基于ＨＣＳ１２單片機(jī)ＳＰＩ的實(shí)時(shí)顯示設(shè)計(jì)

摘要：本文介紹了多功能顯示驅(qū)動(dòng)器MCl4489與HCS12系列單片機(jī)的接口應(yīng)用開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，給出了兩種不同接口電路，敘述軟件編程的步驟，并給出了相關(guān)的程序源代碼，經(jīng)實(shí)驗(yàn)表明SPI通訊具有更大的優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵詞：HCS12單片機(jī)；SPI；MCl4489；顯示

引言

對(duì)于任意一種功能完整的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，顯示功能往往是必不可少的。例如在智能車運(yùn)行的過(guò)程中，對(duì)其速度和時(shí)間的實(shí)時(shí)監(jiān)控是非常重要的，這樣方便了系統(tǒng)的調(diào)試。針對(duì)清華大學(xué)的HCS12型開(kāi)發(fā)板，它具有豐富的I／O口資源，集成了多種功能模塊，可以廣泛的應(yīng)用于生產(chǎn)過(guò)程控制系統(tǒng)。同時(shí)，MCl4489是MOTOTOLA公司生產(chǎn)的串行接口5位的7段LED數(shù)碼顯示器的譯碼／驅(qū)動(dòng)芯片，它占用單片機(jī)軟件資源少，不需再外加電路即可與單片機(jī)協(xié)調(diào)工作，譯碼、掃描顯示都由MCl4489自動(dòng)完成，無(wú)需單片機(jī)干預(yù)，每次只需改變顯示內(nèi)容時(shí)才進(jìn)行一次數(shù)據(jù)傳輸，因而大大節(jié)省了軟件開(kāi)銷，提高了單片機(jī)的處理和運(yùn)算能力，應(yīng)用靈活方便。而目前，新型高速的16位、32位DSP型單片機(jī)成為主流，而且功能模塊也越來(lái)越豐富。針對(duì)這一特點(diǎn)我們將通用的SPI技術(shù)應(yīng)用于MCl4489的顯示控制，同時(shí)也改進(jìn)了用普通I／O口模擬控制的方法。

MC14489及特性

MC14489具有三線串行接口(SPI)，可直接與具有SPI接口的CPU相連，也可采用軟件模擬SPI接口，最大串行時(shí)鐘頻率可達(dá)4MHz。它有一個(gè)8位的內(nèi)部系統(tǒng)寄存器和一個(gè)24位的顯示寄存器。

MCl4489采用了所謂的“位抓取”技術(shù)，在向內(nèi)部系統(tǒng)設(shè)置寄存器和顯示寄存器送數(shù)時(shí)不需要引導(dǎo)碼和地址碼，而是根據(jù)一次串行輸入數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)由內(nèi)部自動(dòng)確定送往哪一個(gè)寄存器。若輸入的是單字節(jié)數(shù)據(jù)，將被送往系統(tǒng)設(shè)置寄存器，若輸入的是多字節(jié)數(shù)據(jù)，則被送往顯示寄存器。

多片MC14489可級(jí)聯(lián)使用以增加顯示位數(shù)。還可由輸入的顯示代碼決定全部顯示段為滿亮度或半亮度顯示。MCl4489的引腳排列如圖(圖1)所示。

MC14489與HCS12單片機(jī)接口軟件設(shè)計(jì)

MC14489采用同步串行數(shù)據(jù)輸入方式，數(shù)據(jù)傳輸中無(wú)需起始位、停止位和校驗(yàn)位。在每個(gè)時(shí)鐘的上升沿將DATAIN端的數(shù)據(jù)鎖存到片內(nèi)移位寄存器中，數(shù)據(jù)的傳輸是高位(MSB)在前。在ENABLE信號(hào)的上升沿將片內(nèi)移位寄存器的數(shù)據(jù)存入控制寄存器或顯示寄存器中：在一個(gè)ENABLE有效期間，CPU的數(shù)據(jù)輸入到片內(nèi)移位寄存器中，若輸入的是8位數(shù)據(jù)，則自動(dòng)地在ENABLE信號(hào)上升沿將數(shù)據(jù)存入片內(nèi)控制寄存器中，若是24位數(shù)據(jù)，則在ENABLE信號(hào)上升沿自動(dòng)將數(shù)據(jù)存入片內(nèi)的顯示寄存器中。

