摘 要： 本文介紹了串行移位輸入、八位并行帶鎖存輸出芯片74HC 595的基本功能，利用89C51 單片機控制該芯片驅動八段碼(LED)組成大屏幕顯示屏，實現對紡織廠紡紗機的產量、車速、效率等參數的顯示。

大屏幕顯示以其顯示清晰、更新方便等特點，在信息提示中廣泛應用，如車站/機場、證券交易系統及生產車間的信息顯示等。大屏幕顯示方式分兩種：點陣式和八段碼方式，前者顯示信息靈活，功能強大，但控制較為復雜，硬件成本較高；后者則應用八段碼方式顯示一些數值信息，方便簡單，價格低，在數字顯示中被廣泛應用。 目前，一般的數字式LED顯示屏普遍采用單片機的串行口或其它I/O口通過諸如串行輸入并行輸出芯片74LS164驅動。但是，這樣有二點不足：一是單片機的串行口被顯示電路占用，便不能實現多機通訊，只能實現單屏的顯示；二是一般的串行輸入并行輸出芯片不帶輸出鎖存功能，且移位脈沖頻率低，輸出驅動電流小，這使得顯示屏有時會出現字符閃爍，顯示不清，刷新速度較慢，所以有時需要另加大功率驅動電路。
本文通過 89C51單片機I/O口控制74HC595(以下簡稱595 )芯片直接驅動八段碼，不占用其串行口，可以很方便地構成大屏幕顯示電路，并在紡織廠的信息顯示中得到了應用。

單片機控制595組成的LED顯示屏

本文設計的數字式LED顯示屏是用在對鄭州國棉三廠紡紗車間的技術改造過程中，對該車間的240臺紡紗機的產量、效率、車速等參數進行實時顯示。根據該車間的240臺紡紗機的分布位置不同,我們設計了五塊顯示屏, 每塊顯示屏由4行*12列, 每個顯示模塊有5位LED數碼管組成, 可以分時顯示48臺紡紗機的產量、效率、車速等信息。 產量、效率、車速等參數由上位機進行檢測后，經RS-485總線，將數據傳送給下位機，下位機進行數據處理、變換后，把相應的參數顯示出來。
對每個顯示模塊中的數據輸入及每位LED數碼管的輸出驅動,我們采用具有串行移位輸入、8位并行帶鎖存輸出的595芯片。該芯片內部由數據移位觸發器和三態輸出鎖存器組成，有16個引腳。SI：串行輸入數據;SCK：移位時鐘脈沖(輸入); RCK：鎖存時鐘脈沖(輸入)； SCLK ：復位清零信號(輸入)；QA -QH：數據輸出；QH*：向下一片(位)的串行數據輸出。595輸出電流大(35mA),可以直接驅動八段碼。其輸出鎖存功能，可以有效防止移位輸出時LED八段碼的閃爍，其移位及鎖存信號頻率高，最大值為55MHz。這兩個脈沖信號都采用上升沿觸發。
每塊顯示屏由一片89C51下位機控制，其硬件電路如圖1所示。

圖1 顯示屏硬件電路

圖中,每個顯示模塊由5個595分別驅動5位八段碼，制成一塊PCB電路板,通過程序控制可以分時顯示48臺紡紗機的產量、效率、車速等信息。6264為接收參數及輸出顯示參數LED段碼的緩沖區,3082為RS-485通訊接口芯片。
每塊顯示屏中，第一行顯示模塊中的第一個595的移位數據輸入引腳SI分別由89C51的P1.0 、P1.1 、P1.2 、P1.3經244驅動后控制,其數據輸出引腳QH*依次接至下一個595移位數據輸入引腳SI，該顯示模塊中的第五個(最后一個)595的數據輸出引腳QH*接至該列下一行顯示模塊的第一個595數據輸入引腳SI。以此類推，直至最后一行。而所有595芯片的移位脈沖 、鎖存脈沖由P3.4 、P3.5經244驅動后提供。例如，顯示產量時，把存儲在外部RAM中的產量信息，分四組，對應于顯示屏上的4列，在移位脈沖(P3.5)的作用下，依次經P1.0 、 P1.1 、P1.2 、P1.3并行輸出，當所有的產量信息都移位輸出后，再發出鎖存脈沖P3.4 。這樣在該顯示屏相應位置(顯示模塊)便顯示出48臺紡紗機的產量值，效率 、車速的顯示方法相同。

圖2 下位機顯示軟件主程序流程圖

顯示屏的軟件設計
每塊顯示屏的軟件包含兩部分：通訊接收、數據處理及輸出顯示。
通訊接收
通訊部分用來接收數據，在通訊中斷服務子程序中，首先接收上位機傳過來的每塊顯示屏的屏號(地址),若地址與該屏設定的地址不一樣, 則退出中斷; 若地址與該屏設定的地址相同, 則接收上位機傳過來的每臺車的參數,同時進行校驗，并存入外部數據緩沖區RAM中。即每塊顯示屏的下位機通過RS-485接收上位機傳來的數據。共48臺車*8字節，其中，8個字節包含每臺車的車號(一個字節)，產量、 效率 、車速(各二個字節)及累加校驗和(一個字節)。所有48臺車的參數接收完畢后，設置一標志位(如某臺車接收的數據有錯誤則生成另一標志位。該臺車的數據不作處理),退出中斷，由主程序對接收到的數據進行變換處理。
數據處理及輸出顯示
數據處理及輸出顯示部分主要進行處理 、變換，并使相應的參數在顯示屏上相應的位置顯示出來。89C51根據設置的接收完畢標志位，對接收的參數經過數據處理、變換后,把待顯示參數段碼存儲在6264中,該存儲區分為三部分, 每部分分別按車號順序存儲產量 、效率 、車速的參數段碼。 需要輸出顯示某種參數時,在存儲該參數段碼區設置四個等長度的地址指針,分別從四個地址指針所指的存儲單元中取數，經P1口(P1.0、P1.1、P1.2、P1.3)并行輸出驅動595并修改地址指針直到輸出48臺車的該參數段碼。最后,向595發出輸出鎖存脈沖, 48臺車的該參數值便可以在顯示屏相應位置上顯示出來。 產量 、效率 、車速可以分時顯示，各參數分時輸出顯示的時間長短由通訊接收數據的時間決定。其程序流程圖如圖2所示。

結語
利用89C51控制595實現的顯示屏，實用簡單，運行可靠，價格低廉，顯示清晰。對于不同應用場合的顯示，只要在軟件/硬件上稍加改動,如增減顯示的行/列數及每個顯示模塊驅動LED的位數,便可以使用,因此具有很大的實用性和推廣價值。
在改用時,應注意以下幾個問題:
(1) 對顯示屏行數的擴展,若超過15行，因信號線過長必須對控制信號及數據信號增加電流驅動,否則易造成信號干擾,使顯示數據混亂。
(2) 對顯示屏行數的擴展,應增加相應I/O端口(數據輸出)的數量。
(3) 對于大電流的LED數碼管，應在595的輸出端增加驅動電路。