在P87LPC764單片機(jī)I2C總線系統(tǒng)中擴(kuò)展LCD顯示器

1 引言
　　
i2c總線是philips公司推出的芯片間串行傳輸總線。它僅用串行數(shù)據(jù)線（sda）和串行時(shí)鐘線（scl）兩根連線便實(shí)現(xiàn)了完善的全雙工同步數(shù)據(jù)傳送，并可很方便地構(gòu)成多機(jī)系統(tǒng)和外圍器件擴(kuò)展系統(tǒng)。
　　
本文介紹在p87lpc764單片機(jī)中利用i2c總線系統(tǒng)中典型的lcd驅(qū)動(dòng)控制器件pcf8577c來(lái)擴(kuò)展256段靜態(tài)lcd的電路設(shè)計(jì)方法。

2 硬件電路設(shè)計(jì)

2．1 p87lpc764單片機(jī)的i2c總線接口
　　
p87lpc764是philips公司生產(chǎn)的一種小封裝、低成本、高性能的單片機(jī)（具體內(nèi)容見(jiàn)參考文獻(xiàn)2）。它采用80c51加速處理器結(jié)構(gòu)，片內(nèi)帶有支持i2c總線的硬件接口。當(dāng)激活i2c總線時(shí)，p87lpc764端口1中的p1．2與p1．3可分別用作scl和sda總線功能。其i2c總線由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(shù)據(jù)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)行讀寫操作時(shí)完全不同。下面分別介紹其讀、寫操作格式。

各位功能如下：
　　
rdat：數(shù)據(jù)接收位。在scl線的上升沿時(shí)由sda線上獲取。讀rdat位時(shí)不清除drdy，也不釋放scl線。
　　
atn：當(dāng)drdy、arl、str或stp中任意一個(gè)為1時(shí)，atn置1。通過(guò)測(cè)試atn位可判斷總線上是否發(fā)生某類事件。
　　
drdy：數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好標(biāo)志位。在scl上升沿時(shí)置位，讀寫i2dat寄存器或向cdr寫入1時(shí)清0。 arl：總線仲裁失敗標(biāo)志位。

str：?jiǎn)?dòng)標(biāo)志位。當(dāng)檢測(cè)到啟動(dòng)條件時(shí)置1。

stp：停止標(biāo)志位。當(dāng)檢測(cè)到停止條件時(shí)置1。 master：當(dāng)本器件成為i2c總線主控器時(shí)置1。

其中：

cxa：寫入1，清除數(shù)據(jù)發(fā)送狀態(tài)。
　　
idle：寫入1，則被控制要檢測(cè)到下一位啟動(dòng)位時(shí)才接收總線信息。

cdr：寫入1，清除drdy。

carl：寫入1，清除arl。

cstr：寫入1，清除str。

cstp：寫入1，清除stp。
　　
xstr：當(dāng)裝置為主控制器時(shí)，向xstr和cdr寫入1，使i2c總線發(fā)送重復(fù)啟動(dòng)位。
　　
xstp：當(dāng)裝置為主控制器時(shí)，向xstp和cdr寫入1，使i2c總線發(fā)送停止位。

b．i2cfg寄存器

sla：寫入1，本裝置成為i2c總線被控器。
　　
mastrq：寫入1，本裝置成為i2c總線主控器。

cti：寫入1，清除定時(shí)器1溢出標(biāo)志。
　　
tirun：寫入1，定時(shí)器1開(kāi)始運(yùn)行；寫入0，停止定時(shí)器1運(yùn)行并將定時(shí)器清0。
　　
ct1和ct0用來(lái)決定scl線上高低電平的最小時(shí)間。

c．i2dat寄存器

i2dat寄存器的讀、寫格式是不同的。

其中rdat為數(shù)據(jù)接收位。在scl線的上升沿時(shí)從sda中獲取。在從i2dat的rdat中讀數(shù)據(jù)的同時(shí)，可清除drdy和設(shè)置發(fā)送激活狀態(tài)。

其中xdat為數(shù)據(jù)發(fā)送位。下一個(gè)要發(fā)送的數(shù)據(jù)寫入此位。寫xdat時(shí)，應(yīng)清除drdy和設(shè)置發(fā)送激活狀態(tài)。

2．2 i2c總線顯示器件pcf8577c

a．引腳功能
　　
pcf8577c是i2c總線系統(tǒng)中典型的lcd驅(qū)動(dòng)控制器件，在靜態(tài)方式時(shí)可驅(qū)動(dòng)32段lcd；在雙級(jí)方式時(shí)可驅(qū)動(dòng)64段lcd。若采用多片級(jí)聯(lián)，則最大可構(gòu)成256段lcd顯示系統(tǒng)。另外，pcf8577c還具有顯示數(shù)據(jù)自動(dòng)增量寫入功能，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(jí)聯(lián)時(shí)可作為同步輸入端，接第一級(jí)的bp1信號(hào)作為同步信號(hào)。
　　
a2／bp2：在靜態(tài)驅(qū)動(dòng)方式下，該端作為硬件地址線a2，用于設(shè)定8577c的硬件子地址。在雙級(jí)驅(qū)動(dòng)方式下，該腳用作第二背極輸出bp2。級(jí)聯(lián)時(shí)則作為同步輸入端，接第一級(jí)的bp2信號(hào)作為同步信號(hào)。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。片內(nèi)無(wú)下拉電路，不可懸空。
　　
a0／osc：該腳需外接電阻電容來(lái)構(gòu)成振蕩器，此時(shí)a0被規(guī)定為邏輯0，用作硬件地址線。級(jí)聯(lián)時(shí)，除第一級(jí)之外，其它各級(jí)均不外接電阻電容構(gòu)成的振蕩器，而應(yīng)接vdd或vss來(lái)設(shè)置器件子地址。