實(shí)現(xiàn)MCl4489與HCS12單片機(jī)的通訊，可采用多種連接方式：(1)采用準(zhǔn)雙向口方式；(2)采用串行通訊方式；(3)使用CAN總線的混合編址方式。由于本開(kāi)發(fā)板中CAN資源另作他用，故本文僅對(duì)前兩種方式加以討論。下面是相關(guān)電路及完整的實(shí)驗(yàn)程序。

準(zhǔn)雙向口方式

HCS12單片機(jī)內(nèi)部有豐富的I／資源，同時(shí)也集成了多種功能模塊。其中PORTA、PORTB、PORTE、PORTK等接口在芯片處于擴(kuò)展工作方式下，可被用作總線信號(hào)。

下面我們以PORTB口國(guó)例，采用軟件模擬的方法實(shí)現(xiàn)與三線串行接口芯片的連接，其中PORTB_BITO、PORTB_BITl、PORTB_BIT2分別連接到MC14489的ENABLE、CLOCK和DATA IN引腳，然后按圖2和圖3的時(shí)序用軟件方法實(shí)現(xiàn)串行數(shù)據(jù)的輸出和輸入。以下是MC14489與單片機(jī)接線圖(圖2)和實(shí)驗(yàn)完整的程序。

}

串行通訊方式

HCS12單片機(jī)的SPI的簡(jiǎn)述

SPI(Serial Peripheral Interface)是一種高速高效率的同步串行接口技術(shù)，這種接口技術(shù)主要用于MCU與外部的接口芯片間交換數(shù)據(jù)，這在MOTOROLA單片機(jī)中已經(jīng)是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)模塊，也逐漸成為一種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。雖然從數(shù)據(jù)傳送速率上講，并行接口要優(yōu)越于串行接口，但是會(huì)使得系統(tǒng)連線比較復(fù)雜，在大多數(shù)的情況下，這種由提高系統(tǒng)復(fù)雜程度而帶來(lái)的數(shù)據(jù)傳輸速率的提高是得不償失的，所以目前，較多新型的高速16位、32位MCU都帶有SPI接口，使得系統(tǒng)更加簡(jiǎn)單、可靠，已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。

SPI模塊具有和其他外部設(shè)備進(jìn)行全雙工同步串行通信的功能，SPI操作可通過(guò)查詢SPI狀態(tài)標(biāo)志或中斷驅(qū)動(dòng)。所有SPI中斷都由CPU響應(yīng)，而且SPTE(SPI發(fā)送器空)和NSPRF(SPI接收器滿)位還可設(shè)置為DMA服務(wù)請(qǐng)求使能。在SPI的傳輸過(guò)程中，數(shù)據(jù)的發(fā)送(串行移出)和接收(串行移入 )是同步的。串行時(shí)鐘使2條串行數(shù)據(jù)線上的移位和采樣都是同步的。通過(guò)軟件還可以控制SPI的時(shí)鐘相位和極性，適用于各種不同的驅(qū)動(dòng)芯片。

SPI軟件編制方法

1>初始化

(1)PE=1，以允許SPI系統(tǒng)。

(2)置MSTR=1，以置MCU為主機(jī)方式。

(3)SPRl、SPRO為適當(dāng)值，以使SPI時(shí)鐘(SCK)能滿足驅(qū)動(dòng)芯片的時(shí)鐘需要。

(4)POL，CPHA為適當(dāng)值，以使SPI時(shí)序能滿足驅(qū)動(dòng)芯片的時(shí)序要求。對(duì)于MCl4489它要求，在SCK的上升沿輸入和在下降沿輸出數(shù)據(jù)，應(yīng)選擇CPOL=1，CPHA＝1的方式。

(5)是否使用SPI中斷來(lái)決定SPIE=0或1。一般情況下在SPI的時(shí)鐘頻率較高時(shí)，不必采用中斷方式，而可采用查詢方式。因?yàn)樵赟PI時(shí)鐘頻率為1MHz時(shí)，僅需8μs就可完成一次SPI傳送，如使用中斷，則響應(yīng)中斷和中斷返回的執(zhí)行時(shí)間就超過(guò)了8 μs。

