曹少科 杨晴 陈海宇 王硕

摘要：74HC595是美国国家半导体公司生产的通用位移寄存器芯片，它可以实现8位串行输入输出或者并行输出，操作方便简单，可以很容易的完成对单片机IO口的扩展。[1]本文主要是介绍用74HC595芯片来扩展IO口详细原理，并利用此方法进行实验，实现流水灯效果。

关键词：单片机;74HC595;扩展IO口;流水灯

上世纪70年代到80年代期间，单片机凭借着它体积小，低功耗，性价比高的优势，被越来越多的人所使用，并被广泛运用于各个领域。但随着科技不断地进步与发展，我們对于单片机的应用更加广泛，我们也慢慢发现了51单片机的一些缺点，即IO端口有限，很多人在运用单片机时总会出现IO口不够用的现象，而74HC595芯片刚好能弥补此缺陷，大量扩展单片机的IO口。

174HC595芯片的选择

74HC595是硅结构的CMOS器件，能实现串入转并入，数据通过一个IO串口输入后经过74HC595后将数据8位并行输出。[2]74HC595与74HC164芯片功能基本相同，但前者价格更低廉，驱动能力更强，操作简单，但因为74HC595有存储寄存器，所以在移位的过程中，并排输出端口的数据保持不变。所以选用74HC595芯片来扩展51单片机IO口比较合适。

2扩展方案

2.1硬件连接与实现原理

若要以74HC595芯片实现对IO口的扩展，首先需要定义一个单片机I0口与74HC595芯片DS相连，以此来控制串行数据的输入。而移位寄存器和存储寄存器是不同的时钟，当SH_CP处于上升沿时，数据会输入到移位寄存器中，当ST_CP处于上升沿时会传入的存储寄存器中。因此两个时钟需要分别进行连接，移位寄存器有串行输入DS引脚、串行输出引脚Q7和低电平复位引脚MR。存储寄存器有并行数据输出引脚Q0～Q7和低电平输出有效OE引脚。所以用MR进行复位时，只是将位移寄存器中的数据清除，而不必担心存储寄存器中的数据有所变化。另外只有当OE输出低电平时，存储寄存器的数据才会输出到IO口。

所以，利用74HC595进行IO口的扩展时，仅仅只需要用5根连接线，在通常情况下，可以将MR直接连接高电平，通过软件的方法来控制位移寄存器中的数据清零。OE直接连接低电位，然后将其余连接线与51单片机IO口相连即可。

单片机中的数据会从DS口传输进入74HC595，每当SH_CP处于上升沿（先拉低电平再拉高电平）的时候，位移寄存器中的数据会一次移动一位，经过SH_CP的8个上升沿之后，便会全部移入位移寄存器。[3]此时如果想再接入一个74HC595则可以将Q7接入第二个74HC595上的DS，按照此种方法可接入任意多个74hc595芯片，使IO口可以得到充分扩展。

当数据全部送完后，给ST_CP一个上升沿（先拉低电平再拉高电平），存储寄存器里的数据便输出到Q0～Q7，实现IO口的扩展，原理如下图。

4结论

本文详细的阐述了运用74HC595芯片扩展51单片机IO口的原理，很大程度上解决了51单片机IO口紧缺的问题，并且电路连接与代码编程十分简单。同时进行实验，运用74HC595扩展的IO与led灯相连，实现了流水灯的效果。

参考文献：

[1]李亚，常涛，王永强.利用74HC595实现多位LED显示的新方法[J].微计算机信息，2005（07）.

[2]吴振磊，刘孝赵.74HC595在单片机控制多位数码管中的应用[J].科技广场，2013（05）.

[3]黄勇.74HC595在LED点阵显示系统中的应用[J].电脑知识与技术，2018（36）.