基于SPI的MAX7221与MCU连接

1、基于spi的max7221与mcu连接在仪器仪表的设计制作中常要用到数码管显示，有时数码管的数量还会无数。假如为每个数码管都单独设计驱动，一方面向来说是一个不小的负担，另一方面大幅增强了电路板的面积成本。max7221单片可以驱动8位数码管，并且可以举行级联扩展，对于这个问题是一个较为妥当的解决计划。普通max7221与mcu的衔接用法两种办法：一是用法mcu的io口挺直模拟通信所需要的时序，此法操作较为繁琐，易出错；二是用法uart串行口，这种办法的通信速率最高仅为1152 kbs。介绍第三种办法，即max7221通过串行外设接口(serial peripheralinterface，spi

2、)与mcu衔接，此法具有容易和易于用法的特点，其通信速率理论上高达10 mbs。1 spi原理spi是一种由motorola公司开发的高速、全双工、同步串行通信接口。mcu通过它可以便利地衔接到存储器、ad转换器、da转换器、实时时钟日历、驱动器、音频芯片，甚至另一个mcu。因为spi的成本低，有用性强，无数新推出的芯片都增强了对它的支持。spi以主从方式工作，这种模式通常有一个主机和一个或多个从机，用法4根信号线：主机输出从机输入(mosi)、主机输入主机输出(miso)、串行时钟sclk和外设片选(ss)。典型的点对点spi通信衔接1所示。spi与uart的一个重要的区分就是它是一个同步通

3、信协议。主机中有一个时钟发生器，可以在sclk引脚上产生时钟信号，全部的数据传输都根据这个同步时钟来举行。主机和从机各有两个移位寄存器分布在各自mosi及miso引脚，详细的传输过程就是由这几个移位寄存器来完成的。以ss低电平有效为例，平常，主机维持ss为高电平，sclk无信号；举行传输时，主机首先将ss引脚拉低作为从机的片选信号，然后在sclk引脚上产生同步时钟，需要发送或接收的数据就根据这个时钟进入相应的移位寄存器。主机的数据从主机的mosi引脚移出，移入到从机的miso引脚；从机的数据从从机的mosi引脚移出，移人到主机的mi-so引脚；传输结束后，主机将ss拉高。有多个从机时，主机的s

4、s信号可以与从机的片选规律举行组合，没有被选中的从机将不会参加spi传输。2 器件介绍21 max7221max7221是一款串行接口的数码管显示驱动器，单片最多可驱动8位数码管。它包含有七段译码器、位和段驱动器、多路扫描器、段驱动调整器、亮度脉宽调整器及多个特别功能寄存器。max7221不仅可以很便利地与mcu相衔接，还可通过级联举行扩展。它的主要功能特点有：(1)10 mhz的串行接口；(2)bcd译码非译码模式挑选；(3)耗电仅150 a的关断模式；(4)数字和模拟双重亮度控制；(5)spi，qspi，microwire等多种串行接口。22 mcu考虑了有用性、性能价格比等多种因素，试验

5、mcu选用atmega128，它是一种基于 risc结构的8位低功耗微处理器，最高工作频率为16 mhz。它采纳了先进的命令集，绝大多数命令均为单周期命令，自带128 kb的flash，可以通过spi，jtag、引导程序等多种方式多次编程，支持系统编程及调试。atmega128的spi接口最高工作频率为主频的50，可达8 mhz(与max7221spi口的速率上限相当)。该接口的工作方式(主从)、时钟极性、时钟沿及工作频率均可灵便配置。3 硬件衔接图2所示为4片级联max7221通过spi与atmega128衔接的。该系统最多可以驱动32位数码管。因为数据是单向传输，因此将atmega128配

6、置为主机，max7221配置为从机，可以省略从机向主机传输数据的线路。在这种级联衔接方式中，全部max7221的cs都衔接在一起，其片选是通过在要传输的数据前增强空操作命令来实现的。例如，要向其次级的max7221传输数据，应该在时序到来之后首先传输一个空操作命令(0x0000)，然后再传输数据。要向第三级的max7221传输数据时，要先传输两个空操作命令，以此类推。值得一提的是，假如要用这种级联方式设计个数不是8的整数倍的数码管显示驱动器，必需要为各个max7221分配平均的扫描位数。例如，假如需要12位数码管显示，那么采纳两级级联驱动，每个max7221驱动6个数码管；假如需要11位数码管

7、显示，那么一级驱动6个，一级驱动5个，但扫描限位仍然都设定为6，只将其中一个空接。这么做是由于max7221对8位数码管的扫描能力是一定的，在相同亮度的等级下需要举行扫描的数码管个数越多，数码管看上去就越暗。假如各级max7221设定的扫描限位不全都，尽管设定了相同的亮度等级，实际显示的亮度也会有所差别。4 软件设计图3是max7221的spi传输时序图。按照max7221的spi时序图及寄存器地址表，可以编制出相应的atmega128 spi子程序。spi_init()用于初始化atmega128的spi口，设定时钟极性和频率等参数；spi_transmit()用于在时序到来时延续传输16位

8、数据；max7221_transmit()用于总体完成从cs被拉低到数据传输结束的全过程，并将级联状况也考虑了进去。需要注重的一点是max7221一上电就进入到关断模式，所驱动的数码管无任何显示，必需首先退出该模式进入到正常工作模式。相应的子程序如下：5 实 验试验中用法上述级联系统的软硬件举行了32位数码管循环显示测试，结果正常。此外，还利用at-mega128自带的定时器对第一级的max7221举行速率测试，流程4所示。一共举行20次测试，终于定时器的平均读数为1 430 ms。据此可计算出数据传输的速率该速率未能达到理论上的8 mbs，其缘由是进入和退出函数、循环以及对ss的拉低和置高都耗费了mcu的有效时光。可