據，SHCP上升沿會進行移位寄存器的移位操作，STCP上升沿時會將數據輸出到并行端口。

軟件代碼如下：

/*實現功能：74HC595芯片控制LED點陣實現LED流水燈的效果[2023-12-08] zoya
*/
#include "reg52.h"
#include "intrins.h"typedef unsigned char u8;
typedef unsigned int u16;sbit DS = P3^4;  // 74HC595輸入數據端口
sbit STCP = P3^5;  // 74HC595存儲寄存器端口，上升沿時移位寄存器進入存儲寄存器
sbit SHCP = P3^6;  // 74hc595移位寄存器端口，上升沿時移入數據// 延時函數，i=1延時10us
void Delay(u16 i)
{while(i--);
}// 74HC595芯片將輸入的串行數據轉換為并行數據輸出
void HC595SendByte(u8 dat)
{u8 i;STCP = 1;  // 高電平時存儲寄存器數據保持不變SHCP = 1;  // 高電平時移位寄存器數據保持不變for(i=0;i<8;i++){DS = dat >> 7;  // 每次輸入最高位數據dat <<= 1;  // 移位后將dat數據左移一位，保證下一次移入的數據在最高位// 實現移位寄存器的時序，需要SHCP有一個上升沿，所以先將SHCP置0，然后置1SHCP = 0;_nop_();  // 空指令，不做任何操作，當做延時使用_nop_();SHCP = 1;}// 數據已經在移位寄存器了，現在將移位寄存器的數據輸出到存儲寄存器// STCP上升沿時將數據從移位寄存器輸出到存儲寄存器STCP = 0;_nop_();_nop_();STCP = 1;
}void main()
{u8 ledNum = ~0x01;  // 首先點亮D0// HC595SendByte(0xff);while(1){HC595SendByte(ledNum);ledNum = _crol_(ledNum,1);  // 左移，逐個點亮D0-D7Delay(50000);}
}

仿真結果：

三、 使用74HC595模塊控制LED點陣對角線亮

在proteus中設計如下LED點陣，實現使用74HC595控制LED點陣對角線燈亮的功能。

代碼實現如下：

/*實現功能：74HC595芯片控制LED點陣實現對角線點亮[2023-12-08] zoya
*/
#include "reg52.h"
#include "intrins.h"#define GPIO_LED P0  // LED點陣列控制IO口typedef unsigned char u8;
typedef unsigned int u16;sbit DS = P3^4;  // 74HC595輸入數據端口
sbit STCP = P3^5;  // 74HC595存儲寄存器端口，上升沿時移位寄存器進入存儲寄存器
sbit SHCP = P3^6;  // 74hc595移位寄存器端口，上升沿時移入數據
u8 ledNum = 0x01;// 延時函數，i=1時延時10us
void Delay(u16 i)
{while(i--);
}// 74HC595芯片將輸入的串行數據轉換為并行數據輸出
void HC595SendByte(u8 dat)
{u8 i;STCP = 1;  // 高電平時存儲寄存器數據保持不變SHCP = 1;  // 高電平時移位寄存器數據保持不變for(i=0;i<8;i++){DS = dat >> 7;  // 每次輸入最高位數據dat <<= 1;  // 移位后將dat數據左移一位，保證下一次移入的數據在最高位// 實現移位寄存器的時序，需要SHCP有一個上升沿，所以先將SHCP置0，然后置1SHCP = 0;_nop_();  // 空指令，不做任何操作，當做延時使用_nop_();SHCP = 1;}// 數據已經在移位寄存器了，現在將移位寄存器的數據輸出到存儲寄存器// STCP上升沿時將數據從移位寄存器輸出到存儲寄存器STCP = 0;_nop_();_nop_();STCP = 1;
}void main()
{// 點亮LED點陣的第一個燈，P00=0，其它為1u8 dNum = ~0x01;GPIO_LED = ledNum;while(1){HC595SendByte(dNum);GPIO_LED = ledNum;Delay(200);dNum = _crol_(dNum,1);ledNum = _crol_(ledNum,1);}
}

仿真結果：