串行显示驱动器PS7219及单片机的SPI接口设计

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2024年7月10日发(作者：)

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自动化与仪器仪表　

ＺｌＤＯＮＧＨＵＡ　ＹＵ　ＹＩＱＩ　ＹＩＢＩＡＯ　２００２年第２期（总第１００期）　

文章编号：１００１—９２２７（２００２）０２—００５６—０４　

串行显示驱动器　

ＰＳ７２１９及单片机的ＳＰＩ接口设计　

吴蓓潘天红　

（甘肃工业大学科技处兰州，７３００５０）　

（江苏大学电气信息工程学院　镇江，２１２０１３）　

摘要：串行显示驱动器ＰＳ７２１９是由武汉力源公司推出的一种新型的、高性能、低价格的多位　

ＬＥＤ显示驱动器。本文介绍该芯片的引脚、内部结构、功能、以及工作过程，并分析了它与单片机的　

ＳＰＩ接口设计方法，给出了用８９Ｃ５１与ＰＳ７２１９的应用实侧。　

关键词：Ｉ：＇５＂７２１９单片机静态显示ＳＰＩ接口　

ＡＢ　ｍＡＣＴ：Ｔｈｅ　ｎｅｗ　ｐａｔｅｍ，ｈｉ　ｐｅｒｆｏｒｒｔｍｎｃｅ，ｌｏｗ　ｐｒｉｃｅ，ｉｒｔｏｌ￣ｂｉｔｓ　ＬＥＤ　ｄｉｓｐｌａｙ　ｄｒｉｖｅｒ　ＰＳ７２１９　ｉ８　ｐｒｏ－　

ｄｕｅｅｄ　ｂｙ　ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｗｕｈａｎ　Ｐｏｗｅｒ　ａｎｄ　Ｓｏｕｒｃｅ．ｈＴｅ　ｐａｃｋａｇｅ，ｉｎｔｅｒ　Ｓ（１＇ｔｌｔＣｔｌｔｌｌ￣，ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｗｏ【ｋｉｌ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　

ｏｆ　ＰＳ７２１９　ｉｓ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ａｎｄ　ｉｔ’ｓ　ＳＰＩ　ｉｎｔｅｒｆａｃｅ　ｗｉｔｈ　ｓｉｎｇｌｅ　ｃｈｉｐ　ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ．Ａ　ａｐｐｌｌｅｄ　ｅｘａｍｐｌｅ　ｏｆ　

ＰＳ７２１９　ｗｉｔｈ　８９Ｃ５１　ｉｓ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．　

ＫＥ－，１＾ｆＯＲＤＳ：ＰＳ７２１９　Ｓｉｎｇｌｅ—ｃｈｉｐ　ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｓｔａｔｉｃ　ｓｔａｔｅ　ｄｉｓｐｌａｙ　ＳＰＩ　ｉｎｔｅｒｒａｃｅ　

