【文章內(nèi)容簡介】 關(guān)閉模式，模擬數(shù)字亮度控制，一個掃描 限制寄存器 保證 用戶顯示 18 位數(shù)據(jù)， 擁有 一個讓所有 LED 發(fā)光的檢測模式。這個 芯片以三線串行接口與單片機(jī)連接其接口的傳輸速率可達(dá) 10 MHz 有獨立的發(fā)光二極管段控制譯碼 和 非譯碼兩種顯示方式可選數(shù)字、模擬兩種亮度控制方式可以級聯(lián)使用采用 了 1 片 MAX7219 便可 以 完成 8 位數(shù)碼管的顯示驅(qū)動任務(wù) 。 1 MAX7219 的原理 DIN 為串行數(shù)據(jù)輸入端當(dāng) CLK 為上升沿時數(shù)據(jù)載入 16 位內(nèi)部移位寄存器 CLK 為串行時鐘輸入端最大工作頻率為 10 MHzMAX7219 的三線串行接口命令 和 數(shù)據(jù)組成 16位字串從 DOUT 引腳輸出當(dāng)每一個 CLK 脈沖上升沿到來時串行數(shù)據(jù)從 DIN 引腳進(jìn)入MAX7219 內(nèi)部移位寄存器最先收到的 就 是高位 [12]。 但是 在第 16 個 CLK 上升沿 LOAD引腳若變?yōu)楦唠娖絼t數(shù)據(jù)就會被鎖存到內(nèi)部寄存器中再過半個脈沖數(shù)據(jù)在 CLK下降沿從 DOUT 引腳輸出 的 。 LOAD 為片選端當(dāng) LOAD 為低電平時該器件接收來自 DIN 的數(shù)據(jù)接收完畢 后 LOAD 返回高電平時接收的數(shù)據(jù)將鎖定 DIG0DIG7 為吸收顯示器共陰極電流的位驅(qū)動線其最大值可達(dá) 500mA在關(guān)閉狀態(tài)時輸出 VSEGASEGG和 DP 為驅(qū)動顯示器 7 段及小數(shù)點的輸出電流約 是 40mA 可軟件調(diào)整關(guān)閉狀態(tài) 時接入 GNDDOUT 為串行數(shù)據(jù)輸出端通常可直接接入下一片 MAX7219 的 DIN 端使多片 MAX7219 級聯(lián)以便 可以 驅(qū)動更多的 LED。 MAX7219 有 14 個可尋址命令寄存器其中 8 個是位驅(qū)動寄存器 6 個是狀態(tài)寄存器它提供了段選碼和 BCD 解碼兩種方式。當(dāng)解碼方式的寄存器數(shù)據(jù)位都設(shè)為 1 時為 BCD 解碼方式當(dāng)其都設(shè)為 0 時為段選碼方式。工作在解碼方式時 LED可顯示數(shù)字 09 及 “”“EFHLP”等字符和空顯示。寫寄存器時只要在對應(yīng)數(shù)據(jù)位的低 4 位寫入 “0H”“FH”即可與數(shù)據(jù)位的高 4 位無關(guān)。按數(shù)據(jù)位的最高位設(shè)定小數(shù)點狀態(tài)則置 1點亮小數(shù)點否則為 0。段選碼方式是通過將數(shù)碼管對應(yīng)數(shù)據(jù)位寫 “1”來使該段點亮的。 MAX7219 還有 6 個狀態(tài)寄存器。通過亮度寄存器控制 LED 的亮度該軟件亮度控制可替代硬件限流亮度控制。掃描限制寄存器用于控制掃描頻率。停機(jī)寄存器控制 15 MAX7219 的工作狀態(tài)當(dāng)該寄存器的數(shù)據(jù)格式為 “0”時進(jìn)入關(guān)閉狀態(tài)但可接受測試控制寄存器控制當(dāng)該寄存器的數(shù)據(jù)格式為 “1”時進(jìn)入正常工作狀態(tài)。若顯示測試寄存器為 “0”時則顯示驅(qū)動器進(jìn)入正常工作狀態(tài)若顯示測試寄存器為 “1”時則顯示驅(qū)動器進(jìn)入測試狀態(tài)。此時 LED 應(yīng)處于全亮狀態(tài)。