max7219工作原理简介

MAX7219工作原理简介 MAX7219是一个采用 3线串行接口的 8位共阴极 7段 LED显示驱动器。 本文分析了 MAX7219各个寄存器的功能,并结合 MAX7219的工作时序, 给出了 MAX7219在 Motorola MC68HC908单片机系统中的一个应用实例。 关键词： MCU;MAX7219;LED Motorola MC68HC908 MAX7219工作时序及其寄存器 MAX7219是一个高性能的多位 LED显示驱动器,可同时驱动 8位共阴极 LED或 64个独立的 LED。其内部结构框图如图 1所示,主要包括移位寄 存器、控制寄存器、译码器、数位与段驱动器以及亮度调节和多路扫 描电路等。 MAX7219 采用串行接口方式,只需 LOAD、DIN、CLK 三个管脚便可实现 数据传送。DIN 管脚上的 16位串行数据包不受 LOAD状态的影响,在每 个 CLK的上升沿被移入到内部 16位移位寄存器中。然后,在 LOAD的上 升沿数据被锁存到数字或控制寄存器中。LOAD 必须在第 16个时钟上降 沿或之后,但在下一个时钟上升沿之前变高,否则数据将会丢失。DIN 端 的数据通过移位寄存器传送,并在 16.5个时钟周期后出现在 DOUT端, 随 CLK的下降沿输出。 MAX7219 的操作时序如图 2所示。 MAX7219的串行数据标记为 D15D0,其中低 8位表示显示数据本身,最 高的 4位 D15D12未使用,寻址内部寄存器的地址位占用 D11D8,选择 14个内部寄存器,见表 1。 图 1 MAX7219内部结构框图 图 2 MAX7219的数据传送时序 MAX7219 内部具有 14个可寻址数字和控制寄存器。其中的 8个数字寄 存器由一个片内 88双端口 SRAM实现。它们可直接寻址,因此可对单 个数进行更新并且通常只要 V+超过 2V数据就可保留下去。除 8个数 位寄存器之外,还有无操作、译码方式、亮度调整、扫描位数、睡眠模 式和显示器测试 6个控制寄存器。 无操作寄存器用于多片 MAX7219级联,在不改变显示或不影响任意控制 寄存器条件下,它允许数据从 DIN传送到 DOUT。 睡眠模式控制寄存器用于节省电源消耗,延长显示器的使用寿命。当睡 眠模式控制寄存器控制字节中的最低位 D0=0时,为睡眠模式;D0=1 时, 为正常操作模式。上电时所有的控制寄存器都复位,显示器都熄灭,芯 片进入睡眠模式。睡眠模式下的各个寄存器保留原数据而不更新,消耗 的电流少于 250mA。 显示器测试寄存器有正常与测试两种设定模式,数据字节的 D0位置 0 为正常模式,D0 置 1为测试模式。测试时以 31/32或 15/16的占空比扫 描全部数位段,使得所有显示器的所有段以最大的亮度点亮。 图 3 显示器与寄存器数据位的对应关系 译码方式控制寄存器可以设置每个数位工作于 BCD译码方式,或者非译 码方式,控制字节的 8位正好对应 8个数位,该位为 1表示该数位工作 于 BCD码方式,为 0 表示该数位工作于非译码方式。当采用代码 BCD译 码方式时,对 10个数字“09”和 5个字符“-,E,H,L,P”,译码器仅针 对数字寄存器中数据的低四位 D3D0,而不考虑 D6D4位。设置小数点 (SEG DP)的 D7与编码方式,点亮时,D7 置“1“,熄灭时,D7 置“0”即可。 表 2是 BCD码的字符编码。 当选择不译码方式时,数据位 D7D0对应于 LED的段线如图 3所示。 显示器的亮度可以通过模拟与数字两种方式进行调整,模拟方式是在 Vcc与 ISET引脚之间外接一个电阻 RSET,这时段驱动器提供的峰值电 流约为 ISET引脚电流的 100倍,调整该电阻的大小即可改变显示器亮 度,电阻的最小值为 9.53KW,此时提供的段驱动电流典型值为 40mA。 亮度的数字化调整是使用亮度调整寄存器,此时芯片内启用一个脉宽调 制器,它受亮度调整寄存器低半字节 D3D0的控制,产生 16种占空比不 同的输出脉冲,形成 16级亮度调整,此时以 RSET设定峰值电流。寄存 器数据为0H 时,脉冲占空比为 1/32,表示 MAX7219驱动的段点亮时间 仅为整周期的 1/32,这是最暗的情况。数据从0H 变化到FH,表示脉 冲占空比由 1/32变化到 31/32 (注意这里的分子只有奇数),此时扫描 消隐期按比例递减,亮度线性递增。因此寄存器数据为FH 时最亮,消 隐期仅为 1/32。 图 4 MAX7219应用连接图 MAX7219 有驱动 8个数码管的能力,但实际应用中不一定恰好是 8个。 扫描位数寄存器用于设置显示器数码管的实际扫描个数,由扫描位数寄 存器的 D2D0设定,其数据为0H 时,表示仅扫描数位 0,数据为 01H时,扫 描数位 0与数位 1,如此类推,直至数据为7H,表示 8个全扫描。8 个 全部扫描时,扫描速率为 800Hz,只扫描 N个时,扫描速率为 8fOSC/N。 应注意扫描的位数变化对亮度有明显影响。当扫描的数码管等于或少 于 3个时,单个数位驱动器将消耗较大的功率,因而必须依据使用的数 码管实际数量调整电阻 RSET的大小,限制消耗的电流。 显示器测试寄存器有正常与测试两种设定模式,数据字节的 D0位置 0 为正常模式,D0 置 1为测试模式。测试时,以 31/32的占空比扫描 MAX7219全部数位段,使得所有显示器的所有段以最大的亮度点亮。 MAX7219与 MC68HC908GP32接口应用 MAX7219 采用串行通信,只需通过 CLK、LOAD、DIN 三根线便可与多种 MCU接口。M68HC908 系列单片机是新一类 Motorola高性能的 8位单片 机,具有速度高、功能强和价格低等特点,其指令码与 M68HC05完全兼 容。Motorola 自 1999年推出该系列单片机以来,至今已推出了三十余 种不同型号的 MC68HC908单片机。本文以 Motorola在中国大力推广的 通用型芯片 MC68HC908GP32为例,介绍 MAX7219与 MC68HC908系列单片 机的接口电路,如图 4所示。由于 MC68HC908系列的单片机都具有一定 数量的 I/O管脚,所以该应用实例同样适用于其它型号的 MC68HC908单 片机,具有一定的代表性。 图中 MC68HC908GP32的 PORTB口工作于输出方式,并结合 MAX7219的工 作时序,对 MAX7219进行控制。WRI_INSTRU 为 MAX7219控制子程序,它 在 CLK管脚产生 8个时钟脉冲,并将入口参数 A中的 8位值在 CLK的上 升沿串行输出到 DIN。LED_WR 为 MAX7219控制主程序,它首先置 LOAD 为低电平,然后通过两次调用 WRI_INSTRU完成向 MAX7219写入 16位串 行数据,最后再置 LOAD为高电平,产生一个上升沿脉冲以满足 MAX7219 的数据传送时序。 结语 MAX7219 能够驱动 8个 LED,可方便地对每位 LED进行单独控制、刷新, 不需重写整个显示器寄存器,