74HC595驅動8段數碼管的最大串聯數量

74HC595是8位串行輸入串/並行輸出的鎖存移位寄存器。它的串入並出特性，非常適合驅動8段數碼管；串入串出特性，非常適合首尾串聯。8段數碼管採用共陰或者共陽都可以，因為74HC595的吸入/灌出電流均達到20mA 。

它的使用方法也很簡單，並行輸出接到8段數碼管上，串行輸入與輸出首尾連接即可。單片機提供第一個74HC595的串行輸入，最後一個74HC595的串行輸出懸空。所有的74HC595共用2根時鐘線、 1根使能線。因此，理想情況下單片機提供4個IO口，能驅動後續的無限多個74HC595。原理圖如下：

但實際情況下， 74HC595驅動8段數碼管，究竟最多能串聯多少呢？

換一種問法：

第一，電路板能夠通過的最大電流？

第二，推挽輸出能夠驅動多少個高阻態輸入？

第三，推挽輸出可以傳輸多長距離？

第四，末端位置的電源線和地線的變化？

 

（圖中左端的數碼管比右端稍暗，是因為限流電阻的關係。所處的位置對它的亮度影響不大。）

 

第一，電路板能夠通過的最大電流？

限流電阻取1K時，每個74HC595大概需要8mA的電流。

電源線寬度為25mil，銅層厚度為1oz，則最大電流為1.7A。

因此，可以串聯的74HC595個數為1.7A/8mA=212個。

 

第二，推挽輸出能夠驅動多少個高阻態輸入？

典型的推挽輸出，驅動能力為4mA。

74HC595的技術手冊上，高阻態輸入的漏電流為1uA 。

一個推挽輸出至少可以驅動4000個高阻態輸入引腳。換言之，單片機的IO口可以驅動4000個74HC595。

（實際上，IO口在電平快速切換的時候，比靜態驅動的情況要稍微複雜一些，需要進行阻抗匹配的處理。）

 

第三，推挽輸出可以傳輸多長距離？

推挽輸出為TTL電平，使用它傳輸信號，距離一般不會超過2米。這不是受TTL電平的驅動能力限制，而是因為它需要對地參考，所以很容易受到環境的干擾。

如果工作環境的干擾很小，傳輸距離可以更長一些。

 

第四，末端位置的電源線和地線的變化？

串聯60個74HC595小電路板，以500ms時間間隔顯示0～ 9，實測發現：當數碼管熄滅時，最末端供電電壓為+5V；當數碼管點亮時，最末端供電電壓為+2.91V。74HC595的最低工作電壓在+2V。因此設每個74HC595電路板的線上電阻為R，串聯個數為x，則有：

x*R*(8mA*x/2)=U

x=60 ， U=2.1 ，因此R=0.146 。

U=3V時， x=71 。

因此，受線上壓降和74HC595的最低工作電壓限制，能夠串聯的個數限制為71。

 

結論：

綜合以上四點，可以知道74HC595驅動8段數碼管最大串聯數量為71。

而實際上，通過將電源和地線變得更加短粗，並且選擇更好的接插件，可以減少線上電阻，從而降低線上壓降；而且由於很少會同時點亮數碼管的所有段，所以實際上能夠串聯的個數比71還要更多一些。 

資料來源: https://www.eefocus.com/marianna/blog/13-12/300939_981a5.html