所有微控制器都有特定數(shù)量的 IO 引腳，但在某些應(yīng)用中，例如在 7 段顯示器中，我們需要的 GPIO 引腳數(shù)量將超過我們的控制器所能提供的數(shù)量。對于這種需要多個(gè)輸出引腳但微控制器的輸出引腳數(shù)量有限的情況，74HC595 移位寄存器將是一個(gè)完美的選擇。74HC595是以串行數(shù)據(jù)為輸入，提供并行輸出的移位寄存器。除了電源管腳，它只需要3個(gè)管腳就可以控制多個(gè)移位寄存器。

因此，可以使用微控制器單元的三個(gè)輸出引腳并級聯(lián)兩個(gè)或更多移位寄存器以獲得 16 或 24+ 輸出引腳。在這個(gè)ESP32 74HC595項(xiàng)目中，我們將僅使用三個(gè)引腳連接三個(gè) 74HC595，并連接三個(gè) 7 段顯示器以僅使用來自 ESP32 的三個(gè)引腳查看輸出，ESP32 是一種支持 WiFi/BT 的微控制器設(shè)備，是許多基于物聯(lián)網(wǎng)的流行選擇項(xiàng)目。

所需組件

ESP32 開發(fā)套件 v4.0

7 段顯示器共陰極 - 3 個(gè)

74HC595 - 3 個(gè)

680R電阻 - 24pcs

5V電源

面包板

很多連接線

帶有 ESP32 編程環(huán)境的 Arduino IDE。

一根微型 USB 數(shù)據(jù)線

示意圖

ESP32 7 Segment Display的原理圖如下-

ESP32 與 74HC595 相連。移位寄存器的數(shù)據(jù)管腳與PIN14相連，Clock管腳與PIN12相連，Latch或strobe管腳與PIN4相連。您可以查看7 段顯示器的基礎(chǔ)知識(shí)文章，以了解有關(guān) 7 段顯示器及其工作原理的更多信息。

74HC595移位寄存器

74HC595是一個(gè)8位移位寄存器。引腳圖如下圖所示 -

引腳說明見下表-

QA 到 QH，從起始引腳 1 到 7 和引腳 15 是移位寄存器的 8 位輸出。輸入引腳為 PIN14，即串行數(shù)據(jù)輸入，以串行方式獲取數(shù)據(jù)。

其他輸入引腳為 PIN 11 和 PIN12。這兩個(gè)引腳是 SCK 和 RCK。SCK 是時(shí)鐘輸入，RCK 是鎖存器輸入。下面給出了獲取數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)提供給下一個(gè)移位寄存器所需的真值表

74HC595真值表

然而，PIN9 是串行數(shù)據(jù)輸出，它將提供數(shù)據(jù)到下一個(gè)級聯(lián)移位寄存器。因此，PIN9與下一個(gè)移位寄存器的PIN 14相連。數(shù)據(jù)連續(xù)不斷地串行傳遞到下一個(gè)移位寄存器。

使用 74HC595 為 7 段顯示器編程 ESP32

控制所有三個(gè) 7 段顯示器的程序可以在頁面底部找到。您可以直接將它用于上面給出的電路圖并進(jìn)行測試。代碼解釋如下。

在進(jìn)入程序之前，我們聲明我們正在使用的 7 段顯示器的類型。

此行將識(shí)別 ESP32 的 7 段顯示類型。如果使用共陰極，則需要為真，否則，如果使用共陽極，則需要為假。由于取決于共同的陰極狀態(tài)，移位寄存器的輸出會(huì)發(fā)生變化。

const bool commonCathode = true;

下一部分用于以 8 位格式提供支持的數(shù)字和字母。這將提供來自移位寄存器的精確二進(jìn)制輸出，以點(diǎn)亮 7 段顯示器。

const byte digit_pattern［17］ =

{

// 74HC595 Outpin 與 7 段顯示器的連接。

// Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7

// abcdefg DP

0b11111100， // 0

0b01100000， // 1

0b11011010， // 2

0b11110010， // 3

0b01100110， // 4

0b10110110 ， // 5

06011111000， //

， // 7

0b11111110， // 8

0b11110110， // 9

0b11101110， // A

0b00111110， // b

0b00011010， // C

0b01111010， // d

0b10011110， // E

0b100011010， // F

0b0000 0.

