P R O J E K T Y
8 cyfrowy wyświetlacz LED z interfejsem SPI
8 cyfrowy wyświetlacz
LED z interfejsem SPI
AVT 934
Interfejs SPI przejawia coraz to
nowe możliwości, do których
dostęp uzyskujemy głównie
dzięki nowym, interesującym
układom scalonym. Przykład
takiej nowatorskiej aplikacji
przedstawiamy w artykule.
Rekomendacje:
Aby do systemu mikroprocesoro- Ten sposób łączenia nie wymaga
urządzenie opisane w artykule
wego dołączyć wykonany w sposób dodatkowych linii mikrokontrolera,
standardowy 8 cyfrowy wyświetlacz lecz jest trudniejsze sterowanie tak
przyda się wszystkim
LED działający w układzie multiplek- połączonych wyświetlaczy.
użytkownikom mikrokontrolerów
sowanym potrzebnych jest aż 16 linii Dla przykładu obsługi tego typu
stosujących w swoich projektach
sterujących. Wymusza to konieczność wyświetlacza przedstawione zostaną
zastosowania mikrokontrolera o dużej rozkazy sterujące oraz przykładowe
wyświetlacze LED. Swoje
liczbie wprowadzeń (co zazwyczaj proste aplikacje.
zalety pokaże z całą mocą
kosztuje), ponadto poważnie ograni-
współpracując z mikrokontrolerem
cza możliwości swobodnej rozbudowy Opis działania układu
o niewielkiej liczbie wprowadzeń.
systemu. Alternatywnym wyjściem Na rys. 1 przedstawiono schemat
jest zastosowanie ekspandera zwięk- elektryczny wyświetlacza z interfejsem
szającego liczbę linii I/O. W artykule SPI. Jako układ sterujący zastosowany
przedstawiamy projekt 8 cyfrowego został MAX7219, który jest przezna-
wyświetlacza LED, który został wypo- czony do sterowania wyświetlaczami
sażony w interfejs zgodny z SPI. Tak o wspólnej katodzie. Linie komunika-
więc do jego przyłączenia do mikro- cyjne zostały wyprowadzone na złą-
kontrolera potrzebne będą tylko trzy czu Z1 jak również na złączu Z2,
linie sterujące (plus zasilanie). które to służy do kaskadowego pod-
Podstawowy moduł wyświetlacza łączenia kolejnych modułów wyświe-
prezentowany w artykule wyposażono tlacza. Kondensatory C1 i C2 filtrują
w osiem cyfr, lecz moduły mogą być napięcie zasilania. Układ MAX7219
łączone ze sobą, co pozwala zwięk- do poprawnej pracy wymaga tylko
szyć liczbę wyświetlanych znaków. zewnętrznego rezystora R1 ustalające-
Moduły można łączyć na dwa go maksymalny prąd segmentów wy-
sposoby: świetlaczy LED.
 Równolegle  do linii mikrokon- Na rys. 2 przedstawiono schemat
trolera tworzących interfejs SPI blokowy układu MAX7219. Posiada
podłączonych może być kilka mo- on 16 bitowy rejestr przesuwny, do
dułów za pośrednictwem złącza którego ładowane są wartości rozka-
Z1. Ten sposób wymaga jednak zów i danych. Podczas narastającego
PODSTAWOWE PARAMETRY
stosowania dodatkowych linii mi- zbocza na wejściu LOAD w dekoderze
" Płytka o wymiarach: 109x44 mm
krokontrolera sterujących wejściem adresu zostaje zatrzaśnięty adres reje-
" Zasilanie: 5 V (przez złącze interfejsu)
LOAD każdego modułu. stru, do którego się odwołujemy. Im-
" Liczba cyfr: 8 (może być zwiększona
 Szeregowo  wówczas pierwszy puls zatrzaskujący nie powinien być
przez kaskadowe łączenie modułów)
wyświetlacz podłączany jest do krótszy niż 50 ns. Układ MAX7219
" Interfejs: SPI (3 linie sterujące +
zasilanie)
interfejsu SPI mikrokontrolera po- ma wbudowane także rejestry, za po-
" Metoda obsługi wyświetlaczy: multipleks
przez złącze Z1. Kolejne moduły mocą których można sterować pracą
" Opcje:
dołączane są za pomocą złącza Z1 wyświetlacza. Możliwa jest progra-
- ustawianie jasności świecenia
do złącza Z2 poprzedniego mo- mowa (obok sprzętowej  za pomo-
wyświetlacza
dułu. Liczba modułów łączonych cą zewnętrznego rezystora) regulacja
- przełączenie w tryb shutdown, w którym
prąd zasilający spada do 150 mA
w ten sposób jest ograniczona intensywności świecenia wyświetlaczy
- tryb testowania wyświetlacza
i maksymalnie może wynosić 16. (w 16 krokach). Układ MAX7219 za-
Elektronika Praktyczna 6/2006
33
8 cyfrowy wyświetlacz LED z interfejsem SPI
Rys. 2. Budowa układu MAX7219
wiera również sterownik segmentów Do przetestowania układu wyświe-
i poszczególnych wyświetlaczy jedno- tlacza można również użyć programu
cyfrowych, dzięki czemu wyświetlacze komputerowego firmy Maxim udostęp-
mogą być podłączone bezpośrednio do nionego na jej stronie internetowej
wyjść tego układu. MAX7219 może firmy. Program MAX7219 NT przezna-
być również wykorzystywany do ste- czony jest dla systemu operacyjnego
rowania wyświetlaczem typu bargraph Windows NT oraz XP, a program MA-
i matrycą 64 diodową. X7219 21 dla wcześniejszych wersji
systemu Windows. Po rozpakowaniu
Montaż i testowanie pierwszego z nich należy dodatkowo
Montaż wyświetlacza z interfej- zainstalować DriverLINX Port I/O. Pro-
sem SPI należy wykonać na płytce gram MAX7219 komunikuje się z wy-
drukowanej, której schemat monta- świetlaczem poprzez port LPT1 lub
żowy przedstawiono na rys. 3. Ma LPT2.
