在P87LPC674單片機I2C總線(xiàn)系統中擴展LCD顯示器

摘要：介紹一種利用Philips公司生產(chǎn)的P87LPC764單片機作為I2C總線(xiàn)控制器與I2C總線(xiàn)顯示器件PCF8577C構成的LCD顯示器電路，并給出了相應的程序清單。

關(guān)鍵詞：P87LPC764單片機 I2C總線(xiàn) PCF8577C LCD顯示器

1 引言

I2C總線(xiàn)是Philips公司推出的芯片間串行傳輸總線(xiàn)。它僅用串行數據線(xiàn)（SDA）和串行時(shí)鐘線(xiàn)（SCL）兩根連線(xiàn)便實(shí)現了完善的全雙工同步數據傳送，并可很方便地構成多機系統和外圍器件擴展系統。

本文介紹在P87LPC764單片機中利用I2C總線(xiàn)系統中典型的LCD驅動(dòng)控制器件PCF8577C來(lái)擴展256段靜態(tài)LCD的電路設計方法。

2 硬件電路設計

2.1 P87LPC764單片機的I2C總線(xiàn)接口

P87LPC764是Philips公司生產(chǎn)的一種小封裝、低成本、高性能的單片機（具體內容見(jiàn)參考文獻2）。它采用80C51加速處理器結構，片內帶有支持I2C總線(xiàn)的硬件接口。當激活I(lǐng)2C總線(xiàn)時(shí)，P87LPC764端口1中的P1.2與P1.3可分別用作SCL和SDA總線(xiàn)功能。其I2C總線(xiàn)由3個(gè)特殊功能寄存器控制，即I2C控制寄存器I2CON、I2C配置寄存器I2CFG、I2C數據寄存器I2DAT。各寄存器格式及位含義如下。

a.I2CON寄存器

I2CON寄存器各位的含義在進(jìn)行讀寫(xiě)操作時(shí)完全不同。下面分別介紹其讀、寫(xiě)操作格式。

●讀操作格式

各位功能如下：

RDAT：數據接收位。在SCL線(xiàn)的上升沿時(shí)由SDA線(xiàn)上獲取。讀RDAT位時(shí)不清除DRDY，也不釋放SCL線(xiàn)。

ATN：當DRDY、ARL、STR或STP中任意一個(gè)為1時(shí)，ATN置1。通過(guò)測試ATN位可判斷總線(xiàn)上是否發(fā)生某類(lèi)事件。

DRDY：數據準備好標志位。在SCL上升沿時(shí)置位，讀寫(xiě)I2DAT寄存器或向CDR寫(xiě)入1時(shí)清0。

ARL：總線(xiàn)仲裁失敗標志位。

STR：?jiǎn)?dòng)標志位。當檢測到啟動(dòng)條件時(shí)置1。

STP：停止標志位。當檢測到停止條件時(shí)置1。

MASTER：當本器件成為I2C總線(xiàn)主控制器時(shí)置1。

●寫(xiě)操作格式

其中：

CXA：寫(xiě)入1，清除數據發(fā)送狀態(tài)。

IDLE：寫(xiě)入1，則被控制要檢測到下一位啟動(dòng)位時(shí)才接收總線(xiàn)信息。

CDR：寫(xiě)入1，清除DRDY。

CARL：寫(xiě)入1，清除ARL。

CSTR：寫(xiě)入1，清除STR。

CSTP：寫(xiě)入1，清除STP。

XSTR：當裝置為主控制器時(shí)，向XSTR和CDR寫(xiě)入1，使I2C總線(xiàn)發(fā)送重復啟動(dòng)位。

XSTP：當裝置為主控制器時(shí)，向XSTP和CDR寫(xiě)入1，使I2C總線(xiàn)發(fā)送停止位。

b.I2CFG寄存器

I2CFG寄存器的格式為：

SLA：寫(xiě)入1，本裝置成為I2C總線(xiàn)被控器。

MASTRQ：寫(xiě)入1，本裝置成為I2C總線(xiàn)主控器。

CTI：寫(xiě)入1，清除定時(shí)器1溢出標志。

TIRUN：寫(xiě)入1，定時(shí)器1開(kāi)始運行；寫(xiě)入0，停止定時(shí)器1運行并將定時(shí)器清0。

CT1和CT0用來(lái)決定SCL線(xiàn)上高低電平的最小時(shí)間。

c.I2DAT寄存器

I2DAT寄存器的讀、寫(xiě)格式是不同的。

●讀I2DAT格式

其中RDAT為數據接收位。在SCL線(xiàn)的上升沿時(shí)從SDA中獲取。在從I2DAT的RDAT中讀數據的同時(shí)，可清除DRDY和設置發(fā)送激活狀態(tài)。

