基于同步串行接口SSI的LED显示器设计

万方数据
基于同步串行接口（ＳＳＩ）的ＬＥＤ显示器设计
一５３一
内容，定时中断从缓冲区提取相应的显示内容，经 查表后写入ＳＳＩ的输入ＦＩＦＯ缓冲区。
程序代码如下：
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生７４ＨＣ５９５所需的标准工作时序．代码冗长，且调 收路径利用内部ＦＩＦＯ存储单元进行缓冲，该ＦＩＦＯ
试升级繁琐。
能够在发送模式和接收模式下独立存储多达８个
Ｌｕｍｉｎａｒｙ Ｍｉｃｒｏ Ｓｔｅｌｌａｒｉｓ系列微控制器是首款 基于ＡＲＭ Ｃｏｄｅｘ—Ｍ３的控制器。它将高性能的３２ 位计算引入到嵌入式微控制器应用中，并且所有器
５ ＬＥＤ数码管显示器的软件设计
ＭＣＵ ＬＭ３Ｓ３０１的软件编程以Ｃｒｏｓｓ Ｗｒｏｋｓ的
集成开发环境作为开发平台，采用Ｃ语言编写。 Ｃｒｏｓｓ Ｗｒｏｋｓ是一套完善的专门针对ＡＲＭ７微处理 器的Ｃ语言开发系统。它包括ＡＲＭ ＧＣＣ Ｃ语言编 译器、Ｃｒｏｓｓ Ｗｒｏｋｓ Ｃ函数库和Ｃｒｏｓｓ Ｓｔｕｄｉｏ集成开
ＨＥ Ｃｈａｏ－ｙａｎｇ，ＷＵ Ｌｉ—ｑｉｎ，ＺＨＵ Ｚｈｏｎｇ—ｗｅｉ 仿佣庐ⅡＹｉｎｊｉａ ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ Ｇｒｏｕｐ ｌｎｃ．，Ｙａｎｇｚｈｏｎｇ ２１２２００，ｍ讥矽
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ＳＳＩ（ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｓｅｒｉａｌ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）ｏｆ ｔｈｅ ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ＬＭ３Ｓ３０１， ｗｈｉｃｈ ｉｓ ａ ｍｅｍｂｅｒ ｏｆ ｌｕｍｉｎａｒｙ ｍｉｃｒｏ ｓｔｅｌｌａｒｉｓ ｆａｍｉｌｙ，ｌｉｇｈｔ—ｅｍｉｔｔｉｎｇ—ｄｉｏｄｅ ｄｉｇｉｔａｌ ｄｉｓｐｌａｙ’８ ｓｅｇｍｅｎｔ－ ｓｅｌｅｃｔｅｄ－ｃｏｄｅ ａｎｄ ｃｈａｎｎｅｌ－ｓｅｌｅｃｔｅｄ—－ｃｏｄｅ ａｒｅ ａｌｌ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｂｙ ｓｅｒｉａｌ－ｉｎ ｓｈｉｆｔ ｒｅｇｉｓｔｅｒｓ－－７４ＨＣ５９５．Ａ ｔｙｐｅ ｏｆ ｃｉｒｃｕｉｔ ｄｒｉｖｉｎｇ ｍｕｌｔｉ－ｃｈａｎｎｅｌ ｄｉｇｉｔａｌ ｄｉｓｐｌａｙ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｔｈａｔ ｎｅｅｄ ｏｎｌｙ ｔｈｒｅｅ ｓｉｇｎａｌ ｗｉｒｅｓ，ａｎｄ ｓｏｍｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｏｕｒｃｅ ｃｏｄｅ ａｒｅ ｇｉｖｅｎ ｉｎ ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＡＲＭ；ＬＭ３Ｓ３０１；ＧＨＯ；ＳＳＩ；７４ＨＣ５９５
