任务2.2 基于74HC595的流水灯控制_基于Proteus的Arduino可视化编程应用技术-QQ阅读男生玄幻网

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任务2.2 基于74HC595的流水灯控制

任务目标

任务是利用两片74HC595芯片级联扩展16位输出口，驱动按照圆形放置的16个发光二极管，使发光二极管按顺时针方向实现流水灯的花样显示。仿真硬件电路如图2-17所示。

［任务重点］

● 串入并出的移位寄存器74HC595的工作原理

● 两片74HC595级联的硬件电路设计

● 结构流程图绘制

● 编译并运行、观察仿真结果

图2-17 仿真硬件电路

任务实施

2.2.1 硬件绘制

（1）74HC595元器件选择

在“选取元器件”对话框的“分类”列表框中选择“TTL 74HC series”选项，在“显示本地结果”列表框中双击“74HC595”选项，完成74HC595元器件选择，如图2-18所示。

图2-18 74HC595元器件选择

（2）排阻元器件选择

在“选取元器件”对话框的“分类”列表框中选择“Resistors”选项，在“子类”列表框中选择“Resistor Packs”选项，在“显示本地结果”列表框中双击“RX8”选项，完成排阻元器件的选择，如图2-19所示。

图2-19 排阻元器件选取

（3）放置元器件和端口

按照图2-17所示电路放置元器件和端口，调整元器件相对位置，连线、编辑元器件属性，完成电路绘制。

2.2.2 SETUP结构流程图绘制

SETUP结构流程图完成IO5~IO7引脚输出模式的设置，SETUP结构流程图如图2-20所示。

图2-20 SETUP结构流程图

2.2.3 zh结构流程图绘制

zh结构流程图将要发送的数据（a变量的值）的各二进制位求出并分别放到布尔变量a7~a0中，其中，a7为最高位，a0为最低位，求取过程中利用了除法和求余运算。zh结构流程图最终效果如图2-21所示。

（1）放置“事件块”图框

拖动“事件块”图框放置到编辑区的空白区，放置“事件块”创建结构流程图，如图2-22所示。

（2）编辑事件块

1）双击结构图中的“事件块”图框，弹出“编辑事件块”对话框，如图2-23所示。

2）在“名称”文本框中输入“zh”，单击“确定”按钮，创建的初始zh结构流程图如图2-24所示。

图2-21 zh结构流程图最终效果

图2-22 放置“事件块”创建的结构流程图

图2-23 “编辑事件块”对话框

图2-24 初始zh结构流程图

（3）新建布尔变量a7~a0

可以在任何结构流程图的“分配块”“决策块”“I/O操作”图框等的编辑窗口中新建变量。

1）双击图2-20中的任何一个I/O操作框，弹出“编辑I/O块”对话框，如图2-25所示。

图2-25 “编辑I/O块”对话框

2）单击“新建”按钮，弹出“新建变量”对话框，如图2-26所示。在“命名”文本框中输入“a0”，在“类型”下拉列表框中选择“BOOLEAN”选项。

图2-26 “新建变量”对话框

3）单击“确定”按钮，在“编辑I/O块”对话框中完成布尔变量a0的定义，如图2-27所示，在“变量”列表框中列出了定义好的变量a0。

图2-27 布尔变量a0定义

4）和变量a0的新建方法相同，完成变量a1~a7的新建，所有变量新建结束后，图2-27中的“变量”列表中会全部列出。

（4）结构流程图的分裂

结构流程图比较复杂，编辑区的纵向或横向放不下时，可以将结构流程图分裂。

1）将光标移动到要分裂的连接线位置，分裂位置示意如图2-28所示。

2）右击弹出“删除/分裂”快捷菜单，如图2-29所示，选择“分裂”选项，完成结构流程图的分裂，自动添加成对的“互联”图框，“互联”图框编号按顺序随机产生，编号相同的地方就是连接在一起的，分裂后的结构流程图如图2-30所示。

图2-28 分裂位置示意图

图2-29 “删除/分裂”快捷菜单

图2-30 分裂后的结构流程图

（5）完成其他流程图

继续完成zh结构流程图的绘制，最终效果如图2-21所示。

2.2.4 fa结构流程图和SH结构流程图绘制

SH结构流程图实现IO6引脚为低-高-低的电平。fa结构流程图实现将变量a7~a0的值依次发送到74HC595保存起来，按照74HC595工作原理，IO5每输出一个二进制位，IO6引脚必须输出一个上升沿脉冲（即低-高-低的电平），单片机才能将一位二进制数输出锁存到74HC595。fa结构流程图和SH结构流程图如图2-31所示。

图2-31 fa结构流程图和SH结构流程图

a）fa结构流程图 b）SH结构流程图

1）拖动“子程序调用”图框到fa结构流程图中，“子程序调用”图框放置如图2-32所示。

2）双击图2-32中的“子程序调用”图框，弹出“编辑子程序调用”对话框，如图2-33所示。其中，在“图纸”下拉列表中选择“（全部）”选项，在“方式”下拉列表中选择“SH”选项，单击“确定”按钮。

3）进一步完善，完成图2-31的绘制。

图2-32 “子程序调用”图框放置

图2-33 “编辑子程序调用”对话框

2.2.5 st结构流程图绘制

按照74HC595工作原理，在两片级联的芯片串行接收完16位二进制数后，单片机使IO7输出一个上升沿脉冲，启动两片74HC595同时输出接收到的数据，驱动发光二极管。st结构流程图如图2-34所示。

图2-34 st结构流程图

2.2.6 LOOP结构流程图绘制

按照显示流水灯花样的特点，要求单片机通过两片74HC595输出16个16位的二进制数，每一个16位二进制数中只有一个0，其他位为1，数据输出保持500ms不变。在低8位数中0所在位变的过程中，高8位数恒为1（高8位二进制数对应的十进制数为255）；在高8位数中0所在位变的过程中，低8位数恒为1（低8位二进制数对应的十进制数为255）。根据这一规律，LOOP结构流程图主要分为两个循环结构，分别循环8次，在第一个循环中，每一次完成高8位为全1输出，低8位输出数据使0分别从低位到高位变化；在第二个循环中，每一次高8位输出数据使0分别从低位到高位变化，低8位输出数据为全1。LOOP结构流程图如图2-35所示。

图2-35 LOOP结构流程图

1）利用“循环构建”图框绘制流程图，“循环构建”图框如图2-36所示。

图2-36 “循环构建”图框

2）将“循环构建”图框拖动到LOOP结构流程图中，双击弹出“编辑循环”对话框。在“下一个循环”选项卡进行设置，具体如图2-37所示。其中，在“循环变量”下拉列表中选择循环变量“i”（用i变量控制循环次数），设置“开始值”为0，“停止值”为7，“单步值”为1。

图2-37 “编辑循环”对话框

3）单击“确定”按钮，进一步完善LOOP结构流程图。

2.2.7 仿真运行

单击“仿真运行”按钮，观察仿真结果。

相关知识

2.2.8 74HC595功能介绍

74HC595是一个8位串行输入、并行输出的移位寄存器，并行输出为三态输出。74HC595芯片引脚如图2-38所示。在SH_CP的上升沿，串行数据由DS输入到内部的8位移位寄存器，并由Q7'输出，多片级联时后面的74HC595数据输入端接前面一片的Q7'，而并行输出则是在ST_CP的上升沿将在8位移位寄存器的数据存入到8位并行输出缓存器，OE的控制信号为低电平时，并行输出引脚（Q0~Q7）的输出值等于并行输出缓存器所存储的值。而当OE为高电平时，也就是输出关闭时，并行输出引脚会保持在高阻抗状态。