on niezwykle prostą budowę i nie- Sposób podłączenia modułu do
wiele elementów do zmontowania. komputera PC przedstawiono na
W pierwszej kolejności trzeba wluto- rys. 4. Za pomocą tego programu
wać rezystor i kondensatory, podstaw- można przetestować pracę wyświetla-
kę pod U1 i złącza Z1 i Z2. Wyświe- cza, zaznajomić się ze sposobem jego
tlacze można wlutować bezpośrednio sterowania i wykorzystaniem do tego
w płytkę lub umieścić w podstaw- celu rejestrów zawartych w strukturze
kach, np. dwóch DIP40. Po zmonto- MAX7219. Znaczenie poszczególnych
waniu wyświetlacz od razu powinien rejestrów zostanie opisane szczegóło-
pracować poprawnie. W przeprowa- wo w dalszej części artykułu. Program
dzeniu testu wyświetlacza przydatne posiada bardzo przejrzyste funkcje i je-
będą informacje na temat sposobu go obsługa jest intuicyjna. Za pomocą
jego sterowania jak również przykła- programu możliwe jest testowanie za-
dowe programy przedstawione w dal- równo pojedynczego modułu wyświe-
szej części artykułu. tlacza jak również kilku modułów
Rys. 1. Schemat elektryczny modułu Rys. 3. Schemat montazowy płytki drukowanej
Elektronika Praktyczna 6/2006
34
8 cyfrowy wyświetlacz LED z interfejsem SPI
MAX7219. Ich adresy lub wygaszenie danej pozycji przy
oraz funkcje przedsta- podaniu wartości 1111b. Jeżeli dany
wiono w tab. 1. Funk- bit w rejestrze Decode Mode jest wy-
cje rejestrów są nastę- zerowany, wówczas wartość w określo-
pujące: nym rejestrze Digit nie jest dekodowa-
No Op, adres 00h na jako kod BCD, lecz reprezentuje
 rejestr ten wykorzy- poszczególne segmenty danej pozycji
stywany jest przy ka- wyświetlacza. W tym trybie możliwe
skadowym połączeniu jest sterowanie każdym segmentem
modułów wyświetlaczy wyświetlacza z osobna.
i nie powoduje on wy- Intensity, adres 0Ah  rejestr ten
konania żadnej opera- zawiera informacje o intensywności
cji. Przykładowo, jeżeli świecenia wyświetlaczy LED. Inten-
połączone są ze sobą sywność może być zmieniana od 1
kaskadowo trzy mo- do 32 z krokiem 2 przez wpisanie
duły wyświetlaczy to, do rejestru wartości z przedziału od
aby wysłać konkret- 00h do 0Fh. Wpisanie wartości 0Fh
ną wartość do modu- do rejestru o adresie 0Ah spowodu-
łu ostatniego, należy je, że wszystkie wyświetlacze będą
Rys. 4. Schemat elektryczny interfejsu ją najpierw wpisać do świeciły z największą intensywnością,
rejestru przesuwnego a więc przez segmenty będzie płynął
połączonych kaskadowo. Testowanie pierwszego modułu. Następnie nale- maksymalny prąd. Nie będzie on jed-
odbywa się na zasadzie wpisywania ży dwukrotnie wysłać rozkaz 00h, nak większy od maksymalnego prądu
konkretnych wartości do poszczegól- co spowoduje przesunięcie uprzednio ustalonego wartością rezystora R1.