空操 作寄存器用于 MAX7219 串聯(lián)時只改變MAX7219 驅(qū)動的某個 LED 但不改變其他顯示區(qū) 。 MAX7219 初始化和 LED 顯示時在對 MAX7219 的每一個寄存器傳送數(shù)值時都要調(diào)用一次顯示子程序因此應(yīng)及時使 SPI的復(fù)位位清零以保證新的發(fā)送正常。當(dāng)每一次寄存器接收數(shù)值后都要取消 MAX7219片選以鎖存接收到的數(shù)值。 1）功能特點 a 有 10MHz 連續(xù)串行口 b 獨有立的 LED 段控制 c 數(shù)字有的譯碼與非譯碼選擇 d 有 150μ A 的低功耗關(guān)閉模式 e 配置了亮度的數(shù)字和模擬控制 f 有高電壓中斷顯示 g 有 共陰極 LED 顯示驅(qū)動 h 有限制回轉(zhuǎn)電流的段驅(qū)動來減少 EMI（ MAX7221） i 有 SPI, QSPI, MICROWIRE 串行接口（ MAX7221） g 有 24 腳的 DIP 和 SO 封裝 2)管腳名稱功能 1 DIN 串行數(shù)據(jù)輸入端口在時鐘上升沿時候數(shù)據(jù)被載入內(nèi)部的 16 位寄存器。 2,3,58,10,11 DIG 0– DIG7 八個數(shù)據(jù)驅(qū)動線路置顯示器為共陰極為低電平 [12]。關(guān)閉時7219 此管腳會輸 出高電平， 7221 會呈現(xiàn)高阻抗。 4,9 GND 地線，同時接地 12 LOAD 載入數(shù)據(jù)， 連續(xù)數(shù)據(jù)后 16 位在 LOAD 端的上升沿時被鎖定。 CS (MAX7221) 片選端。該端為低電平時串行數(shù)據(jù)被載入移位寄存器。連續(xù)數(shù)據(jù)的后 16 位在 cs 端的上升沿時會被鎖定。 13 CLK 時鐘序列輸入端。最大速率是 ，數(shù)據(jù)移入內(nèi) 部移位寄存器，下降沿時侯數(shù)據(jù)從 DOUT 端輸出。 1417,2023 SEG 7 段和小數(shù)點的驅(qū)動，為顯示器提供出電流。當(dāng)一個段驅(qū)動關(guān)閉時， 16 7219 的此端呈低電平， 7221 會呈現(xiàn)高阻抗。 18 SET 通過一個電阻連接到 VDD 提高段電流。 19 V+正極電壓輸入， +5V 。 24 DOUT 串行數(shù)據(jù)輸出端口，從 DIN 輸入的數(shù)據(jù)在 個時鐘周期后在此端有顯著的效果。當(dāng)使用多個 MAX7219 時用此端會方便擴(kuò)展。 MAX7219 同樣允許用戶對每一個數(shù)據(jù)選擇編碼或者不編碼。 整個設(shè)備包含一個 150μA 的低功耗關(guān)閉模式，模擬和數(shù)字亮度控制，一個掃描限制寄存器允許用戶顯示 18 位數(shù)據(jù)，還有一個讓所有 LED 發(fā)光的檢測模式。 圖 8 Max7219的引腳 Figure8 Max7219 pinout 3)串行數(shù)據(jù)格式，譯碼方式寄存器，內(nèi)部寄存 器地址，亮度寄存器展示 表 6 串行數(shù)據(jù)格式 Table6 Serial data format D15 D14 D13 D12 D11 D10 D9 D8 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 X X X X 地 址 數(shù)據(jù)位 串行數(shù)據(jù)發(fā)送 16 位為一幀，在這十六位中其中十二位到十五位是可以任意的，而內(nèi)部寄存器的地址是第八位到第十一位，從零位到七位是寄存器數(shù)據(jù)。 