74HC595数码管

### 74HC595 驱动数码管的工作原理

74HC595 是一种8位串行输入并行输出移位寄存器芯片，能够通过少量的GPIO引脚扩展大量的数字输出通道。对于需要大量IO口的应用场景非常有用，比如驱动多位数码管显示。

#### 数码管连接方式
针对共阳极数码管，在具体应用中，两个74HC595分别用于控制不同的部分：

- **U26** 的15、1、2、3引脚用来控制四位数码管各自的公共端（即阳极端），决定哪个数码管被激活。
- **U25** 则负责向各个数码管发送实际要显示的数据比特流，从而确定每一位上应该呈现的具体字符[^1]。

#### 动态扫描机制
为了减少所需的物理连线数目以及提高效率，通常采用动态扫描的方式来轮流点亮每一个单独的数码管。由于人眼存在视觉暂留效应，只要切换速度足够快——一般认为每秒至少25次更新（Hz）——就能让观察者感觉到所有的数码管仿佛是在同一时间亮起的一样。

### 实现示例：基于ESP32平台

下面给出一段简单的C++代码片段作为例子，展示如何利用ESP32配合两片74HC595来实现上述功能。这段程序会依次循环显示0至9这十个数字。

#include <Arduino.h>

// 定义与74HC595相连的三个主要引脚
const int latchPin = D5;
const int clockPin = D6;
const int dataPin = D7;

byte digitPins[] = {B00000001, B00000010, B00000100, B00001000}; // 对应四个数码管的选择信号
byte segmentData[] = {
  B00000011, // '0'
  B10011111, // '1'
  B00100101, // '2'
  B00001101, // '3'
  B10011001, // '4'
  B01001001, // '5'
  B01000001, // '6'
  B00011111, // '7'
  B00000001, // '8'
  B00001001  // '9'
};

void setup() {
  pinMode(latchPin, OUTPUT);
  pinMode(clockPin, OUTPUT);
  pinMode(dataPin, OUTPUT);

  digitalWrite(latchPin, LOW);  
}

void loop() {
  static unsigned long lastTime = millis();
  const uint8_t numDigits = sizeof(digitPins)/sizeof(*digitPins);
  static byte currentDigitIndex = 0; 

  if (millis() - lastTime >= 4) { // 设置刷新间隔为约25帧/秒
    lastTime = millis();

    // 更新当前显示的内容
    shiftOut(dataPin, clockPin, MSBFIRST, ~segmentData[currentDigitIndex]); // 发送段选数据给U25
    shiftOut(dataPin, clockPin, MSBFIRST, digitPins[currentDigitIndex]);     // 发送位选数据给U26
    
    digitalWrite(latchPin, HIGH);
    delayMicroseconds(1);
    digitalWrite(latchPin, LOW);

    ++currentDigitIndex %= numDigits;
  }
}

此代码实现了对四组共阳极七段LED显示器的支持，并且采用了定时中断的方法来进行快速轮询式的多任务处理，确保了良好的用户体验效果[^2][^3]。