1、基于spi的max7221與mcu連接在儀器儀表的設計制作中常要用到數碼管顯示，有時數碼管的數量還會無數。假如為每個數碼管都單獨設計驅動，一方面向來說是一個不小的負擔，另一方面大幅增強了電路板的面積成本。max7221單片可以驅動8位數碼管，并且可以舉行級聯擴展，對于這個問題是一個較為妥當的解決計劃。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轉換器、da轉換器、實時時鐘日歷、驅動器、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的一個重要的區分就是它是一個同步通

3、信協議。主機中有一個時鐘發生器，可以在sclk引腳上產生時鐘信號，全部的數據傳輸都根據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引腳上產生同步時鐘，需要發送或接收的數據就根據這個時鐘進入相應的移位寄存器。主機的數據從主機的mosi引腳移出，移入到從機的miso引腳；從機的數據從從機的mosi引腳移出，移人到主機的mi-so引腳；傳輸結束后，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碼管顯示驅動器，單片最多可驅動8位數碼管。它包含有七段譯碼器、位和段驅動器、多路掃描器、段驅動調整器、亮度脈寬調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的關斷模式；(4)數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結構的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，絕大多數命令均為單周期命令，自帶128 kb的flash，可以通過spi，jtag、引導程序等多種方式多次編程，支持系統編程及調試。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)。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max7221通過spi與atmega128銜接的。該系統最多可以驅動32位數碼管。因為數據是單向傳輸，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據的線路。在這種級聯銜接方式中，全部max7221的cs都銜接在一起，其片選是通過在要傳輸的數據前增強空操作命令來實現的。例如，要向其次級的max7221傳輸數據，應該在時序到來之后首先傳輸一個空操作命令(0x0000)，然后再傳輸數據。要向第三級的max7221傳輸數據時，要先傳輸兩個空操作命令，以此類推。值得一提的是，假如要用這種級聯方式設計個數不是8的整數倍的數碼管顯示驅動器，必需要為各個max7221分配平均的掃描位數。例如，假如需要12位數碼管顯示，那么采納兩級級聯驅動，每個max7221驅動6個數碼管；假如需要11位數碼管

7、顯示，那么一級驅動6個，一級驅動5個，但掃描限位仍然都設定為6，只將其中一個空接。這么做是由于max7221對8位數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碼管個數越多，數碼管看上去就越暗。假如各級max7221設定的掃描限位不全都，盡管設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，可以編制出相應的atmega128 spi子程序。spi_init()用于初始化atmega128的spi口，設定時鐘極性和頻率等參數；spi_transmit()用于在時序到來時延續傳輸16位

8、數據；max7221_transmit()用于總體完成從cs被拉低到數據傳輸結束的全過程，并將級聯狀況也考慮了進去。需要注重的一點是max7221一上電就進入到關斷模式，所驅動的數碼管無任何顯示，必需首先退出該模式進入到正常工作模式。相應的子程序如下：5 實 驗試驗中用法上述級聯系統的軟硬件舉行了32位數碼管循環顯示測試，結果正常。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為1 430 ms。據此可計算出數據傳輸的速率該速率未能達到理論上的8 mbs，其緣由是進入和退出函數、循環以及對ss的拉低和置高都耗費了mcu的有效時光。可