MicroPython-On-ESP8266——数码管的使用，2片HC595驱动四位数码管

1. 背景

前面在使用四位数码管时，需要用来12个GPIO接口，结果咱micropython能驱动的esp8266开发板只有9个口能用，导致只能驱动两位数码管。还好动态扫描的机制是用到了。

这回来学习第三个数码管，由两片72HC595位移寄存器芯片驱动的四位数码管。

2. 位移寄存器芯片74HC595

先了解一下这个74HC595芯片（收下简称595）是个什么东西又是如何工作的。

2.1. 595原理图

符号	引脚	描述
Q0–Q7	第15脚，第1-7脚	8位并行数据输出（DS引脚送进来的位数据可以依次推入到这8个位，实现了“串入并出”的效果。8个输出刚好可以用来控制数码管的8个段码，或者控制位码（理论上能控制八位的数码管））
GND	第8脚	地
Q7’	第9脚	串行数据输出（移位寄存器只有8个，再继续向里面送数据时，最开始的位会出这个引脚溢出。溢出的位可以送到下一个595芯片，这样就能实现无限串联了。）
/MR	第10脚	主复位（低电平清零数据，通常都是接到VCC用防止数据被清掉）
SH_CP	第11脚	数据输入时钟线
ST_CP	第12脚	输出存储器锁存时钟线
/OE	第13脚	输出有效（低电平有效，通过控制这个引脚可以产生数码管闪烁的效果（一开一关就是闪嘛））
DS	第14脚	串行数据输入（接收数据位的引脚，如果是串联的话就是按上一片595芯片的Q7’引脚）
VCC	第16脚	电源

2.2. 595使用流程

上面引脚说明里面，已经把除了 SH_CP 和 ST_CP 之外其他引脚的注意事项写进去了，最核心的两个单独说明一下：

首先595芯片是有两个寄存器的：

移位寄存器：负责将DS引脚当前的数据状态推入到Q0数据位，同时Q0->Q1->Q2–>Q3–>…–>Q7会依次都向后推一位，可以想象成左轮手枪，你塞一颗子弹就要轮一下轮子再塞下一颗子弹，每轮一下那所有子弹的位置就都顺移了一下。
存储寄存器：把当前输出到位移寄存器中的数据锁定到Qx引脚上并保持不变。就像你把左轮的子弹塞满或不再填充后，把轮子推到枪体上了，那位置就固定下来了。

问题来了，DS引脚用来塞子弹，那啥时候转一轮子（产生位移）、又啥时候把左轮推进去（锁存）呢？这就需要用到595芯片的另外两引脚了。

SH_CP(11脚)：该引脚上升沿时数据寄存器的数据进行移位。
ST_CP(12脚)：上升沿时移位寄存器的数据进入数据存储寄存器，下降沿时存储寄存器数据不变。

也就是说咱们平常把这两个引脚的电平置低，需要移位时就把SH_CP拉高一下，需要锁存时就把ST_CP引脚拉高一下，只要很段的时间就可以了。短到微秒级别，咱们在micropython里面都没有微秒级别的延时函数，直接不延时就行了。

3. 两片595驱动数码管的原理

咱们从手上这个数码管模块的原理图来分析

1）首先它这里对引脚名称的定义跟上面不一样，没关系，仔细对比一下就看明白了：

SER引脚就是DS引脚，用来装子弹的，在封装的模块上引出弯头针对，丝印名是DIO
SCLK引脚用来控制位移
RCLK引脚用来控制锁存到Qx数据口
QA-QH共8个数据输出口（跟上面Q0-Q7一样的）

2）上半部分数码管的引脚图就不用理会了，段码A到DP，四个数码管从左到右分别为DIG0到DIG3。下半部分两片595，通过蓝色圈起来的部分能看出，左边第一块芯片只用出4个位来控制DIGx，能实现用高电平点亮指定的管位；右边第二块芯片，用满8个位输出刚好对应到数码管的段码上。

3）右边的595芯片的数据输入是由左边芯片溢出得到的（SER引脚接入到了左边的QH’输出）。那咱们要想驱动数码管点亮，就要先将显示数字的段码输出到DIO引脚，再把数字显示在哪个管位上的位码输出到DIO引脚，然后一锁存这样就齐活儿了。

4）还要强调一下，根据当前的驱动方式，要想在数码管不同的位上显示不同的数字，还是需要用到动态扫描的原理的，也就是利用人眼视觉暂留的机制快速变换不同的位码。只不过咱们不需要手动来控制DIGx开关，直接向595输入不断变化的位码就行了。

4. 实验：点亮数码管并显示自增长的数字

4.1. 接线图

4.2. 实验代码

from machine import Pin
# import utime

# 准备数据引脚
pin_sclk = Pin(4, Pin.OUT); pin_sclk.off()  # 上升跳变时锁存
pin_rlck = Pin(0, Pin.OUT); pin_rlck.off()  # 上升跳变时数据位移
pin_dio = Pin(2, Pin.OUT); pin_dio.off()    # 待移入数据位

mapper = {  # 共阳方式段码对照
    '0': 0xC0, '1': 0xF9, '2': 0xA4, '3': 0xB0,
    '4': 0x99, '5': 0x92, '6': 0x82, '7': 0xF8,
    '8': 0x80, '9': 0x90, 'A': 0x88, 'B': 0x83,
    'C': 0xA7, 'D': 0xA1, 'E': 0x86, 'F': 0x8E,
}

def jump_up(pin):
    pin.on()  # 产生跳变
    # utime.sleep_ms(1)
    pin.off()  # 保持一段时间后关闭

def send_data(num, is_position=False, has_point=False):
    '向位称寄存器送数据'
    if is_position:  # 位码处理( 1~4位）
        value = {1:0x01, 2:0x02, 3:0x04, 4:0x08}.get(num, 0)
    else:  # 段码处理
        value = mapper.get(str(num), 0)
        value = value & 0x7F if has_point else value  # 共阳方式
        # value = (~value | 0x80) if has_point else ~value  # 共阴方式
    for i in range(8):
        pin_dio.value(1 if (value << i) & 0x80 else 0)  # 从最高位开始送数据
        jump_up(pin_sclk)  # 每送完一位后就让位移寄存器跳变一下

num = 0
step = 1
while True:
    # 显示千位
    send_data(int(num/1000))
    send_data(4, is_position=True)
    jump_up(pin_rlck)
    # 显示百位
    send_data(int(num / 100 % 10))
    send_data(3, is_position=True)
    jump_up(pin_rlck)
    # 显示十位
    send_data(int(num / 10 % 10))
    send_data(2, is_position=True)
    jump_up(pin_rlck)
    # 显示个位
    send_data(int(num % 10))
    send_data(1, is_position=True)
    jump_up(pin_rlck)

    if step%100==0:
        num += 1
        if num>9999: num=0
    step += 1