使用74HC595驱动LED流水灯实验

描述

本次实验系统环境

Matlab版本: 2021b

系统环境 :Win10专业版

模型与原理图

本次实验的simulink模型如图5.2所示,实验现象可以通过改变控制PC6引脚的“constant2”变量实现LED流水灯效果,如图5.1所示,本次实验电路原理如图5.3所示,STM32引脚与74HC595的连接方式为PC6->DS, PC7->STCP, PC8->SHCP,采用两片74HC595极联,共用DS,STCP,SHCP引脚,实验所使用的下载器为STLINK 2V1版本,自带一个串口。

原理图

图5.1 74HC595流水灯实验现象

原理图

图5.2 74HC595流水灯驱动模型

原理图

图5.3 74HC595流水灯电路图

模型介绍与分析

关于模型怎么理解,这里读者朋友首先需要理解74HC595如何驱动,只需关注STCP,DS,SHCP如何使用即可,读者朋友可以参考这篇文章。

首先来看下图,这里将模型划分为三个区域,红色区域用于控制STCP引脚,黄色区域用于控制SHCP引脚,绿色区域用于控制DS数据引脚

原理图

图5.4 模型功能划分

为了便于观察分析,这里将用于监控数据的“Display”模型先去掉,STCP控制模型如图5.5所示,通过一个“Count Limited”模型用来产生计数,然后通过“Compare To Constant”模型来判断当前计数值是否小于4,如果小于4则经由“Switch”模型将STCP设置为0,即低电平,否则将其设置为1,即高电平,从而实现数据锁存功能

原理图

图5.5 STCP引脚控制模型

SHCP引脚用于控制数据移位功能,由于SHCP移位功能受STCP锁存引脚控制,所以这里我们将最终用于控制STCP引脚的另外一路信号通过“NOT”模型进行取反操作来控制SHCP引脚的有效移位功能,“Pulse Generator”用于产生周期性移位脉冲,最后将"NOT"模型的信号与“Pulse Generator”以及“Count Limited”输出的比较信号一同通过“AND”与模型输出给SHCP引脚用于产生数据移位信号。

原理图

图5.6 SHCP引脚控制模型

DS引脚控制模型就相对比较简单,直接将“Constant”的值通过“Bit Shift”移位模型进行移位,然后直接输出给DS控制引脚

原理图

图5.7 DS引脚控制模型

总 结

本节实验通过simulink搭建模型的方式驱动74HC595芯片工作,从而实现对LED的控制,至于模型的搭建有多种方式,但是其背后的本质还是在于读者朋友是否理解74HC595的工作原理。

细心的读者朋友可能注意到本节实验中使用的模型还有很大优化空间,例如图5.6出现两个通用的“Compare To Constant”模型,图5.7中的“Bit Shift”模型其实可以去掉也能实现正常功能,如图5.8所示,这里仅仅给读者朋友抛砖引玉,至于模型的优化和多种实现方式也欢迎大家大胆的去尝试和提出宝贵意见。

最后给读者留个题目,改变simulink模型实现单颗LED流水灯式点亮效果。

原理图

图5.8 去掉“Bit Shift”后DS模型

拓展延伸

本节实验中有首次出现“Display”模型,如图5.9所示,这也是simulink有意思的地方,我们可以添加该模型用于监控数据变化,另外还可以在“调试”模式下通过“步进”按钮单步控制模型的运行,该方式与单片机的单步调试类似,如图5.10所示,该运行方式无需将模型代码下载到目标硬件中即可使用,这里先给读者朋友抛出来,后面再找机会单独介绍如何使用单步调试方式来调试模型。

原理图

图5.9 “Display”模型

原理图

图5.10 simulink模型单独调试

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