表 7 譯碼方式寄存器 Table7 Decoding way to register D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 代碼 0 0 0 0 0 0 0 0 0x00 17 0 0 0 0 0 0 0 0 0x01 0 0 0 0 1 1 1 1 0x0F 1 1 1 1 1 1 1 1 0xFF 從上面的表格中可以知道寄存器中每一位和一個數(shù)字位相對應(yīng)，如果是邏輯高電平那么就選擇 B 譯碼 [14]。要是邏輯低電平就選擇旁路譯碼器。 變量譯碼和顯示譯碼兩類 ，變量 譯碼 一般是一種較少輸入變?yōu)檩^多輸出的器件，一般分為 2n 譯碼和 8421BCD 碼兩類。 表 8 亮度寄存器 Table8 Brightness register 占空比 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 代碼 1/32 X X X X 0 0 0 0 0xX0 3/32 X X X X 0 0 0 1 0xX1 5/32 X X X X 0 0 1 0 0xX2 7/32 X X X X 0 0 1 1 0xX3 9/32 X X X X 0 1 0 0 0xX4 11/32 X X X X 0 1 0 1 0xX5 13/32 X X X X 0 1 1 0 0xX6 15/32 X X X X 0 1 1 1 0xX7 17/32 X X X X 1 0 0 0 0xX8 19/32 X X X X 1 0 0 1 0xX9 21/32 X X X X 1 0 1 0 0xXA 23/32 X X X X 1 0 1 1 0xXB 25/32 X X X X 1 1 0 0 0xXC 27/32 X X X X 1 1 0 1 0xXD 29/32 X X X X 1 1 1 0 0xXE 31/32 X X X X 1 1 1 1 0xXF 該芯片可以采用 V+和 ISET 之間所接外部電阻 Rset 不控制顯示亮度，從驅(qū)動器那里的峰值電流通常為進(jìn)入 ISET 電流的 100 倍， Rset 既可以作為固定電阻也可以作為可變電阻使用 [13]。 表 9停機(jī)寄存器 Table9 Downtime register 18 工作方式 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 代碼 停機(jī) X X X X X X X 0 xOH 正常 X X X X X X X 1 Xoh 停機(jī)狀態(tài)的時候，掃描振蕩器會停止工作，所有的斷電流源會被拉到地，同時所有的位驅(qū)動會被拉到 V+這個時候 LED 燈會不顯示的。 晶片的一端附在一個支架上，一端是負(fù)極，另一端連接電源的正極，使整個晶片被環(huán)氧樹脂封裝起來。半導(dǎo)體晶片由兩部分組成，一部分是 P 型半導(dǎo)體，在它里面空穴占主導(dǎo)地位，另一端是 N 型半導(dǎo)體，在這邊主要是電子。但這兩種半導(dǎo)體連接起來的時候，它們之間就形成一個 PN結(jié)。 圖 9 Max7219不譯碼模式數(shù)據(jù)位時序圖 Figure9 Max7219 Don39。t decode schema data a sequence diagram 表 10 測試寄存器 Table9 test register 19 工作方式 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 代碼 正常 X X X X X X X 0 Xoh 測試 X X X X X X X 1 Xoh 顯示測試寄存器通常有兩種工作方式：包括正常和顯示測試，在顯示測試下的 8 位數(shù)字掃描中的占空比為 1/32，它是通過控制寄存器內(nèi)的控制字來接通 LED 燈顯示器的。 