nych rejestrów układu MAX7219. Na wpisanych danych do trzeciego mo- Scan Limit, adres 0Bh  rejestr ten
rys. 5 pokazano widok okna progra- dułu i niewykonanie żadnej operacji zawiera informację, ile spośród 8 pozy-
mu testującego z przykładowymi war- dla 1 i 2 modułu. Przy zakończeniu cji wyświetlacza będzie multipleksowa-
tościami wpisanymi do rejestrów ste- transmisji trzeba podać impuls na li- nych (wyświetlanych). Wyboru dokonu-
rownika wyświetlacza. nii LOAD zatrzaskujący dane w mo- jemy przez wpisanie do tego rejestru
dułach wyświetlaczy. liczby z zakresu od 0 do 7 w postaci
Obsługa wyświetlacza Digit0, adres 01h  rejestr ten binarnej. Częstotliwość multiplekso-
Przedstawiony poniżej opis spo- jest jednym z grupy ośmiu rejestrów, wania pojedynczej pozycji wyświetla-
sobu sterowania i przykładowe pro- w których znajduje się informacja, cza (fOSC) wynosi typowo 800 Hz dla
gramy sterujące wyświetlaczem LED jaka cyfra ma być wyświetlona lub ośmiu pozycji wyświetlanych. Przy
będą przydatne w tworzeniu własnych jakie segmenty mają być zapalone na mniejszej liczbie multipleksowanych
procedur sterujących w dowolnym ję- danej pozycji wyświetlacza. Segmen- pozycji, częstotliwość ta wzrasta. Moż-
zyku. Komunikacja między mikrokon- ty są reprezentowane przez wszystkie na ją obliczyć ze wzoru 8*fOSC/N,
trolerem, a układem MAX7219 odby- bity rejestru, a każdy bit odpowiada gdzie N oznacza liczbę wyświetlanych
wa się w standardowy sposób poprzez konkretnemu segmentowi. Cyfra w ko- pozycji. Wynika z tego, że im mniej
interfejs SPI. Format danych wysyła- dzie BCD jest reprezentowana przez pozycji jest wyświetlanych, tym więk-
nych do układu MAX7219 przedsta- cztery mniej znaczące bity. sza jest częstotliwość multipleksowania
wiono na rys. 6. Najpierw wysyłany Decode Mode, adres 09h  war- przypadająca na jedną pozycję a tym
jest adres rejestru, do którego chcemy tość tego rejestru decyduje o sposo- samym większa intensywność świece-
się odwołać, a następnie wartość jaką bie interpretowania i wyświetlania nia segmentów wyświetlacza. Z tego
chcemy wpisać do danego rejestru. zawartości rejestrów Digit0...Digit7. też względu nie należy używać tego
Do konfiguracji i sterowania wy- Każdy bit w tym rejestrze odpowia- rejestru do wygaszania pozycji wyświe-
świetlaczem służy 14 rejestrów da danej pozycji wyświetlacza. Jeże- tlacza, gdyż będą zauważalne zmiany
zawartych w strukturze układu li dany bit jest ustawiony (np. D0), intensywności ich świecenia.
wówczas dane zawarte
w odpowiadającym mu
WYKAZ ELEMENTÓW
rejestrze Digit (w tym
Rezystory
przypadku Digit0) są
R1: 30 kV SMD 1206
dekodowane jako kod
Kondensatory
BCD określonej cyfry,
C1: 10 mF/35 V SMD
a więc do wyświetlenia
C2: 1000 mF/16 V
danej cyfry wystarczy
Półprzewodniki
w rejestrze Digit podać
U1: MAX7219 jej kod BCD. Możliwe
jest wyświetlenie warto-
Inne
ści 0 9, E, H, L, P,  , Rys. 5. Widok okna programu sterownika
W0...W7: wyświetlacz 7-segmentowy
LED 14 mm wspólna katoda
Z1, Z2: szpilki goldpin 5X1
Podstawka DIP24 wąska
Rys. 6. Budowa rejestru danych w MAX7219
Elektronika Praktyczna 6/2006
35
8 cyfrowy wyświetlacz LED z interfejsem SPI
Tab. 1. Adresy rejestrów układu MAX7219
Shutdown, adres 0Ch  rejestr ten
służy do określenia, czy moduł wy- Adres
Rejestr Wartość HEX
świetlacza ma pracować normalnie
D15& D12 D11 D10 D9 D8
czy też ma znajdować się w trybie
No Op X 0 0 0 0 0xX0
wstrzymania. Tryb pracy określa naj-
Digit0 X 0 0 0 1 0xX1
mniej znaczący bit tego rejestru. Wpi-
Digit1 X 0 0 1 0 0xX2
sanie wartości 0Fh powoduje przejście
Digit2 X 0 0 1 1 0xX3
układu w tryb wstrzymania. Wówczas
Digit3 X 0 1 0 0 0xX4
wstrzymany zostaje oscylator układu,
Digit4 X 0 1 0 1 0xX5
linie segmentów zostają podciągnięte
Digit5 X 0 1 1 0 0xX6
do masy, a linie drivera pozycji wy-
Digit6 X 0 1 1 1 0xX7
świetlacza zostają podciągnięte do plu-
Digit7 X 1 0 0 0 0xX8
sa zasilania. Tym samym wyświetlacz
Decode Mode X 1 0 0 1 0xX9
zostaje wygaszony, a pobór prądu zre-
Intensity X 1 0 1 0 0xXA
dukowany do około 150 mA. Tryb ten
Scan Limit X 1 0 1 1 0xXB
może być stosowany do oszczędzania
energii lub jako alarm np. przy prze- Shutdown X 1 1 0 0 0xXC
kroczeniu mierzonej wartości, poprzez Display Test X 1 1 1 1 0xXF
naprzemienne cykliczne wyłączanie
i włączanie wyświetlacza powodujące test wyświetlacza, a po sekundzie jednoczesnym sterowaniu, należy
jego miganie. ustawiane są rejestry konfiguracyjne. najpierw wysłać 6 bajtów informa-
Display Test, adres 0Fh  rejestr Procedura Wyświetl_liczbe wyświe- cji, a następnie podać impuls za-
ten działa w dwóch trybach: normal- tla liczbę typu long na 8 cyfrowym trzaskujący na wejście LOAD.