};

在下面的代碼行中，定義了移位寄存器引腳。

//連接到74HC595的ST_CP的引腳

int latchPin = 4;

//連接到74HC595的SH_CP的引腳

int clkPin = 12;

//74HC595的DS引腳

int dtPin = 14;

// 顯示值

int dispVal = 0;

布爾增量=真；

設(shè)置代碼在實(shí)際循環(huán)應(yīng)用程序之前完成。在上述代碼中，74HC595 控制引腳設(shè)置為輸出，UART 通信的串行輸出也僅用于調(diào)試目的。

void setup（） {

// 將您的設(shè)置代碼放在這里，運(yùn)行一次：

// 將串口設(shè)置為 115200

Serial.begin（115200）;

延遲（1000）；

// 將 74HC595 控制引腳設(shè)置為輸出

pinMode（latchPin， OUTPUT）; //74HC595的ST_CP

pinMode（clkPin， OUTPUT）; //74HC595的SH_CP

pinMode（dtPin， OUTPUT）; //74HC595的DS

}

在循環(huán)部分或?qū)嶋H應(yīng)用部分，代碼分為兩部分。首先，數(shù)字增加，而在另一部分，數(shù)字減少。但是，寫入移位寄存器總是乞求鎖存引腳變?yōu)榈碗娖剑⑶以诎l(fā)送數(shù)據(jù)后，它需要為高電平。

void loop（） {

// 把你的主要代碼放在這里，重復(fù)運(yùn)行：

int dispDigit1=dispVal/10;

int dispDigit2=dispVal%10;

if（increment==true）{

printf（“%d%d.\n”， dispDigit1，dispDigit2）;

數(shù)字寫入（latchPin，低）；

if（commonCathode == true）{

shiftOut（dtPin， clkPin， LSBFIRST， digit_pattern［dispDigit2］|digit_pattern［16］）; // 1. （Digit+DP）

shiftOut（dtPin， clkPin， LSBFIRST， digit_pattern［dispDigit1］）;

}else{

shiftOut（dtPin， clkPin， LSBFIRST， ~（digit_pattern［dispDigit2］|digit_pattern［16］））; // 1. （Digit+DP）

shiftOut（dtPin， clkPin， LSBFIRST， ~（digit_pattern［dispDigit1］））;

}

digitalWrite（latchPin， HIGH）;

顯示值 += 1；

如果（dispVal == 99）{

增量=假；

}

}else{

printf（“%d%d.\n”， dispDigit1，dispDigit2）;

數(shù)字寫入（latchPin，低）；

if（commonCathode == true）{

shiftOut（dtPin， clkPin， LSBFIRST， digit_pattern［dispDigit2］|digit_pattern［16］）; // 1. （Digit+DP）

shiftOut（dtPin， clkPin， LSBFIRST， digit_pattern［dispDigit1］）;

}else{

shiftOut（dtPin， clkPin， LSBFIRST， ~（digit_pattern［dispDigit2］|digit_pattern［16］））; // 1. （Digit+DP）

shiftOut（dtPin， clkPin， LSBFIRST， ~（digit_pattern［dispDigit1］））;

}

digitalWrite（latchPin， HIGH）;

顯示值-= 1；

如果（dispVal == 0）{

增量=真；

}

}

延遲（250）；

}

digitalWrite（latchPin， LOW）;

在此低碼和高碼之間發(fā)送的數(shù)據(jù)。

digitalWrite（latchPin， HIGH）;

然后，如果使用共陰極，它將使用以下代碼在 7 段顯示器中打印數(shù)字 -

shiftOut（dtPin， clkPin， LSBFIRST， digit_pattern［dispDigit2］|digit_pattern［16］）;

shiftOut（dtPin， clkPin， LSBFIRST， digit_pattern［dispDigit1］）;

這些移位輸出函數(shù)使用按位運(yùn)算符將數(shù)據(jù)與時(shí)鐘輸入同時(shí)串行移位。它將打印數(shù)字以及數(shù)據(jù)點(diǎn)（DP）。但是，由于它是 LSB First 數(shù)據(jù)，因此 LSB 首先發(fā)送到 74HC595，然后轉(zhuǎn)移到下一個(gè) 74HC595。第三個(gè) 7 段未編程和連接，以查看第一個(gè)數(shù)字被傳輸?shù)阶詈笠粋€(gè) 7 段，即 74HC595 單元。當(dāng) 7-Seg 為共陽極時(shí)，它將使用反轉(zhuǎn)運(yùn)算符來反轉(zhuǎn)輸出。因此，

shiftOut（dtPin， clkPin， LSBFIRST， ~（digit_pattern［dispDigit2］|digit_pattern［16］））;

shiftOut（dtPin， clkPin， LSBFIRST， ~（digit_pattern［dispDigit1］））;