中国分类号：ＴＰ３６８．１　文献标识码：Ｂ　

０引言　

（２）并行总线上挂靠的器件太多，系统工作的　

在单片机的应用系统中，为了便于人们观察和　

稳定性和可靠性低；　

监视单片机的运行情况，常常需要用显示器显示运　

（３）体积较大，集成度不高。　

行的中间结果及状态等等。因此显示器往往是单片　正是由于上述原因，近年来，各厂家相继开发出　

机系统必不可少的外部设备之一。常用的显示器有　

了集成度较高、驱动能力较强、驱动位数较多、功能　

很多种，其中ＬＥＤ（发光二极管显示器）是应用较多　

齐全的ＬＥＤ显示驱动器。　

的一种，它特别适用于强光和光线极弱的场合。　本文介绍一种低价位、高性能的多位ＬＥＤ显示　

要使ＬＥＤ显示，必须提供段选码和位选码。传　驱动器ＰＳ７２１９芯片，以及它与单片机８９Ｃ５１具体的　

统的硬件译码显示接口广泛采用由中央处理器ｃＰＵ　

ＳＰＩ接口设计与应用软件。　

（如：Ｉｎｔｅｌ　８０３１）扩展Ｉ／Ｏ口（如：８２５５），然后再使用　

逻辑门驱动芯片（如７４０７等）驱动相应的位码和段　

１　ＰＳ７２１９简介　

码。这种设计，芯片间连线十分复杂，系统工作可靠　ＰＳ７２１９是一种新型的串行接口的８位数字静　

性不高，已越来越不适应单片机系统集成化、小型化　态显示芯片。它是由武汉力源公司新推出的２４脚　

的发展要求。特别是系统并行扩展Ｉ／０，其缺点十　

双列直插式芯片，采用流行的同步串行外设接口　

分明显：　

（ＳＰＩ），可与任何一种单片机方便接口，并可同时驱　

（１）连线太多，系统连线复杂，印制板布线不方　

动８位ＬＥＤ（或６４只独立ＬＥＤ），其引脚图如图１所　

便；　

示。　

５６　

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每位具有闪烁使能控制位。当引脚ｃｏＮ（１３脚）置　

高电平，可禁止所有显示，达到降低功耗的效果，但　

同时并不影响对控制寄存器的修改。Ｐｓ７２ｌ９还有　

个掉电模式、一个允许用户从１位数显示刭８位　

数显示选择的扫描界限寄存器和一个强迫所有ＬＥＤ　

一

接通的测试模式。另外，ＰＳ７２１９Ａ型内置一个可靠　

的【】Ｐ监控电路，可为外部提供一个脉宽１４Ｏｍｓ，触　

发门限典型值为４．６３Ｖ的高电平复位信号。　

如果Ｎ个ＰＳ７２１９级联，可实现Ｎ×８位ＬＥＤ显　

图１　ＰＳＴ２１９引脚图　

示　

ＰＳ７２１９内部具有１５　ｘ　８ＲＡＭ功能控制寄存器，　

¨　轴辐　站　呲删　

可方便选址，对每位数字可单独控制、刷新、不需重　

写整个显示器。显示数字亮度可由数字进行控制　

表１　ＰＳ７２１９引脚功能　

引脚　

１　

名称　

复位弓Ｉ脚　

２　ＰＳ７２１９引脚功能　

ＰＳ７２１９引脚功能如表１所示。　

功能　

ＲＳｒ　

２　

３　

４　

５一ｌ１、１４　

１２　

【』】ＡＤ　

Ｄ矾　

ｃＬＫ　

装载数据输入。当ＬＯＡＤ为高电平，串行输人数据的最后１６位被锁定　

串行数据输入。在ＣＬＫ的下降沿，数据被加载到内部１６位移位寄存器中　

时钟输入。最高频率为５００ｋｔｋ。在ＣＬＫ的下降沿，数据被移位到内部移位寄存器。在时钟的　

下降沿

数据从ＤＯＵｒ输出　

，

ＤＩＧ１一Ｄ脚　８位数字驱动线，它从显示器吸人电流　

ＣＮＤ　地　

１３　

２４　

Ｃ０Ｎ　

Ｖ＋　

显示控制端，低电平选通，高电平显示无效　

电流电压　

２３一卵、１６　ＳＡ—ＳＧ、ＤＰ　７段驱动器和小数点线，它供给显示器源电流　

１５　ＤｏＵＴ　串行数据输出。输入到ＤＩＮ的数据在１６．５个时钟周期后在ＤＯＵｒ端有效　

３　Ｐｓ７２１９工作过程　