●寫(xiě)I2DAT格式

其中XDAT為數據發(fā)送位。下一個(gè)要發(fā)送的數據寫(xiě)入此位。寫(xiě)XDAT時(shí)，應清除DRD放設置發(fā)送激活狀態(tài)。

2.2 I2C總線(xiàn)顯示器件PCF8577C

a.引腳功能

PCF8577C是I2C總線(xiàn)系統中典型的LCD驅動(dòng)控制器件，在靜態(tài)方式時(shí)可驅動(dòng)32段LCD；在雙級方式時(shí)可驅動(dòng)64段LCD。若采用多片級聯(lián)，則最大可構成256段LCD顯示系統。另外，PCF8577C還具有顯示數據自動(dòng)增量寫(xiě)入功能，而且編程十分簡(jiǎn)單。PCF8577的引腳排列如圖1所示。各引腳功能如下：

S32～S1：段輸出端口。

BP1：背極輸出。級聯(lián)時(shí)可作為同步輸入端，接第一級的BP1信號作為同步信號。

A2/BP2：在靜態(tài)驅動(dòng)方式下，該端作為硬件地址線(xiàn)A2，用于設定8577C的硬件子地址。在雙級驅動(dòng)方式下，該腳用作第二背極輸出BP2。級聯(lián)時(shí)則作為同步輸入端，接第一級的BP2信號作為同步信號。在雙極方式下，其硬件子地址僅由A1和A0來(lái)決定。

A1：硬件地址線(xiàn)。片內無(wú)下拉電路，不可懸空。

A0/OSC：該腳需外接電阻電容來(lái)構成振蕩器，此時(shí)A0被規定為邏輯0，用作硬件地址線(xiàn)。級聯(lián)時(shí)，除第一級之外，其它各級均不外接電阻電容構成的振蕩器，而應接VDD或Vss來(lái)設置器件子地址。

VDD和VSS：分別為電源正、負極。

SCL和SDA：分別為I2C總線(xiàn)的時(shí)鐘和數據線(xiàn)。

b.數據操作格式

8577C有九個(gè)寄存器，其操作格式如圖2所示。下面就控制寄存器和段字節寄存器加以說(shuō)明。

●控制寄存器

控制寄存器用于在微處理機對8577C的一次數據傳送過(guò)程中裝入第二字節（控制字節）?？刂谱指魑缓x如下：

MODE：驅動(dòng)方式選擇位，“0”為選擇靜態(tài)驅動(dòng)方式；“1”為選擇雙極驅動(dòng)方式。

BANK：數據選擇位，“0”為選擇顯示A體數據，“1”為選擇顯示B體數據。

V5V4V3：這三位與硬件子地址相對應。若器件的從地址與I2C總線(xiàn)上的從地址相符，且V5V4V3=A2A1A0，則該器件被選中，此時(shí)即可接收總線(xiàn)上送來(lái)的數據，并將其裝入段字節寄存器，否則不予理睬。在雙極驅動(dòng)方式下，由于A(yíng)2作BP2，故V5無(wú)效。

V2V1V0：段字節寄存器SBR的地址位，用來(lái)決定將段數據字入哪一個(gè)SBR。

用V5～V0可組成段字節向量SBV，它具有自動(dòng)增量功能。若需一次傳送多個(gè)段字節數據，可在每裝入一個(gè)段字節數據后便SBV自動(dòng)加2(靜態(tài)方式)或加1（雙級方式），以便裝入下一個(gè)數據；級聯(lián)時(shí)，當一片8577C裝滿(mǎn)后，SBV自動(dòng)增量，并指向硬件子地址與之相鄰的下一個(gè)8577C的SBR。SBV的值可以在111111～000000之間循環(huán)滾動(dòng)。

●段字節寄存器SBR

八個(gè)SBR可分成兩組，地址為偶數的一組稱(chēng)為A體，奇數組稱(chēng)為B體。在靜態(tài)方式下，要么顯示A體數據，要么顯示B體數據?？梢酝ㄟ^(guò)改變BANK位的值來(lái)切換顯示內容。在雙極方式下，八個(gè)SBR將同時(shí)使用，這時(shí)BANK為不關(guān)心碼，A體對應于BP1，B體對應于BP2。

c.總線(xiàn)操作

PCF8577C的總線(xiàn)操作包括從地址和硬件子地址，其中從地址固定為0111010，共七位，是I2C總線(xiàn)委員會(huì )分配的。此外，還有三位硬件子地址（A2A1A0）待設定。若應用系統中有多片8577C，則需分別設定不同的硬件子地址來(lái)加以區別。選中8577C指的是它的從地址和硬件子地址都被選中。

