前文中我们掌握了 ZYNQ 的 SPI 控制器的使用，本文中通过动态驱动数码管进一步展示 SPI 控制器的使用。本文所用到的 74HC595 是一种常见的串并转换芯片，74HC595 支持级联，可以实现一个 SPI 接口扩展大量 IO。以下的示意图中，ZYNQ 需要提供 SPI 控制器的 MOSI 和 SCK 以及一个 LACH 信号，提供给 74HC595,通过 74HC595扩展了16 个 IO 动态驱动 4 位数码管。

实验目的：

1:阅读 74HC595 数据手册，掌握 74HC595 芯片的串并转换时序

2:熟悉数码管动态显示原理

3:通过 VITIS-SDK 以及 SPI 控制器完成对 74HC595 芯片串并转换，并且动态驱动数码管

如上图所示，为我们 4 位共阳极 7 位数码管的电路原理图，这里的数码管是共阳极驱动，所以当 74HC595 U2

的 QA、QB、QC、QD 控制数码管的阳极，也就是负责选通哪一个数码管点亮；而 74HC595 U1 控制显示具体的数值内容。动态显示的原理就是某一个时刻只显示 1 个数码管，对于我们人眼来说刷新率在 25hz 以上就会感觉所有数码管都是同时点亮的效果。

我们看到数码管的字母 abcdefgdp 代表的是数码意思呢？如下图所示，就是代表了每个 LED，当设置 abcdefgh

种任意位为 0 就是点亮数码管。所以我们可以得出一个表，用于显示相应的数值。

我们先从 74HC595 内部的原理图看下芯片的功能。可以看到里面最关键功能单元是 8 个 D 触发器用于移位和另外8个D触发器用于数据的输出到功能 PIN 脚上。我们 SPI 接口的数据从 Serial input A 输入，并且通过 SHIFT CLOCK 每个时钟移位进入 74HC595 的触发器中，一个74HC595 支持 8bit IO 扩展，如果需要更多 IO，则可以通过74HC595 的级联输出到下一个 74HC595 芯片的输入。如上面图片所示，我们的为了动态驱动数码管，扩展了16个IO(其中有 4 个本例中没有用到)。比如本文中的例子，我们完成了 16bit 数据的移位，那么需要通过 LATCH CLK把数据从移位寄存器打入输出寄存器。

以上这张表是来源于 74HC595 的计数手册，笔者红线框出的部分就是我们需要设计的驱动时序要求。从中可

以看到，74HC595 工作需要设置复位管脚为高电平，并且设置 Output Enable 为低电平。第一个红框中数据在每个

shift Clock 的上升沿打入移位寄存器。在第二个红框中 Latch Clock 为上升沿的时候，数据从移位寄存器打入输出寄存器。

另外我们需要了解下驱动时序，数据需要满足建立和保持时间。和我们 FPGA 的课程不一样，FPGA 的课程部分，SPI 控制器是自己设计的，所以需要自己设计时序，而 ZYNQ 的 SPI 控制器是已经做好了，一般只要 SCK 不是频率太高都能满足要求。

以下关于 74HC595 的两张时序表如下：

注意：FEP 扩展卡有 1.8V 和 3.3V 之分，默认 MLK-H3_CZ08_7100使用 1.8V 版本 IO 的扩展卡。

本实验需要用到 JTAG 下载器、USB 转串口外设，另外需要把核心板上的 2P 模式开关设置到 JTAG 模式，即ON ON(注意新版本的 MLK_H3_CZ09_7035)，支持 JTAG 模式，对于老版本的核心板，JTAG 调试的时候一定要拔掉TF卡，并且设置模式开关为 OFF OFF)