帶有 ESP32 的七段顯示器 – 工作

該電路由兩個(gè)面包板構(gòu)成，并檢查輸出。如下圖所示，數(shù)字在 7 段顯示器上完美顯示。由于電線的數(shù)量，連接和調(diào)試可能會(huì)變得很困難，我們在面包板上構(gòu)建它，它確實(shí)按預(yù)期工作。

/*
* 該程序在 3、7 段顯示器上打印數(shù)字
* 硬件連接（Breakoutboard 到 Arduino Nano）：
* Vin - 5V（允許 3.3V）
* 接地 - 接地
* 74HC595 ST_CP - 4 (ESP32)
* 74HC595 SH_CP - 12 (ESP32)
* 74HC595 DS - 14 (ESP32)
*
*/
// 設(shè)置7segment類型（普通Cathode或Anode）
const bool commonCathode = true; // 如果你使用普通陽極，我使用普通陰極 7 段然后將值更改為 false。
// 用于 7 段顯示的字母數(shù)字模式
常量字節(jié)數(shù)字模式[17] =
{
// 74HC595 帶 7 段顯示器的 Outpin 連接。
// Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7
// abcdefg DP
0b11111100, // 0
0b01100000, // 1
0b11011010, // 2
0b11110010, // 3
0b01100110, // 4
0b10110110, // 5
0b10111110, // 6
0b11100000, // 7
0b11111110, // 8
0b11110110, // 9
0b11101110, // 一個(gè)
0b00111110, // b
0b00011010, // C
0b01111010, // d
0b10011110, // E
0b10001110, // F
0b00000001 // .
};
//引腳連接到74HC595的ST_CP
int 閂鎖銷 = 4;
//引腳連接到74HC595的SH_CP
詮釋 clkPin = 12;
//引腳連接到74HC595的DS
int dtPin = 14;
// 顯示值
int dispVal = 0;
布爾增量=真；
無效設(shè)置（）{
// 把你的設(shè)置代碼放在這里，運(yùn)行一次：
// 設(shè)置串口為 115200
序列號(hào).開始（115200）；
延遲（1000）；
// 將 74HC595 控制引腳設(shè)置為輸出
pinMode（latchPin，輸出）；//74HC595的ST_CP
pinMode（clkPin，輸出）；//74HC595的SH_CP
pinMode（dtPin，輸出）；//74HC595的DS
}
無效循環(huán)（）{
// 把你的主要代碼放在這里，重復(fù)運(yùn)行：
int dispDigit1=dispVal/10；
int dispDigit2=dispVal%10;
如果（增量==真）{
printf("%d%d.\n", dispDigit1,dispDigit2);
數(shù)字寫入（latchPin，低）；
如果（普通陰極 == 真）{
shiftOut(dtPin, clkPin, LSBFIRST, digit_pattern[dispDigit2]|digit_pattern[16]); // 1. (數(shù)字+DP)
shiftOut(dtPin, clkPin, LSBFIRST, digit_pattern[dispDigit1]);
}別的{
shiftOut(dtPin, clkPin, LSBFIRST, ~(digit_pattern[dispDigit2]|digit_pattern[16])); // 1. (數(shù)字+DP)
shiftOut(dtPin, clkPin, LSBFIRST, ~(digit_pattern[dispDigit1]));
}
digitalWrite(latchPin, HIGH);
顯示值 += 1；
如果（dispVal == 99）{
增量=假；
}
}別的{
printf("%d%d.\n", dispDigit1,dispDigit2);
數(shù)字寫入（latchPin，低）；
如果（普通陰極 == 真）{
shiftOut(dtPin, clkPin, LSBFIRST, digit_pattern[dispDigit2]|digit_pattern[16]); // 1. (數(shù)字+DP)
shiftOut(dtPin, clkPin, LSBFIRST, digit_pattern[dispDigit1]);
}別的{
shiftOut(dtPin, clkPin, LSBFIRST, ~(digit_pattern[dispDigit2]|digit_pattern[16])); // 1. (數(shù)字+DP)
shiftOut(dtPin, clkPin, LSBFIRST, ~(digit_pattern[dispDigit1]));
}
digitalWrite(latchPin, HIGH);
顯示值-= 1；
如果（dispVal == 0）{
增量=真；
}
}
延遲（250）；
}