基于SPI的MAX7221與MCU連接

1、基于spi的max7221與mcu連接在儀器儀表的設(shè)計制作中常要用到數(shù)碼管顯示，有時數(shù)碼管的數(shù)量還會無數(shù)。假如為每個數(shù)碼管都單獨設(shè)計驅(qū)動，一方面向來說是一個不小的負(fù)擔(dān)，另一方面大幅增強了電路板的面積成本。max7221單片可以驅(qū)動8位數(shù)碼管，并且可以舉行級聯(lián)擴展，對于這個問題是一個較為妥當(dāng)?shù)慕鉀Q計劃。普通max7221與mcu的銜接用法兩種辦法：一是用法mcu的io口挺直模擬通信所需要的時序，此法操作較為繁瑣，易出錯；二是用法uart串行口，這種辦法的通信速率最高僅為1152 kbs。介紹第三種辦法，即max7221通過串行外設(shè)接口(serial peripheralinterface，spi

2、)與mcu銜接，此法具有容易和易于用法的特點，其通信速率理論上高達10 mbs。1 spi原理spi是一種由motorola公司開發(fā)的高速、全雙工、同步串行通信接口。mcu通過它可以便利地銜接到存儲器、ad轉(zhuǎn)換器、da轉(zhuǎn)換器、實時時鐘日歷、驅(qū)動器、音頻芯片，甚至另一個mcu。因為spi的成本低，有用性強，無數(shù)新推出的芯片都增強了對它的支持。spi以主從方式工作，這種模式通常有一個主機和一個或多個從機，用法4根信號線：主機輸出從機輸入(mosi)、主機輸入主機輸出(miso)、串行時鐘sclk和外設(shè)片選(ss)。典型的點對點spi通信銜接1所示。spi與uart的一個重要的區(qū)分就是它是一個同步通

3、信協(xié)議。主機中有一個時鐘發(fā)生器，可以在sclk引腳上產(chǎn)生時鐘信號，全部的數(shù)據(jù)傳輸都根據(jù)這個同步時鐘來舉行。主機和從機各有兩個移位寄存器分布在各自mosi及miso引腳，詳細(xì)的傳輸過程就是由這幾個移位寄存器來完成的。以ss低電平有效為例，平常，主機維持ss為高電平，sclk無信號；舉行傳輸時，主機首先將ss引腳拉低作為從機的片選信號，然后在sclk引腳上產(chǎn)生同步時鐘，需要發(fā)送或接收的數(shù)據(jù)就根據(jù)這個時鐘進入相應(yīng)的移位寄存器。主機的數(shù)據(jù)從主機的mosi引腳移出，移入到從機的miso引腳；從機的數(shù)據(jù)從從機的mosi引腳移出，移人到主機的mi-so引腳；傳輸結(jié)束后，主機將ss拉高。有多個從機時，主機的s

4、s信號可以與從機的片選規(guī)律舉行組合，沒有被選中的從機將不會參加spi傳輸。2 器件介紹21 max7221max7221是一款串行接口的數(shù)碼管顯示驅(qū)動器，單片最多可驅(qū)動8位數(shù)碼管。它包含有七段譯碼器、位和段驅(qū)動器、多路掃描器、段驅(qū)動調(diào)整器、亮度脈寬調(diào)整器及多個特別功能寄存器。max7221不僅可以很便利地與mcu相銜接，還可通過級聯(lián)舉行擴展。它的主要功能特點有：(1)10 mhz的串行接口；(2)bcd譯碼非譯碼模式挑選；(3)耗電僅150 a的關(guān)斷模式；(4)數(shù)字和模擬雙重亮度控制；(5)spi，qspi，microwire等多種串行接口。22 mcu考慮了有用性、性能價格比等多種因素，試驗

5、mcu選用atmega128，它是一種基于 risc結(jié)構(gòu)的8位低功耗微處理器，最高工作頻率為16 mhz。它采納了先進的命令集，絕大多數(shù)命令均為單周期命令，自帶128 kb的flash，可以通過spi，jtag、引導(dǎo)程序等多種方式多次編程，支持系統(tǒng)編程及調(diào)試。atmega128的spi接口最高工作頻率為主頻的50，可達8 mhz(與max7221spi口的速率上限相當(dāng))。該接口的工作方式(主從)、時鐘極性、時鐘沿及工作頻率均可靈便配置。3 硬件銜接圖2所示為4片級聯(lián)max7221通過spi與atmega128銜接的。該系統(tǒng)最多可以驅(qū)動32位數(shù)碼管。因為數(shù)據(jù)是單向傳輸，因此將atmega128配

6、置為主機，max7221配置為從機，可以省略從機向主機傳輸數(shù)據(jù)的線路。在這種級聯(lián)銜接方式中，全部max7221的cs都銜接在一起，其片選是通過在要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)前增強空操作命令來實現(xiàn)的。例如，要向其次級的max7221傳輸數(shù)據(jù)，應(yīng)該在時序到來之后首先傳輸一個空操作命令(0x0000)，然后再傳輸數(shù)據(jù)。要向第三級的max7221傳輸數(shù)據(jù)時，要先傳輸兩個空操作命令，以此類推。值得一提的是，假如要用這種級聯(lián)方式設(shè)計個數(shù)不是8的整數(shù)倍的數(shù)碼管顯示驅(qū)動器，必需要為各個max7221分配平均的掃描位數(shù)。例如，假如需要12位數(shù)碼管顯示，那么采納兩級級聯(lián)驅(qū)動，每個max7221驅(qū)動6個數(shù)碼管；假如需要11位數(shù)碼管

7、顯示，那么一級驅(qū)動6個，一級驅(qū)動5個，但掃描限位仍然都設(shè)定為6，只將其中一個空接。這么做是由于max7221對8位數(shù)碼管的掃描能力是一定的，在相同亮度的等級下需要舉行掃描的數(shù)碼管個數(shù)越多，數(shù)碼管看上去就越暗。假如各級max7221設(shè)定的掃描限位不全都，盡管設(shè)定了相同的亮度等級，實際顯示的亮度也會有所差別。4 軟件設(shè)計圖3是max7221的spi傳輸時序圖。按照max7221的spi時序圖及寄存器地址表，可以編制出相應(yīng)的atmega128 spi子程序。spi_init()用于初始化atmega128的spi口，設(shè)定時鐘極性和頻率等參數(shù)；spi_transmit()用于在時序到來時延續(xù)傳輸16位

8、數(shù)據(jù)；max7221_transmit()用于總體完成從cs被拉低到數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束的全過程，并將級聯(lián)狀況也考慮了進去。需要注重的一點是max7221一上電就進入到關(guān)斷模式，所驅(qū)動的數(shù)碼管無任何顯示，必需首先退出該模式進入到正常工作模式。相應(yīng)的子程序如下：5 實 驗試驗中用法上述級聯(lián)系統(tǒng)的軟硬件舉行了32位數(shù)碼管循環(huán)顯示測試，結(jié)果正常。此外，還利用at-mega128自帶的定時器對第一級的max7221舉行速率測試，流程4所示。一共舉行20次測試，終于定時器的平均讀數(shù)為1 430 ms。據(jù)此可計算出數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾试撍俾饰茨苓_到理論上的8 mbs，其緣由是進入和退出函數(shù)、循環(huán)以及對ss的拉低和置高都耗費了mcu的有效時光?？?/p>