PCF8577C的總線(xiàn)操作協(xié)議格式如下：

其中：起始信號S之后的第一個(gè)字節中的最低位是方向位，因8577C只能接收數據，所以該位必須為0；其余七位是從地址。若系統含多片8577C，則每片都會(huì )對第一和第二字節作出應答；而段數據字節后的應答信號僅由被選中的芯片產(chǎn)生。數據字節可連續多個(gè)。如果僅改變BANK值，而不改變SBR中的內容，則應在控制字節的應答位之后發(fā)送停止信號P，這時(shí)被選中的芯片將更新BANK。

2.3 顯示電路設計

利用P87LPC764擴展LCD的接口電路如圖3所示。該電路采用靜態(tài)驅動(dòng)方式，由P87LPC764單片機訪(fǎng)問(wèn)8片8577C以組成最大級聯(lián)系統。每片8577C可驅動(dòng)32段LCD，因此，共可擴展256段LCD。而在級聯(lián)應用時(shí)，只由第一級構成振蕩器，以輸出背極信號，并對后級進(jìn)行同步。

3 軟件設計

該應用電路是一個(gè)單主I2C總線(xiàn)系統，數據傳送操作只有主發(fā)送方式，因而在編程過(guò)程中沒(méi)有檢測總線(xiàn)錯誤。數據發(fā)送時(shí)，每發(fā)送1個(gè)字節，都應檢測應答信號，如無(wú)應答信號，建立標志位F0以重發(fā)數據。該電路采用靜態(tài)方式，顯示為A體數據。

如果程序中的顯示緩沖區30H到7FH單元用來(lái)存放字形碼，則該I2C總線(xiàn)顯示電路的程序清單如下：

DISP1：MOV R0，#30H ；字形碼區首地址

MOV R1，#74H ；1#8577C的從地址

MOV R2，#00H ；1#8577C的控制碼

LOOP：ACALL DIR

JB F0，DISP1 ；無(wú)應答重新開(kāi)始

……

DIR：CLR F0 ；清除無(wú)應答標志

MOV I2CFG，#30H ；清求為總線(xiàn)主機

JNB MASTER，$ ；等待為總線(xiàn)主機

MOV I2CON，#1CH ；清除起動(dòng)條件

MOV A,R1 ；發(fā)送從設備地址

ACALL SEND

JB F0，DIR2

MOV A，R2 ；發(fā)送控制碼

ACALL SEND

JB F0，DIR2

MOV R4，#32 ；發(fā)送32個(gè)字節字形碼

DIR1：MOV A，@R0

ACALL SEND

JB F0，DIR2

INC R0

DJNZ R4，DIR1

DIR2：ACALL SSTOP

RET

；發(fā)送一個(gè)字節

SEND：MOV R3，#08H

SENDB：MOV I2DAT，A ；發(fā)送數據位

RL A ；取下一位數據

JNB DRDY，$ ；等待數據準備好

DJNZ R3，SENDB

MOV I2CON，#0A0H ；轉換為接收方式

JNB ATN，# ；等待應答信號

JNB RDAT，SENDE ；是應答嗎

SETB F0 ；建立無(wú)應答信號

SENDE：RET

；發(fā)送停止位

SSTOP：CLR MASTRQ ；取消主機位置

MOV I2CON，#21H ；申請總線(xiàn)停止

JNB ATN，$ ；等待

MOV I2CON，#20H ；清數據準備好標志

JNB ATN，$ ；等待發(fā)送停止條件

MOV I2CON，#91H ；釋放I2C總線(xiàn)

CLR TIRUN ；停止定時(shí)器T1

RET

4 結束語(yǔ)

本文介紹了I2C總線(xiàn)系統中利用典型的LCD驅動(dòng)控制器件PCF8577C擴展LCD顯示器的電路及程序設計。參考本文思路，也可實(shí)現動(dòng)態(tài)LCD顯示器的擴展。該方法在I2C總線(xiàn)系統中進(jìn)行人機接口電路設計時(shí)具有較好的參考價(jià)值。