图２为ＰＳ７２１９工作时序图。由图２可行，ＤＩＮ　

是串行数据输入端，在ＣＬＫ的上升沿，一位数据被　

加载到内部１６位移位寄存器中，ＣＬＫ端最高输入频　

率可达５００ｋＨｚ，在输入时钟信号的每个上升沿，均　

有１位数据由ＤＩＮ移人到内部寄存器中，ＬＯＡＤ用　

来装载数据，在ＬＯＡＤ的上升沿，１６位串行输人数　

据被锁存到数字或控制寄存器中。ＬＯＡＤ必须在第　

１６个时钟上升沿的同时或之后，在下一个时钟上升　

沿之前变高，否则数据将会丢失。　

规定一组数据为１６位二进制数据包，其格式如　

下　

Ｄ１５～Ｄ１２　Ｄｌ１～璐　ＩＴ／～Ｄｏ　

图２　ＰＳ７２１９的工作时苷图　

其中Ｄ１５一ＤＩ２位不用，Ｄ１１—１３８为内部５个控　

制寄存器和８个ＬＥＤ显示数据寄存器的地址，地址　

编码如表２。Ｄ７　ＤＯ为５个控制寄存器命令字或８　

个ＬＥＤ数码管待显示的数据。因为控制寄存器与　

显示数据寄存器均独立编址，所以可以通过程序单　

独对每个寄存器进行操作。一般情况下，程序先送　

控制命令，后向显示寄存器送数据，但必须注意，每　

四位寄存器地址　８位控制命令或　

待显示数据　

１６位为一组．从高位地址节最高位开始送起，直到　

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低位数据字最后一位为止。　

表２　ＰＳ７２１９寄存器地址分配表　

寄存器　地　址　１６进制代码　

Ｄ１５～Ｄ１２Ｉ　Ｄ１１　Ｄ１Ｏ　／９９　Ｄ８　（ｍｇＸ）　

无操作　×　｛０　Ｏ　Ｏ　Ｏ　×０　

ＤｌＧｒｒ１　×０　Ｏ　Ｏ　ｌ　×１　

ＤＩ（｜ｍ　×０　Ｏ　ｌ　Ｏ　×２　

ＤＩ（｜ｍ　×０　Ｏ　ｌ　ｌ　×３　

ＤＩ（｜丌４　×　１　０　ｌ　Ｏ　Ｏ　×４　

ＤＩ（　×　０　ｌ　Ｏ　ｌ　×５　

ＤＩ（　×０　ｌ　ｌ　Ｏ　×６　

ＤＩ（册　×０　ｌ　ｌ　】　×７　

ＤＩ（ｍ　×　１　Ｏ　Ｏ　Ｏ　×８　

译码方式　×　ｌ　Ｏ　Ｏ　】　×９　

显示亮度　×　　Ｊｌ　Ｏ　ｌ　Ｏ　ｘ　Ａ　

扫描界限　×　ｌ　Ｏ　】　１　×Ｂ　

掉电控制　×　ｌ　ｌ　Ｏ　Ｏ　×Ｃ　

闪烁控制　×　ｆ　ｌ　ｌ　Ｏ　１　ｘＤ　

未用　×　ｌ　１　１　１　Ｏ　×Ｅ　

测试控制　×　Ｉ　ｌ　１　１　Ｏ　×Ｆ　

ＰＳ７２１９按５个控制寄存器规定的方向对待显　

示的数字自动扫描显示，所以有必要对各控制寄存　

器的功能有所了解，现分述如下：　

（１）译码方式寄存器：对每个数字设置ＢＣＤ码　

Ｂ（Ｏ一９、Ｅ、Ｈ、Ｌ、Ｐ和一）或非代码操作。寄存器中　

的每一位与一个数字对应。逻辑高电平选择代码　

ＢＣＤ译码，而低电平选择旁路译码器。　

（２）显示亮度寄存器：其中Ｄ７一Ｄ４位可任意，　

而Ｄ３一　可选择００００—１１１１。９３～Ｄｏ的值越大，　

ＬＥＤ显示器越亮。　

（３）扫描范围寄存器：其扫描范围寄存器设置　

所显示数据的多少，可从１至８。它们一般以扫描　

速率１．５ｋＨｚ、８位数据、多路复用方式显示。　

（４）掉电控制寄存器：其中Ｄ７一Ｄｌ位可任意，　

Ｄｏ＝０．关闭所有显示器；Ｄｏ＝１，允许显示。　

（５）显示测试寄存器：其中Ｄ７～Ｄ１位可任意；　

Ｄｏ＝Ｏ０．ＬＥＤ处于正常工作状态；Ｄｏ＝１，允许显示。　

ＬＥＤ处于显示测试状态。　

在送完控制字后，可根据实际需要调用显示子　

程序，改变１—８个数据寄存器的内容，完成显示功　

能。　

４　ＳＰＩ接口　

ＳＰＩ是同步串行外设接口．主要用于与各种外　

围器件以串行方式进行通讯、交换信息。这些外围　

器件可以是简单的ＴＴＬ移位寄存器、或是复杂的　

５８　