２ ７４ＨＣ５９５动态显示驱动电路
常见的多位数码管显示器驱动电路是将所有 的Ｎ位段选码并联．由一片７４ＨＣ５９５控制，其电路 图如图１所示。由于所有ＬＥＤ的段选码是由一个 ７４ＨＣ５９５并行输出端口控制，因此，每一时刻，Ｎ位 ＬＥＤ显示相同字符。若每位显示不同字符。就必须 采用扫描的方法，即在每一时刻只使用一位显示字
１６位值。 根据７４ＨＣ５９５工作时序的要求，选用主控器件
ＬＭ３Ｓ３０１同步串行接口技术中的Ｆｒｅｅｓｃａｌｅ ＳＰＩ模
件都采用小型封装。ＳｔｅＨａｆｉｓ系列的ＬＭ３Ｓ３０１微控 式．根据所设置的数据大小。每个数据帧的长度均
制器拥有ＡＲＭ微控制器所具有的众多优点，具有 在４～１６位之间．并且从最高有效位（ＭＳＢ）开始发
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图 ３ 显示驱动电路
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生，通过ＳＱＨ引脚和ＳＥＲ引脚级联２片７４ＨＣ５９５， 将７４ＨＣ５９５的移位时钟信号（ＳＣＫ）、锁存时钟信号 （ＲＣＫ）、串行数据信号（ＳＩ）分别接控制器ＬＭ３Ｓ３０１ 的ＳＳＩＣＬＫ、ＳＳＩＦｓｓ、ＳＳＩＴｘ引脚。
Ｍｉｃｒｏｗｉｒｅ或Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ同步串行接口的外设 ＳＳＩＣＬＫ的下降沿传输数据。在传输完成数据字的所
器件进行同步串行通信的主机或从机接口。
有位后，ＳＳＩＦｓｓ在捕获最后一位数据后的一个ＳＳＩ．
Ｓｔｅｌｌａｒｉｓ ＳＳＩ具有以下特性：
ＣＬＫ周期内返回其空闲状态。
主机或从机操作： 时钟位速率和预分频可编程；
数据帧大小可编程，范围为４～１６位；
的段选码与位选码由２片７４ＨＣ５９５移位寄存器控
内部回送测试（１００ｐｂａｃｋ ｔｅｓｔ）模式，可以进行诊 制：移位寄存器的控制信号由主控器件ＬＭ３Ｓ３０１产
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一５０一
《国外电子元器件＞２００７－ｑ－ｇ １２期 ２００７年１２月
●主题论文
基于同步串行接口（ＳＳＩ）的ＬＥＤ显示器设计
何朝阳，吴立琴，朱忠伟 （江苏银佳企业集团有限公司，江苏扬中２１２２００）
摘要：利用Ｌｕｍｉｎａｒｙ Ｍｉｃｒｏ Ｓｔｅｌｌａｒｉｓ系列ＬＭ３Ｓ３０１微控制器的同步串行接口（ＳＳＩ）技ｇ。ＬＥＤ数码 管显示器段选码与位选码全部由７４ＨＣ５９５串行输入移位寄存器控制。设计了一种只需３根信号线
的多位数码管显示驱动电路。并给出了部分程序源代码。
关键词：ＡＲＭ；ＬＭ３Ｓ３０１；ＧＰＩＯ；同步串行接口（ＳＳＩ）；７４ＨＣ５９５
中图分类：ＴＰ２７４。ＴＰ３６８．４
文献标识码：Ａ
文章编号：１００６－－６９７７（２００７）１２－００５０－０５
Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ＬＥＤ ｄｉｓｐｌａｙ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＳＳＩ
如果ＳＳＩ使能并且在发送ＦＩＦＯ中含有有效数
的同步串行接口（ＳＳＩ）技术，ＬＥＤ数码管显示器段选 码与位选码全部由７４ＨＣ５９５串行输入移位寄存器
据．驱动ＳＳＩＦｓｓ主机信号为低电平，表示发送开始。 这样从机数据能够存放在主机的ＳＳＩ风输入线上。
控制．这样形成了一种只需３条信号线的多位ＬＥＤ 主机ＳＳＩＴｘ输出端口使能。
图２ Ｆｒｅｅｓｃａｌｅ ＳＰＩ模式传输信号时序图
万方数据
一５２一
《国外电子元器ｇｔ）２００７年第１２期 ２００７年１２月
ＳＳＩＣＬＫ ＳＳＩＦｓｓ
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数码管显示驱动电路解决方案。
半个ＳＳＩＣＬＫ周期后．主机的有效数据传输到
３同步串行接口（ＳＳＩ）
ＳＳＩＴｘ引脚。主机和从机数据已设置，在下个ＳＳＩ— ＣＬＫ周期后．ＳＳＩＣＬＫ主机时钟引脚变为高电平。
Ｓｔｅｌｌａｒｉｓ同步串行接口是与具有Ｆｒｅｅｓｃａｌｅ ＳＰＩ、
这时。在ＳＳＩＣＬＫ信号的上升沿捕获数据，在
１ 引言
ＬＥＤ显示器应用广泛．是显示信息的有效仪 器。在仪器仪表中。ＬＥＤ常用于显示压力、流量、温 度、电压、电流等物理量，本文介绍的蓄电池容量监 测系统中选用了Ｌｕｍｉｎａｒｙ Ｍｉｃｒｏ Ｓｔｅｌｌａｒｉｓ系列的 ＬＭ３Ｓ３０１微控制器作为ＭＣＵ。根据应用要求，监测 系统的显示部分采用４位ＬＥＤ数码管实时显示监 测数据。针对系统外设较多、端口资源紧张等问题， 开发出一种３线驱动的显示器电路设计方案。
符。此时，７４ＨＣ５９５并行输出端口输出响应字符段 选码．而位选则控制Ｉ／Ｏ端口在该显示位送人的选 通电平。以保证该位显示响应字符。如此轮流，使每 位分时显示该位字符。由于７４ＨＣ５９５具有锁存功 能。而且串行输入段选码需要一定时间，因此，无需 延时即可获得视觉暂留效果。
但是，此种方法有两个缺点。硬件方面：Ｎ位
４显示驱动电路
独立的发送和接收ＦＩＦＯ，１６位宽，８个单元深；
７４ＨＣ５９５是美国国家半导体公司生产的通用
Ｆｒｅｅｓｃａｌｅ ＳＰＩ、Ｍｉｃｍｗｉｒｅ或Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ同
移位寄存器．并行输出端具有输出锁存功能。如图３
步串行接口的可编程操作；
所示，显示器由４个ＬＥＤ数码管构成，ＬＥＤ数码管
ＢＩ
●
ＢＩ ＢＩ
图１动态显示驱动电路图
万方数据
基于同步串行接口（ＳＳＩ）的ＬＥＤ显示器设计
一５１一
ＬＥＤ显示要求Ｎ条Ｉ／０端口线，需占用较多的主控 断，调试测试。
器件端１３。使得端口使用率降低；软件方面：为实现
ＳＳＩ对外设器件接收到的数据进行串行到并行
串行移位及锁存输出功能，需编写专门的源程序产 的转换。ＣＰＵ访问数据、控制和状态信息。发送和接