電力監(jiān)控線路保護(hù)系統(tǒng)顯示電路設(shè)計 下圖所示采用的是 AT89C51單片機(jī)與 MAX7219的接口電路圖示，把單片機(jī)的 連接到 max7219 的 DIN 端口，然后 連接到 CLK 端口 [14]。 圖 10 Max7219應(yīng)用電路 Figure10 Max7219 application circuit 20 電力線路保護(hù)系統(tǒng)鍵盤電路設(shè)計 電路設(shè)計 鍵盤電路如下面的圖示 功能介紹 P20P24：接上拉電阻 ，通過 S0S4 接到地。 INT0， INT1：鍵盤中斷輸入。 S2：鍵盤總允許開關(guān) S3：功能選擇鍵盤。 S4：數(shù)值加 1 鍵。 S5：數(shù)值減 1 鍵。 S6：電力線路自動合閘開關(guān)。 鍵盤電路 是典型的電路，它的內(nèi)部功能以及各個方面的銜接故障分析處理等等都已經(jīng)被前輩研究的非常透徹，所以我們只負(fù)責(zé)應(yīng)用就可以。鍵盤總允許開關(guān)，功能選擇鍵盤，數(shù)值加 1 鍵，數(shù)值減 1鍵，電力線路自動合閘開關(guān)這些基本按鍵接口都已經(jīng)標(biāo)注。 CPU讀取位於程式記憶體 ROM 或 EPROM 程式碼，經(jīng)過計算及處理后，將結(jié)果送至各 個暫存器或輸出入埠上，并且接受內(nèi)部和外部的中斷信號， 然后執(zhí)行中斷服務(wù)程式。只要電源加入且震蕩器開始動作 后， CPU 就會開始不停的動作。 MCS51 系列單晶片， 8051/8751 提供內(nèi)部 4096Bytes4Kbytes 的程式記憶區(qū)，專供程式儲存指令碼的地方。 CPU 所執(zhí)行的 程式指令，即是到這里來提取。 8052 提供內(nèi)部 8192Bytes8Kbytes 的程式記憶區(qū)，而 8031 則不提供此方塊。 若有內(nèi)部程式記憶區(qū)時， CPU 可以選擇執(zhí)行的程式指令，是 由內(nèi)部的程式區(qū)提取或由外部的程式區(qū)提取。程式區(qū)的內(nèi) 容，只能讀出但不能寫入 [15]。 MCS51 系列中的 8051/8031 及 8751 單晶片都提供有 128 個 Bytes 的可讀 /寫資料記憶區(qū)，而 8052 系列則有256 個 Bytes 的資料記憶區(qū)。這資料區(qū)中有 16 個 Bytes 共 128bits 的區(qū)域是可直接做單一位元定址 Bit Adress 的，同時 MCS51 也提供相當(dāng)好用的位元處理指令。 這四個埠共提供 4X832 條 I/O 線，所有的埠都可以做位元組輸出入埠 Byte I/O或做單一位元輸出入埠 bit I/O，當(dāng) MCS51 做外部記憶體擴(kuò)充時，必須用 PORT0 ，PORT2 當(dāng)作資料 /位址線，配合 ALE ， /PESN ，及 /WR ， /RD 等控制線產(chǎn)生必要的控制信號，作讀出及寫入信號。 MCS51 系列的單晶片均有 2 個 16 位元的計時 /計數(shù)器，而 8052 則有 3 個。每個計時 /計數(shù)器有多種模式供選擇。多晶片微電腦控制系統(tǒng)，主要用來設(shè)計較復(fù)雜 的控制系統(tǒng)如影像處理、通訊控制及算術(shù)運(yùn)算， 21 由於使用 晶片數(shù)量多，相對的硬體成本也提高。對於一些較簡易的 控制系統(tǒng)，則不需要這麼多晶片來組成一個系統(tǒng)，於是出 現(xiàn)了單晶片微電腦。單晶片微電腦是把五大基本單元，輸 入單元，輸出單元，控制單元，記憶體單元以及算數(shù)邏輯 單元濃縮在單一顆晶片上面，只要加上少許的電子零件便 可以組成簡易的控制系統(tǒng)。單晶片微電腦上的 ROM 以及 RAM 的容量較小，因此其主要功用是應(yīng)用在控制電路上。 晶 片內(nèi)部