摘   要： MAX7219是一个采用3线串行接口的8位共阴极7段LED显示驱动器。本文分析了MAX7219各个寄存器的功能，并结合MAX7219的工作时序，给出了MAX7219在Motorola MC68HC908单片机系统中的一个应用实例。
关键词： MCU；MAX7219；LED  Motorola MC68HC908

MAX7219工作时序及其寄存器
MAX7219是一个高性能的多位LED显示驱动器，可同时驱动8位共阴极LED或64个独立的LED。其内部结构框图如图1所示，主要包括移位寄存器、控制寄存器、译码器、数位与段驱动器以及亮度调节和多路扫描电路等。
MAX7219采用串行接口方式，只需LOAD、DIN、CLK三个管脚便可实现数据传送。DIN管脚上的16位串行数据包不受LOAD状态的影响，在每个CLK的上升沿被移入到内部16位移位寄存器中。然后，在LOAD的上升沿数据被锁存到数字或控制寄存器中。LOAD必须在第16个时钟上降沿或之后，但在下一个时钟上升沿之前变高，否则数据将会丢失。DIN端的数据通过移位寄存器传送，并在16.5个时钟周期后出现在DOUT端，随CLK的下降沿输出。MAX7219的操作时序如图2所示。
MAX7219的串行数据标记为D15~D0，其中低8位表示显示数据本身，最高的4位D15~D12未使用，寻址内部寄存器的地址位占用D11~D8，选择14个内部寄存器，见表1。

图1  MAX7219内部结构框图

图2  MAX7219的数据传送时序

MAX7219内部具有14个可寻址数字和控制寄存器。其中的8个数字寄存器由一个片内8×8双端口SRAM实现。它们可直接寻址，因此可对单个数进行更新并且通常只要V+超过2V数据就可保留下去。除8个数位寄存器之外，还有无操作、译码方式、亮度调整、扫描位数、睡眠模式和显示器测试6个控制寄存器。
无操作寄存器用于多片MAX7219级联，在不改变显示或不影响任意控制寄存器条件下，它允许数据从DIN传送到DOUT。
睡眠模式控制寄存器用于节省电源消耗，延长显示器的使用寿命。当睡眠模式控制寄存器控制字节中的最低位D0=0时，为睡眠模式；D0=1时，为正常操作模式。上电时所有的控制寄存器都复位，显示器都熄灭，芯片进入睡眠模式。睡眠模式下的各个寄存器保留原数据而不更新，消耗的电流少于250mA。
显示器测试寄存器有正常与测试两种设定模式，数据字节的D0位置0为正常模式，D0置1为测试模式。测试时以31/32或15/16的占空比扫描全部数位段，使得所有显示器的所有段以最大的亮度点亮。

图3  显示器与寄存器数据位的对应关系

译码方式控制寄存器可以设置每个数位工作于BCD译码方式，或者非译码方式，控制字节的8位正好对应8个数位，该位为1表示该数位工作于BCD码方式，为0表示该数位工作于非译码方式。当采用代码BCD译码方式时，对10个数字“0~9”和5个字符“-，E，H，L，P”，译码器仅针对数字寄存器中数据的低四位D3~D0，而不考虑D6~D4位。设置小数点(SEG DP)的D7与编码方式，点亮时，D7置"1"，熄灭时，D7置“0”即可。表2是BCD码的字符编码。
当选择不译码方式时，数据位D7~D0对应于LED的段线如图3所示。
显示器的亮度可以通过模拟与数字两种方式进行调整，模拟方式是在VCC与ISET引脚之间外接一个电阻RSET，这时段驱动器提供的峰值电流约为ISET引脚电流的100倍，调整该电阻的大小即可改变显示器亮度，电阻的最小值为9.53KW，此时提供的段驱动电流典型值为40mA。
亮度的数字化调整是使用亮度调整寄存器，此时芯片内启用一个脉宽调制器，它受亮度调整寄存器低半字节D3~D0的控制，产生16种占空比不同的输出脉冲，形成16级亮度调整，此时以RSET设定峰值电流。寄存器数据为×0H时，脉冲占空比为1/32，表示MAX7219驱动的段点亮时间仅为整周期的1/32，这是最暗的情况。数据从×0H变化到×FH，表示脉冲占空比由1/32变化到31/32 (注意这里的分子只有奇数)，此时扫描消隐期按比例递减，亮度线性递增。因此寄存器数据为×FH时最亮，消隐期仅为1/32。

图4  MAX7219应用连接图

MAX7219有驱动8个数码管的能力，但实际应用中不一定恰好是8个。扫描位数寄存器用于设置显示器数码管的实际扫描个数，由扫描位数寄存器的D2~D0设定，其数据为×0H时，表示仅扫描数位0，数据为01H时，扫描数位0与数位1，如此类推，直至数据为×7H，表示8个全扫描。8个全部扫描时，扫描速率为800Hz，只扫描N个时，扫描速率为8fOSC/N。应注意扫描的位数变化对亮度有明显影响。当扫描的数码管等于或少于3个时，单个数位驱动器将消耗较大的功率，因而必须依据使用的数码管实际数量调整电阻RSET的大小，限制消耗的电流。
显示器测试寄存器有正常与测试两种设定模式，数据字节的D0位置0为正常模式，D0置1为测试模式。测试时，以31/32的占空比扫描MAX7219全部数位段，使得所有显示器的所有段以最大的亮度点亮。
MAX7219与MC68HC908GP32接口应用
MAX7219采用串行通信，只需通过CLK、LOAD、DIN三根线便可与多种MCU接口。M68HC908系列单片机是新一类 Motorola高性能的8位单片机，具有速度高、功能强和价格低等特点，其指令码与M68HC05完全兼容。Motorola自1999年推出该系列单片机以来，至今已推出了三十余种不同型号的MC68HC908单片机。本文以Motorola在中国大力推广的通用型芯片MC68HC908GP32为例，介绍MAX7219与MC68HC908系列单片机的接口电路，如图4所示。由于MC68HC908系列的单片机都具有一定数量的I/O管脚，所以该应用实例同样适用于其它型号的MC68HC908单片机，具有一定的代表性。
图中MC68HC908GP32的PORTB口工作于输出方式，并结合MAX7219的工作时序，对MAX7219进行控制。WRI_INSTRU为MAX7219控制子程序，它在CLK管脚产生8个时钟脉冲，并将入口参数A中的8位值在CLK的上升沿串行输出到DIN。LED_WR为MAX7219控制主程序，它首先置LOAD为低电平，然后通过两次调用WRI_INSTRU完成向MAX7219写入16位串行数据，最后再置LOAD为高电平，产生一个上升沿脉冲以满足MAX7219的数据传送时序。

结语
MAX7219能够驱动8个LED，可方便地对每位LED进行单独控制、刷新，不需重写整个显示器寄存器，通信方式采用串行数据方式，可与任何一种单片机方便接口。Motorola MC68HC908系列单片机，多采用32.768KHz外部晶体，或内部集成了晶振电路，功能强大，抗干扰能力强。它们构成的显示系统可应用在条状图形显示器、7段数码管显示器、工业控制器显示模板、面板表与LED矩阵显示器等众多场合。■

参考文献
1 Maxim．New Releases Data Book. 1997
2 Motorola．MC68HC908GP32/MC68HC08GP32 TechnICal Data. 2002
3 刘慧银，陈建平，龚光华等．Motorola 微控制器M68HC08原理及其嵌入式应用．北京：清华大学出版社.