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文章目录
  1. 1. 最终效果
  2. 2. 硬件
  3. 3. 原理说明
  4. 4. 硬件连接
  5. 5. 代码（Python）
  6. 6. 资源下载

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

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）

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#!/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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  1. 1. 最终效果
  2. 2. 硬件
  3. 3. 原理说明
  4. 4. 硬件连接
  5. 5. 代码（Python）
  6. 6. 资源下载