RT-Thread与cubemx|74HC595驱动数码管详解

用户8913398

发布于 2021-08-16 15:45:43

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发布于 2021-08-16 15:45:43

Part174HC595简介

74HC595是一个串行输入、并行输出的位移缓存器：并行输出为三态输出。在SCK 的上升沿，串行数据由SDL输入到内部的8位位移缓存器，并由Q7'输出，而并行输出则是在RCK的上升沿将在8位位移缓存器的数据存入到8位并行输出缓存器。当串行数据输入端OE的控制信号为低使能时，并行输出端的输出值等于并行输出缓存器所存储的值。

74HC595是具有三态输出功能（即具有高电平、低电平和高阻抗三种输出状态）的门电路。输出寄存器可以直接清除。具有100MHz的移位频率。

引脚介绍

Qx：并行输出引脚
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。
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。
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）。
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。
13脚：OE，输出使能控制脚，它是低电才使能输出，所以接GND
14脚：DS（SER），串行数据输入引脚

原理介绍

此部分不复杂，介绍千篇一律，直接摘录了网上比较好的一个：

来源：https://blog.csdn.net/weixin_41445387/article/details/80500046

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。假如，我们要将二进制数据0111 1111 输入到595的移位寄存器中，下面来上一张动态图，模拟了前2个位输入的情景。

0111 1111 这个数据完全输入后是这样的

那么数据是怎么一个一个的进入移位寄存器的呢，这里是由单片机时钟脉冲控制的，就好像是钟表一样，秒针隔一秒就走一下，74HC595数据的移动是通过MCU输出时钟脉冲信号，接收到信号之后，移动数据，腾出位置为接收下一个数据做准备，即通过MCU向11引脚发送脉冲信号，HC595接收到上升沿之后，移动数据。

数据接收完成之后，如何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 就可以接受带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。

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。

Part2代码实现

上面对原理进行了介绍，非常的简单，接下来，来看看代码如何实现。本次代码依然是基于falling-star board，小伙伴们可以自行在自己的板子上实现，跟着做，没问题的，同时呢，本次使用的是RT-Thread平台。

新建RT_Thread工程

文件->新建->RT_Thread项目

工程名字，自己起个名字就OK了，注意不要含有中文
基于芯片
RT_thread版本选择最新的即可
芯片选择STM32F103RE（选择自己的~）
控制台串口，根据板子硬件设计选择
调试器及接口 ST_LINK+SWD

慢慢等待完成即可

本次用到的组件很少，基本上默认控制台，串口，PIN就可以了

cubemx配置

喜欢用cubemx的小伙伴，用了rt-thread并不是意味着要放弃cubemx了，rt-thread与cubemx的完美结合，让开发变得更加轻松，接下来，且看如何结合~

选中cubemx settings，double click即可打开cubemx，慢慢等待~

打开之后可能会发现封装不太对，一个方式是不用改，MCU资源和操作完全一样的，不会影响，另一个办法是改了他，据小伙伴说，cubemx文件可以用记事本打开，哦呵，真的是打开之后，一大堆配置项，长见识了，修改一下就可以了。

接下来就是cubemx配置的问题了~老生常谈了，各位看官麻烦移步：cubemx的正确打开方式

从最上面的原理分析我们可以知道，需要控制的引脚有3个，DATA、SCLK、RCLK，上图，实际上小飞哥买的是4位的，8位的多了个级联，且来看看4位的如何驱动

硬件连接为

MCU	数码管
VCC	3.3V/5V
RCLK	PA0
SCLK	PA1
DIO	PA4
GND	GND

串口1配置

时钟树图

配置完，关闭cubemx即可，可以看到，配置代码已经同步更新进来串口配置代码

GPIO配置代码

Part3代码编写

先在工程中添加一个新文件夹，迎来存放HC595的驱动代码，建立.c.h文件

先来对用到的IO做个简单的宏定义

/*
 * Copyright (c) 2006-2021, RT-Thread Development Team
 *
 * SPDX-License-Identifier: Apache-2.0
 *
 * Change Logs:
 * Date           Author       Notes
 * 2021-07-02     Administrator       the first version
 */
#ifndef _BSP_HC595_DRV_H_
#define _BSP_HC595_DRV_H_

#include<rtthread.h>

#define HC595_RCLK  GET_PIN(A,0)
#define HC595_SCLK  GET_PIN(A,1)
#define HC595_DIO   GET_PIN(A,4)