vdd和vss：分別為電源正、負(fù)極。

scl和sda：分別為i2c總線的時(shí)鐘和數(shù)據(jù)線。

b．?dāng)?shù)據(jù)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(jié)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(jī)對(duì)8577c的一次數(shù)據(jù)傳送過(guò)程中裝入第二字節(jié)（控制字節(jié)）?？刂谱指魑缓x如下：

mode：驅(qū)動(dòng)方式選擇位，“0”為選擇靜態(tài)驅(qū)動(dòng)方式；“1”為選擇雙極驅(qū)動(dòng)方式。
　　
bank：數(shù)據(jù)選擇位，“0”為選擇顯示a體數(shù)據(jù)，“1”為選擇顯示b體數(shù)據(jù)。
　　
v5v4v3：這三位與硬件子地址相對(duì)應(yīng)。若器件的從地址與i2c總線上的從地址相符，且v5v4v3＝a2a1a0，則該器件被選中，此時(shí)即可接收總線上送來(lái)的數(shù)據(jù)，并將其裝入段字節(jié)寄存器，否則不予理睬。在雙極驅(qū)動(dòng)方式下，由于a2作bp2，故v5無(wú)效。
　　
v2v1v0：段字節(jié)寄存器sbr的地址位，用來(lái)決定將段數(shù)據(jù)寫入哪一個(gè)sbr。

用v5～v0可組成段字節(jié)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(jié)數(shù)據(jù)，可在每裝入一個(gè)段字節(jié)數(shù)據(jù)后便sbv自動(dòng)加2（靜態(tài)方式）或加1（雙級(jí)方式），以便裝入下一個(gè)數(shù)據(jù)；級(jí)聯(lián)時(shí)，當(dāng)一片8577c裝滿后，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(jié)寄存器sbr
　　
八個(gè)sbr可分成兩組，地址為偶數(shù)的一組稱為a體，奇數(shù)組稱為b體。在靜態(tài)方式下，要么顯示a體數(shù)據(jù)，要么顯示b體數(shù)據(jù)?？梢酝ㄟ^(guò)改變bank位的值來(lái)切換顯示內(nèi)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(duì)應(yīng)于bp1，b體對(duì)應(yīng)于bp2。

c．總線操作
　　
pcf8577c的總線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總線委員會(huì)分配的。此外，還有三位硬件子地址（a2a1a0）待設(shè)定。若應(yīng)用系統(tǒng)中有多片8577c，則需分別設(shè)定不同的硬件子地址來(lái)加以區(qū)別。選中8577c指的是它的從地址和硬件子地址都被選中。

其中：起始信號(hào)s之后的第一個(gè)字節(jié)中的最低位是方向位，因8577c只能接收數(shù)據(jù)，所以該位必須為0；其余七位是從地址。若系統(tǒng)含多片8577c，則每片都會(huì)對(duì)第一和第二字節(jié)作出應(yīng)答；而段數(shù)據(jù)字節(jié)后的應(yīng)答信號(hào)僅由被選中的芯片產(chǎn)生。數(shù)據(jù)字節(jié)可連續(xù)多個(gè)。如果僅改變bank值，而不改變sbr中的內(nèi)容，則應(yīng)在控制字節(jié)的應(yīng)答位之后發(fā)送停止信號(hào)p，這時(shí)被選中的芯片將更新bank。

2．3 顯示電路設(shè)計(jì)
　　
利用p87lpc764擴(kuò)展lcd的接口電路如圖3所示。該電路采用靜態(tài)驅(qū)動(dòng)方式，由p87lpc764單片機(jī)訪問(wèn)8片8577c以組成最大級(jí)聯(lián)系統(tǒng)。每片8577c可驅(qū)動(dòng)32段lcd，因此，共可擴(kuò)展256段lcd。而在級(jí)聯(lián)應(yīng)用時(shí)，只由第一級(jí)構(gòu)成振蕩器，以輸出背極信號(hào)，并對(duì)后級(jí)進(jìn)行同步。

3 軟件設(shè)計(jì)
　　
該應(yīng)用電路是一個(gè)單主i2c總線系統(tǒng)，數(shù)據(jù)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(cè)總線錯(cuò)誤。數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)，每發(fā)送1個(gè)字節(jié)，都應(yīng)檢測(cè)應(yīng)答信號(hào)，如無(wú)應(yīng)答信號(hào)，建立標(biāo)志位f0以重發(fā)數(shù)據(jù)。該電路采用靜態(tài)方式，顯示為a體數(shù)據(jù)。

如果程序中的顯示緩沖區(qū)30h到7fh單元用來(lái)存放字形碼，則該i2c總線顯示電路的程序清單如下：

4 結(jié)束語(yǔ)
　　
本文介紹了i2c總線系統(tǒng)中利用典型的lcd驅(qū)動(dòng)控制器件pcf8577c擴(kuò)展lcd顯示器的電路及程序設(shè)計(jì)。參考本文思路，也可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)lcd顯示器的擴(kuò)展。該方法在i2c總線系統(tǒng)中進(jìn)行人機(jī)接口電路設(shè)計(jì)時(shí)具有較好的參考價(jià)值。