本设计中，将４个ＬＥＤ数码管的段选码并联。 由Ｕ２控制；Ｕ１的低４位用作位选码，高４位用于 控制发光二极管。根据实际需要．数据帧大小为１６ 位。其中第０位．第７位为段选码，第８位．第１１位 用于位选码。第１２位～第１５位用于发光二极管的 显示。结合图２，由Ｆｒｅｅｓｃａｌｅ ＳＰＩ（单次传输）模式下 的时序图可知，ＳＳＩＦｓｓ（锁存时钟信号）低电平有效 时，ＳＳＩＣＬＫ（移位时钟信号）第１个周期将最高位数 据ＭＳＢ移位到８位移位寄存器Ｕ２的第Ｏ位，第２ 个周期将次高位移人到移位寄存器Ｕ１的第０位，原 第０位数据移人到８位移位寄存器Ｕ２的第２位．如 此到第８个周期将第８位数据移入到Ｕ２第０位。而 Ｕ２原第７位数据移入到级联７４ＨＣ５９５移位寄存器 Ｕ１的第０位，直至１６位帧数据发送完毕；当ＳＳＩＦｓｓ （锁存时钟信号）变高电平时，移位寄存器的数据被 锁定；输出使能一直为有效电平，输出锁存器中的 数据，数码管显示器显示相应数据。
＃ｉｎｃｌｕｄｅ“ｓｒｃ／ｓｓｉ．ｈ’’
＃ｉｎｃｌｕｄｅ“ｓｒｃ／ｇｐｉｏ．ｈ”
＃ｉｎｃｌｕｄｅ“ｓｒｃ／ｓｙｓｃｆｌ．ｈ”
＃ｉｎｃｌｕｄｅ“ｓｒｃ／ｓｙｓｔｉｃｋ．ｈ”
＃ｄｅｆｉｎｅ ＢｉｔＲａｔｅ
１１５２００
＃ｄｅｆｉｎｅ Ｄａ诅ＷｉｄｔＩｌ １６
＃ｄｅｆｔＲｅ ｎＲＳＴ ＯｘＯｅ００
，／设定波特率 ，／设定数据宽度 ，，选通数码管ＬＳ４
发环境。使用ＡＲＭ的Ｍａｃｇｒａｉｇｏｒ Ｗｉｇｇｌｅｒ或与皿～Ｇ
接口连接的兼容并行端口．即可用于开发和调试 ＡＲＭ７、ＡＲＭ９、Ｃｏｒｔｅｘ－Ｍ３内核的微处理器。
下面是经过编译的４位ＬＥＤ数码管显示器部 分源程序。直接调用相应的库函数产生７４ＨＣ５９５所 需的工作时序．便于调试维护。
软件设计要点如下： ＬＭ３Ｓ３０１在上电时．所有ＧＰＩＯ引脚默认为输 入引脚，软件设计根据应用要求配置ＧＰＩＯ引脚； 在使用ＳＳＩ时．必须通过对ＲＣＧＣｌ寄存器中的 ＳＳＩ位置位使能ｓＳＩ外设时钟。针对不同的帧格式， 配置ＳＳＩ为主机或从机、时钟预分频除数、数据大 小、协议模式等配置。本设计根据帧数据为１６位， ＳＳＩ设置为主机．协议模式为Ｆｒｅｅｓｃａｌｅ ＳＰＩ单次传 输模式： 定时器每隔４ １１１８产生溢出中断。在中断服务 程序中将数据写入输出ＦＩＦＯ缓冲区，ＳＳＩ总线自动 将数据送入７４ＨＣ５９５中．数码管以４ ｍｓ每位的刷 新频率进行位扫描。 开辟数据缓冲区供主程序放置数码管显示的
３２位ＲＩＳＣ性能、内部存储器、通用定时器、遵循 送。传输信号时序如图２所示。
ＡＲＭ ＦｉＲＭ规范的看门狗定时器、同步串行接口
在Ｆｒｅｅｓｃａｌｅ ＳＰＩ模式下，ＳＳＩ处于空闲周期时，
（ＳＳＩ）、ＵＡＲＴ、ＡＤＣ、模拟比较器、ＰＷＭ、ＧＰＩＯ等产 ＳＳＩＣＬＫ强制为低电平，ＳＳＩＦｓｓ强制为高电平，发送
品特性。此外。Ｌｕｍｉｎａｒｙ公司还提供Ｓｔｅｌｌａｒｉｓ官方驱 动库和部分源代码。通过ＡＰＩ接１３完成外设的设
数据线ＳＳＩＴｘ强制为低电平，当ＳＳＩ配置为主机时， 使能ＳＳＩＣＬＫ端口，当ＳＳＩ配置为从机时，禁止ＳＳＩ．
置。简化并加快了应用程序的开发进程。
ＣＬＫ端口。
本设计利用Ｓｔｅｌｌａｒｉｓ系列ＬＭ３Ｓ３０１微控制器