nym i wyświetlacza. Test wyświetlacza wyświetlaczu LED. Innym sposobem podłączenia
powoduje zapalenie wszystkich seg- Jak widać, obsługa pojedyncze- wyświetlaczy jest połączenie rów-
mentów z największą intensywnością go modułu wyświetlacza jest bar- noległe kilku modułów do tego sa-
świecenia i jest wywoływany przez dzo prosta. Do sterowania wejściem mego interfejsu SPI. Należy wów-
wpisanie wartości 01h do rejestru. LOAD modułu może wówczas słu- czas wykorzystać dodatkowe linie
Tryb ten jest nadrzędny w stosunku żyć standardowa linia SS interfejsu mikrokontrolera sterujące wejściami
do innych funkcji wyświetlacza. Wej- SPI, gdyż dane zatrzaskiwane są LOAD każdego modułu. Linie te
ście w ten tryb nie zmienia jednak w module przy narastającym zbo- podczas transmisji danych powinny
wartości pozostałych rejestrów konfi- czu na wejściu LOAD. Tej linii nie znajdować się w stanie niskim, a po
guracyjnych i zawierających wartości można jednak wykorzystać przy ste- jej zakończeniu należy podać im-
do wyświetlenia. rowaniu modułów połączonych ka- puls dodatni na linię LOAD steru-
Aby ułatwić Czytelnikom zasto- skadowo, gdyż linia ta po każdej jącą modułem, dla którego te dane
sowanie prezentowanego wyświetla- transmisji przez SPI zmienia stan były przeznaczone.
cza we własnych konstrukcjach na na wysoki zatrzaskując dane w mo- Jak widać obsługa wyświetlacza
CD EP6/2006B (a także na naszej dule wyświetlacza. W takiej sytu- nie jest skomplikowana i nie powin-
stronie internetowej w dziale Do- acji dane były by wpisywane do na stwarzać większych problemów.
wnload) umieściliśmy przykładowy każdego modułu, nawet, jeśli ich Taki wyświetlacz może więc zna-
program napisany w BASCOM ie przeznaczeniem był by moduł np. lez
ć zastosowanie nie tylko w pro-
wykorzystujący jeden moduł wy- trzeci. Należy użyć dodatkowej linii stych urządzeniach ale w złożonych
świetlacza. Jest to dwukierunkowy mikrokontrolera sterującej wejściem systemach pomiarowych, znacznie
licznik impulsów z regulacją inten- LOAD, której stanem spoczynkowym upraszczając ich budowę.
sywności świecenia wyświetlacza. jest stan niski. Przy połączeniu np. Mariusz Nowak
Na początku przeprowadzany jest trzech modułów wyświetlaczy i ich [e-mail]
ANALOG
DEVICES
ALFINE P.E.P. " ul. Poznańska 30-32 " 62-080 Tarnowo Podgórne
ALFINE P.E.P. " ul. Poznańska 30-32 " 62-080 Tarnowo Podgórne
tel.: [phone] " fax: [phone] " e-mail: [e-mail] " http: //www.alfine.pl
tel.: [phone] " fax: [phone] " e-mail: [e-mail] " http: //www.alfine.pl
Elektronika Praktyczna 6/2006
36
Designed by
Electro-Vision
" reklama_EP_15P
Applications
Applications
Applications
Applications
Applications
Applications
Industrial
Medical
Instrumentation
Industrial
Medical
Instrumentation