MAX7219工作原理简介.doc

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 MC68HC908MAX7219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,通信方式采用串