(6)使用情況置DDRD的值。

2>數(shù)據(jù)的傳送

(1)允許指定的從器件，這一般用清零(對(duì)低電平有效的器件)和置位(對(duì)高電平有效的器件)接至該器件的允許輸出位來(lái)實(shí)現(xiàn)。

(2)向SPDR寫(xiě)入需發(fā)送的數(shù)據(jù)(或地址、命令等)，以啟動(dòng)數(shù)據(jù)的傳送。

(3)等待SPIF＝1。在傳送完成之前不能清除從器件的允許信號(hào)。

(4)禁止從器件，即清除從器件的允許信號(hào)。

對(duì)于多字節(jié)連續(xù)傳送的場(chǎng)合，在第(4)步時(shí)，不應(yīng)禁止從器件，而應(yīng)在讀入數(shù)據(jù)后，返回(2)、(3)步執(zhí)行，直至多字節(jié)讀出或?qū)懭氩僮魍瓿珊?，才禁止從器件?/p>

下面我們以HCS 12MCU為例，給出它與MCl4489的接口電路圖(圖3)和實(shí)驗(yàn)程序。

實(shí)驗(yàn)程序

unsigned int i．n；

void_SPl_Init(void){ ／*SPI*初始化*／

SPIOBR=0x77； ／*2048分頻*／

SPIOCR2＝0x00；

SPIOCRI＝0x56； ／*SPI使能，主模式，上升沿觸發(fā)，ss輸出*／

DDRS DDRST=I；}

union

{ unsigned char byte；

struct

{unsigned char：7；

unsigned char bit7：1；

}bit；

}temp；

void delay(unsigned int count){

unsigned int k：

for(k=O；k

void display(uchar DCMD)｛

PTS PTS7＝0；

while(!(SPIOSR0x80))

{SPIODR=DCMD；}

PTS_PTS7=1；}

void display l(uchar cmd，uchardatal，uchar data2){

inti=0：

uchar dsp；

PTS_PTS7=0x00；

delay(1)；

SPIODR=dsp； /*需要讀的地址高8位*／

while(!SPIOSR_SPTEF)；

SPI0DR=datal；/*需要讀的地址低8位*／

while(!SPIOSR_SPTEF)；／*等待發(fā)送完畢*／

SPIODR=data2；/*需要讀的地址高8位*／

while(!SPIOSR_SPTEF)；

delay(2000)；

PTS_PTS7=I：}

void main(void){

SPI_Init()；

display(0x01)；／*寫(xiě)MCl4489內(nèi)部設(shè)置寄存器點(diǎn)亮所有LED*／

display l(0x05，0x43，0x21)；／*LEDl～LED5分別顯示1234半亮度顯示*／

PORTB=0xf0；

while(1){}}

結(jié)果分析

(1)用普通的I／O口模擬的方法常用，即使是針對(duì)沒(méi)有SPI的單片機(jī)系統(tǒng)，這種方法也可行，但其編程比較繁瑣，占用4個(gè)普通的I／O口，當(dāng)單片機(jī)的I/O口資源比較緊張時(shí)要進(jìn)行擴(kuò)口。而且它容易受到內(nèi)部的干擾，優(yōu)先級(jí)別不夠。功耗較SPI通訊傳輸較大，反應(yīng)的速度也較慢，有略微的延遲。

(2)SPI通訊傳輸穩(wěn)定，子系統(tǒng)允許使用相同的時(shí)鐘發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，使用靈活。每個(gè)管腳的方向都可以由軟件控制，而且傳輸速度快，實(shí)時(shí)性能好。

結(jié)語(yǔ)

MC14489集成度高，將鎖存、譯碼、驅(qū)動(dòng)、掃描、時(shí)鐘都集成在一片IC中，使單片機(jī)外圍電路大為簡(jiǎn)化，對(duì)單片機(jī)的軟、硬件資源占用也大大減少。HCS12單片機(jī)與MC14489的接口電路簡(jiǎn)單，應(yīng)用范圍廣，工作可靠。SPI的通訊模式傳輸速率較快，編程實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，易掌握，且工作更穩(wěn)定。

參考文獻(xiàn)：

1．Peter Spasov(著)，李小洪(譯)，‘微控制器原理與應(yīng)用(第5版)’，清華大學(xué)，2006

2．邵貝貝，‘單片機(jī)嵌入式應(yīng)用的在線開(kāi)發(fā)方法’，清華大學(xué)，2004