MicroPython-On-ESP8266——8x8LED点阵模块（2）使用74HC595驱动

MicroPython-On-ESP8266——8x8LED点阵模块（2）使用74HC595驱动

1. 使用74HC595驱动的原理

1.1. 基础回顾

上篇我们学习了8x8LED点阵屏的电路基础知识和驱动的原理，见

8x8LED点阵模块（1）驱动原理

里面也提到了，咱们nodemcu开发板的GPIO引脚不够，只能借助74HC595、MAX7219此类IC来完成点阵屏的驱动。这里咱们先从74HC595开始来实验。

数码管的使用，2片HC595驱动四位数码管

595芯片的基础原理前面文章也有做过介绍，这里还是再笼统回顾一下。

1.2. 74HC595如何使用

595输入端只需要3个GPIO，却可以输出8个GPIO状态，其实咱们就理解为把GPIO管脚扩充了。

注：
1、这个动图不是我做的，也不清楚来源，但确实很形象。如有侵权请私信通知删除，感谢原作者！
2、图上有个错误的地方，大家要留意。DS串行口推入数据的次序是Q0 -> Q1 -> Q2 -> Q3 -> Q4 -> Q5 -> Q6 -> Q7 -> Q7S(溢出位) 。如果只送了8位过去，第一个移入的位状态最终会移到Q7，最后一个移入的状态位最终停留在Q0。也就是先送高位。上图锁存器对应的引脚顺序要反向过来才对。

实际使用时，时钟引脚每跳变（先变成高电平再变回低电平）一次，就把输入数据引脚DS的状态送入位移寄存器，想送入多少个随自己定。送完位移数据后，让锁存引脚跳变一下，把位移寄存器的值整体推入锁存器，从而让输出GPIO能保持住想要的状态。

仔细品味一下上面的动图，一定要理解串入并出是怎么实现的。^_^

1.3. 多个74HC595级联使用

既然一个595能有8个GPIO输出，那咱们要控制8x8LED点阵的16个引脚，就只需要两片595就行了。595还能无限级联实现串行，本片先入先出的状态值会经过Q0位移到Q7再溢出到Q7S管脚，把Q7S接入到下一片595的DS输入数据引脚作为输入端，就能实现级联了。

不管级联了多少片，把每片的时钟引脚和锁存引脚都短接在一起，这样咱们在开发板上指定两个GPIO引脚统一进行位移跳变和锁存跳变。

也就是说按照上图来说我想要一次性控制4片75HC595的输出状态，相对于在最左侧给DS(SER)引脚要输入4*8=32个状态位，每一个状态位输入完中间进行一下位移引脚跳变，所有状态位向右移动一次。

• 第一个状态位，经历过32次位移后，电平状态移动到了第4片74HC595的QH（Q7）位移寄存器
• 第二个状态位，经历过32-1次位移后，电平状态移动到了第4片74HC595的QG（Q6）位移寄存器
• 依次。。。
• 最后一个（第32个）状态位，位移1次，输出到了第1片74HC595的QA（Q0）位移寄存器

大家排队往前走，32个小伙伴都就位后，锁存引脚跳变一下。大家集体上位进入对应的锁存寄存器，

2. 74HC595实操接线

基本电路图：

电路图比较简洁，因为把led的16个管脚用标签的形式来对应了，没有直接进行连线，要不然会交叉的很厉害，没法看。

锁存GPIO位与点阵管脚连接顺序表：

来个模拟连接图：

实际的接线图有点乱，下面是我接的，光接线就搞了好久（欲哭无泪）：

这里接线一定要有耐心，接完还要反复检查确保没有接错。

3. 代码逻辑

3.1. 图案取模

取模这里在上篇介绍点阵屏原理时已经介绍过了，这里只吧图放过来回顾。

3.2. 代码编写

关键点：
1). 连线方式是QA（Q0）连到了行/列1，QH（Q7）连接到了行/列8。
2). 取模方式是逆向（低位在前）
3). 前面说了向74HC595位移数据时，高位在先，也就是第1个移入的数据最终写入QH（Q7）
4). 也就是说控制74HC595寄存器时，我们取模出来的数据是要从低位到高位依次送入位移寄存器

有点绕，我也不知道有没有解释清楚，自己实操体会吧。。。 =_=!

看代码吧，基本上都配了注释，外面就不再过多解释了。

from machine import Pin

# 准备数据引脚
pin_sclk = Pin(4, Pin.OUT); pin_sclk.off()  # D2,时钟，上升跳变时数据位移锁存
pin_rlck = Pin(0, Pin.OUT); pin_rlck.off()  # D3,上升跳变时，数据全部推入锁存
pin_dio = Pin(2, Pin.OUT); pin_dio.off()    # D4,待移入的数据

# 行引脚控制
row = [
    0x7F,  # 01111111
    0xBF,  # 10111111
    0xDF,  # 11011111
    0xEF,  # 11101111
    0xF7,  # 11110111
    0xFB,  # 11111011
    0xFD,  # 11111101
    0xFE,  # 11111110
]

col = [
    0x00,  # 00000000
    0x66,  # 01100110
    0x99,  # 10011001
    0x81,  # 10000001
    0x42,  # 01000010
    0x24,  # 00100100
    0x18,  # 00011000
    0x00,  # 00000000
]

def jump_up(pin):
    pin.on()  # 产生跳变
    pin.off()  # 保持一段时间后关闭

def send_data(position, is_row=True):
    '向位移寄存器送数据'
    value = row[position] if is_row else col[position]  # 取行码或列码对应位置的值
    for i in range(8):
        pin_dio.value((value >> i) & 0x01)  # 从最低位开始送数据
        jump_up(pin_sclk)  # 位移到下一个寄存器

while True:
    for n in range(8):
        send_data(n, is_row=False)  # 先推列码 
        send_data(n, is_row=True)   # 再推行码
        jump_up(pin_rlck)  # 全部数据推入锁存

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47

3.2. 代码运行效果

4. 作业

借助74HC595用动态扫描的方式在8x8LED点阵屏上显示一个固定图案，这步已经实现了。这篇就介绍这么多吧。

最后来个拓展小作业，在点阵屏上切换显示多个图案，如下效果：

温馨提示：
1、轮换显示了3个图案，那对应取模时要取3个是必然的了；
2、定时切换多个图案，中间用time.sleep是行不通的，可以自行实验一下。