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I(lǐng)2C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。