#define RT_HC595_RCLK_HIGH(x)  x?rt_pin_write(HC595_RCLK, PIN_HIGH):rt_pin_write(HC595_RCLK, PIN_LOW)
#define RT_HC595_SCLK(x)       x?rt_pin_write(HC595_SCLK, PIN_HIGH):rt_pin_write(HC595_SCLK, PIN_LOW)
#define RT_HC595_DIO(x)        x?rt_pin_write(HC595_DIO, PIN_HIGH):rt_pin_write(HC595_DIO, PIN_LOW)

void rt_HC595_PIN_Init(GPIO_TypeDef *rclk_gpiox, uint16_t rclk_gpio_pin,GPIO_TypeDef *sclk_gpiox, uint16_t sclk_gpio_pin,GPIO_TypeDef *dio_gpiox, uint16_t dio_gpio_pin);
void rt_Hc595_Display(rt_uint16_t data);

#endif /* BSP_HC595_DRV_BSP_HC595_DRV_H_ */

GPIO初始化,为了方便更改IO，对GPIO分组及GPIO_PIN作为参数传入初始化

void rt_HC595_PIN_Init(GPIO_TypeDef *rclk_gpiox, uint16_t rclk_gpio_pin,GPIO_TypeDef *sclk_gpiox, uint16_t sclk_gpio_pin,GPIO_TypeDef *dio_gpiox, uint16_t dio_gpio_pin)
{
    rt_err_t result;

   //初始化HC595用到的GPIO
    GPIO_InitTypeDef GPIO_Initure;
    __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();

    GPIO_Initure.Pin = rclk_gpio_pin;
    GPIO_Initure.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
    GPIO_Initure.Pull = GPIO_PULLDOWN;
    GPIO_Initure.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
    HAL_GPIO_Init(rclk_gpiox, &GPIO_Initure);
    HAL_GPIO_WritePin(rclk_gpiox, rclk_gpio_pin, GPIO_PIN_RESET);

    GPIO_Initure.Pin = sclk_gpio_pin;
    GPIO_Initure.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
    GPIO_Initure.Pull = GPIO_PULLDOWN;
    GPIO_Initure.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
    HAL_GPIO_Init(sclk_gpiox, &GPIO_Initure);
    HAL_GPIO_WritePin(sclk_gpiox, sclk_gpio_pin, GPIO_PIN_RESET);

    GPIO_Initure.Pin = dio_gpio_pin;
    GPIO_Initure.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
    GPIO_Initure.Pull = GPIO_PULLDOWN;
    GPIO_Initure.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
    HAL_GPIO_Init(dio_gpiox, &GPIO_Initure);
    HAL_GPIO_WritePin(dio_gpiox, dio_gpio_pin, GPIO_PIN_RESET);

    return result;
}

数码管编码

unsigned char LED_0F[] =
    { // 0   1    2    3      4    5      6    7      8  9    A    b    C    d    E    F    -
        0xC0, 0xF9, 0xA4, 0xB0, 0x99, 0x92, 0x82, 0xF8, 0x80, 0x90, 0x8C, 0xBF, 0xC6, 0xA1, 0x86, 0xFF, 0xbf};

unsigned char LED[8] = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8}; //用于LED的8位显示缓存

单字节数据写入函数

void rt_HC595_DataWrite(rt_uint8_t data)
{
    rt_uint8_t i;
    for (i = 8; i >= 1; i--)
    {
        if (data & 0x80)
            RT_HC595_DIO(1);
        else
            RT_HC595_DIO(0);
        data <<= 1;
        RT_HC595_SCLK(0);
        display(50);
        RT_HC595_SCLK(1);
    }
}

数码管显示函数,这里封装的比较简单，数据输入，显示不同位，共4位

void rt_Hc595_Display(rt_uint16_t data)
{
    unsigned char *led_table; // 查表指针
    unsigned char i,j=0;
    rt_uint8_t displaydata[4] = {0};

    displaydata[0] = data/1000;
    displaydata[1] = data/100%10;
    displaydata[2] = data/10%10;
    displaydata[3] = data%10;

    for(j=0;j<4;j++)
    {
        led_table = LED_0F + displaydata[j];

        i = *led_table;
        //控制小数点显示
        if(0x08>>j == 2)
        {
            i&=0x7f;
        }
        rt_HC595_DataWrite(i);

        rt_HC595_DataWrite(0x08>>j);

        RT_HC595_RCLK_HIGH(0);
        RT_HC595_RCLK_HIGH(1);
    }
}