ＬＣＤ显示驱动器或Ａ／Ｄ转换子系统。ＳＰＩ接口很容　

易与许多厂家的各种外围器件直接相连。　

它使用４条线：串行时钟线（ＳＣＫ）、主机输入／　

从机输出线（Ｍｔｓｏ）、主机输出／从机输入线（ＭｏＳＩ）、　

低电平有效的使能信号线（ＣＳ）。如图３所示。这　

样，仅需３—４根数据线和控制线即可扩展具有ＳＰＩ　

接口的各种Ｉ／Ｏ器件。其典型结构如图３。　

ｓｃＫ　

Ｍ∞　

圉３　ＳＰＩ串行接口的典型结构　

５接口设计　

５．１硬件设计　

ＰＳ７２１９的ＳＰＩ接口是一个高速的同步串行Ｉ／Ｏ　

口，它允许１—８位的串行比特流以特定的传输速率　

移进移出芯片。但这要求馓处理器带有ＳＰＩ接口能　

力。对不带ＳＰＩ或相同接口能力的馓处理器，需用　

软件合成ＳＰＩ操作来和Ｆｂ－＂７２１９接口，这里笔者以目　

前应用广泛的ＡＴ８９（２５１为饲，进行了电路设计，接　

口电路图见图４所示。　

这里，８９（２５１的Ｐ１．６作串行数据输出，连接到　

ＰＳ７２１９的ＤＩＮ脚，Ｐ１．７和Ｐ１．５通过程序分别模拟　

ＰＳ７２１９的时钟脉冲ＣＬＫ及数据加载ＬＯＡＤ信号。　

ＰＳ７２１９的ＳＡ～Ｓｃ、ＳＤＰ端连接到各ｌＥＤ数码管对　

应的ａ—ｆ及ｄｐ端，ＤＩＧＯ—ＤＩＧ３分别接４位ＬＥＤ数　

码管的共阴极，以实现位选。另外，选用ＸＩＣＯＲ公　

司的Ｘ２５０４５作为看门狗监控电路。　

实际上，数码管的位数可在１—８位之间任意选　

择，这可由写入的扫描界线寄存器的命令字决定。　

注意，为了使由峰值数字驱动器电流引起的纹波减　

到最小，需要在ｖ＋和ＧＮＤ之间尽可能靠近芯片的　

地方外接一个１０　的电解电容和一个０．１ｂｔＦ的瓷　

片电容。ＰＳ７２１９应放在紧靠ＬＥＤ显示器的地方，且　

连线尽可能短，两个Ｃ－ＮＤ引脚都必须连接到地线　

上。　

ＰＳ７２１９只需一组＋５Ｖ电源和８９Ｃ５１的三个输　

出口，且无附加电路，可驱动１～８个ＬＥＤ显示器，　

显示亮度可调，工作可靠。　

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图４　ＰＳ７２１９和８９１２５１的接口　

５．２软件编程　

在８９Ｃ５１的程序存储器区开辟一些存储单元，　

专门用来定义控制命令字，这些命令字的具体数值　

根据你要选择的工作方式、显示内容、显示位数等等　

来定义。　

由于ＰＳ＂／２１９的控制寄存器和显示寄存器均独　

立编址，显示程序实际上就是８９Ｃ５１在Ｐ１．７（ｃＬＫ），　

Ｐ１．５（ＬＯＡＤ）时序的配合下不断通过Ｐ１．６（ＤＩＮ）向　

ＰＳ７２１９的相应控制寄存器和数据显示寄存器写入　

１６位二进制数据包的过程。所以问题的关键在于　

图５写人子程序流程图　

编写一个通用的写入子程序，将ＶＷＯ的内容从高　

参考文献　

位到低位在Ｐ１．７（ＣＬＸ）的作用下依次移入移位寄存　

１潘天红．分布式控翩系统智能控制器的研究．江苏理工大　

器，最后由Ｐ１．５的上升沿（ＬＯＡＤ信号）锁存到相应　

学硕士研究生论文，２００ｏ．１　

的内部控制寄存器和数据显示寄存器中去。写人子　

２武汉力源．ＰＳ７２１９带有高速申行接口的８位ＬＥＤ控制驱　

动器．武汉：武汉力源电子股份有限公司，１９９９．２　

程序的程序流程图如图５所示。　

３潘天红．ＳＰＩ串行总线与单片机系统的优化设计．嗣ｌ控技　

无论初始化ＰＳ７２１９的控制寄存器，还是在相应　

术，２００１．２　

的数码管显示数字，均可通过调用上述通用写入子　

４李华．ＮＣＳＳＩ系列单片机实用接口技术．北京：北京航空　

程序完成。　

航天大学出版社，１９９９．１２　

本文标签： 显示寄存器控制数据系统