在前面章节实验中，我们是直接使用单片机 IO 口控制外围设备，从 LED 流
水灯到动态数码管显示，可以看到这些外围设备已经占据了很多的 IO 口，而 51
单片机 IO 口非常有限，如果想要连接更多外围设备，此时可以通过 IO 扩展来实
现。本章就来介绍另外一种 IO 口扩展方式-串转并，使用的芯片是 74HC595。开
发板板载 1 个 74HC595 芯片，仅需单片机 3 个 IO 口即可扩展 8 个，如果需要还
可以将 2 个 74HC595 级联扩展出 16 个 IO，这就实现用少数 IO 资源控制多个设
备。通过本章的学习，让大家学会使用 74HC595 芯片来扩展 IO 口。本章所要实
现的功能是：通过 74HC595 模块控制 LED 点阵以一行循环滚动显示。学习本章可
以参考前面的实验章节内容。本章分为如下几部分内容：
1 74HC595 芯片介绍
2 硬件设计
3 软件设计
4 实验现象
1. 74HC595 芯片介绍
74HC595 是一个 8 位串行输入、并行输出的位移缓存器，其中并行输出为三
态输出（即高电平、低电平和高阻抗）。芯片管脚及功能说明如下：
注：上面两张都是 74HC595 芯片管脚图，有很多其他管脚不一样，看一个芯片重点是管脚功能。
15 和 1 到 7 脚 QA--QH：并行数据输出
9 脚 QH 非：串行数据输出
10 脚 SCLK 非（ MR） ： 低电平复位引脚
11 脚 SCK（ SHCP） ： 移位寄存器时钟输入
12 脚 RCK（ STCP） ： 存储寄存器时钟输入
13 脚 G 非（ OE） ： 输出有效
14 脚 SER（ DS） ： 串行数据输入
74HC595 是具有 8 位移位寄存器和一个存储器，三态输出功能。移位寄存器
和存储器是单独的时钟。数据在 SCK 的上升沿输入，在 RCK 的上升沿进入到存
储器中。如果两个时钟连在一起，则移位寄存器总是比存储器早一个脉冲。移位
寄存器有一个串行输入（DS），和一个串行输出（Q7 非），和一个异步的低电
平复位，存储寄存器有一个并行 8 位的，具有三态的总线输出，当 MR 为高电
平，OE 为低电平时，数据在 SHCP 上升沿进入移位寄存器，在 STCP 上升沿输
出到并行端口。
2 硬件设计
本实验使用到硬件资源如下：
（1）8*8LED 点阵模块
（2）74HC595 模块
开发板上的 74HC595 模块电路如下图所示：
从上图中可以看出，74HC595 需要用到的控制管脚 SER、RCLK、SRCLK 直接连
接到 51 单片机的 P3.4-P3.6 IO 口上，输出端则是直接连接到 LED 点阵模块的行
端口上，即为 LED 发光二极管的阳极，LED 点阵的列则为发光二极管的阴极。
要想控制 LED 点阵，可以将单片机管脚按照 74HC595 芯片的通信时序要求来
传输数据，这样即可控制 LED 点阵的行数据。根据 LED 发光二极管导通原理，当
阳极为高电平，阴极为低电平则点亮，否则熄灭。因此通过单片机 P0 口可控制
点阵列，74HC595 可控制点阵行。
3 软件设计
本章所要实现的功能是：通过 74HC595 模块控制 LED 点阵以一行循环滚动显
示。
首先定义好 74HC595 控制管脚，以及点阵列控制
口，代码中重新定义了一个 ms 级延时函数 delay_ms，该函数与前面 delay_10us
类似，都是利用循环占用 CPU 起到延时效果。然后又定义了 74HC595 的控制函数
hc595_write_data，该函数完全按照 74HC595 的通信时序要求编写，主要要注意
的是 74HC595 是先传输字节的高位后传输低位，所以需要将字节低位移动到高位
传输，在传输数据时，要注意移位寄存器时钟和存储寄存器时钟的先后顺序，将
要写入的数据先传输到 74HC595 寄存器中，即在准备好每位数据时要将 SRCLK
进行一个上升沿变化，此时即可将数据传输到寄存器内，待循环 8 次即一个字节
传输到寄存器中时，就可以来一个存储时钟上升沿，此时就可以将 74HC595 寄存
器中的数据全部一次传输到 595 端口输出。最后就是在 main 函数中调用 74HC595
的控制函数，将实验中要实现的效果数据写入进去，从而控制 LED 点阵的阳极，
而阴极由 P0 口控制，默认初始化时已经设置为 0，也就是说只要 595 输出高电
平，那么对应的行就会点亮。
4.原始代码如下：
#include"reg52.h" //对系统默认数据类型进行重定义 typedef unsigned char u8; typedef unsigned int u16; //定义 74HC595 控制管脚 //移位寄存器时钟输入 sbit SRCLK=P3^6; //存储寄存器时钟输入 sbit rCLK=P3^5; //串行数据输入 sbit SER=P3^4; //点阵列控制端口 #define LEDDZ_COL_PORT P0 u8 ghc595_buf[8]={0x01,0x02,0x04,0x08, 0x10,0x20,0x40,0x80}; void delay_10us(u16 ten_us) { while(ten_us--); } void delay_ms(u16 ms) { u16 i,j; for(i=ms;i>0;i--) { for(j=110;j>0;i--); } } //向 74HC595 写入一个字节的数据 void hc595_write_data(u8 dat) { u8 i=0; //循环 8 次即可将一个字节写入寄存器中 for(i=0;i<8;i++) { //优先传输一个字节中的高位 SER=dat>>7; //将低位移动到高位 dat<<=1; SRCLK=0; delay_10us(1); SRCLK=1; delay_10us(1); //移位寄存器时钟上升沿将端口数据 //送入寄存器中 } rCLK=0; delay_10us(1); rCLK=1; //存储寄存器时钟上升沿将前面写入到 //寄存器的数据输出 } void main() { u8 i=0; //将 LED 点阵列全部设置为 0， //即 LED 阴极为低电平 LEDDZ_COL_PORT=0x00; while(1) { for(i=0;i<8;i++) { //消除前面寄存器缓存数据 hc595_write_data(0x00); //写入新的数据 hc595_write_data(ghc595_buf[i]); //延时 500ms delay_ms(500); } } }
5. 实验现象
使用 USB 线将开发板和电脑连接成功后（电脑能识别开发板上 CH340 串口），
把编译后产生的.hex 文件烧入到芯片内，实现现象如下：8*8LED 点阵以一行循
环滚动显示。
注意：做 LED 点阵实验时，一定要将 LED 点阵旁的 J24 黄色跳线帽短接到 GND
一端。
