串行接口LED数码管及键盘管理器件ZLG7289A的原理与应用

摘要：介绍了LED数码管及键盘管理器ZLG7289A的原理与应用。该芯片具有SPI串行接口，可同时驱动８位共阴式数码管（或64只独立LED），还可连接多达６４键的键盘矩阵，单块芯片即可完成ＬＥＤ显示、键盘接口等全部功能。文章给出了ZLG7289A的特点、引脚功能、指令说明和经典电路，并以单片机AT89C51为例，给出了其接口电路及相应源程序。 关键词：ZLG7289A；LED显示；键盘接口；SPI １　概述 ＺＬＧ７２８９Ａ是广州周立功单片机发展有限公司自行设计的、具有ＳＰＩ串行接口功能的、可同时驱动８位共阴式数码管(或６４只独立ＬＥＤ)的智能显示驱动芯片。 该芯片同时可连接多达６４键的键盘矩阵。单块芯片即可完成ＬＥＤ显示以及键盘接口的全部功能。 ＺＬＧ７２８９Ａ内部含有译码器，可直接接收ＢＣＤ码或１６进制码,并同时具有２种译码方式,此外还具有多种控制指令，如消隐、闪烁、左移、右移、段寻址等。 通过ＺＬＧ７２８９Ａ自身所具有的片选信号，可以方便地实现多于８ 位显示或多于６４ 键的键盘接口。该芯片的主要特性如下： ●带有串行接口，无需外围元件即可直接驱动ＬＥＤ； ●各位可独立控制译码／不译码及消隐和闪烁属性； ●具有(循环)左移／(循环)右移指令； ●具有段寻址指令,可方便地控制独立的ＬＥＤ显示器； ●内含６４键键盘控制器以及去抖动电路； ●可完全替代其它公司的８２７９、８１５５、８２５５等系列显示器件。 ２　引脚说明 ＺＬＧ７２８９Ａ芯片具有标准的ＤＩＰ２８和ＳＯＩＣ２８两种封装形式。其引脚排列如图１所示，各引脚的功能说明见表１所列。 表1 ZLG7289A引脚功能说明 引 脚 名 称 说 明 1，2 VDD 正电源 3，5 NC 不连接，必须悬空 4 VSS 接地 6 CS 片选输入。此脚为低电平时，可向芯片发送指令及读取键盘数据 7 CLK 同步时钟输入端。向芯片发送数据及读取键盘数据时，此引脚电平上升沿表示数据有效 8 DATA 串行数据输入/输出端。当芯片接收指令时，此引脚为输入端；当读取键盘数据时，此引脚在读指令最后一个时钟的下降沿变为输出端。 9 KEY 按键有效输出端。平时为高电平，当检测到有效按键时，此引脚变为低电平 10～16 SG～SA 段ga驱动输出 17 DP 小数点驱动输出 18～25 DIG0～DIG7 数字0～7驱动输出 26 CLKOUT 振荡输出端 27 RC RC振荡器连接端 28 RESET 复位端。低电平有效，当RESET端由低电平变为高电平后，ZLG7289A大约经过18～25ms的时间才会进入正常工作状态 ３　控制指令说明 ＺＬＧ７２８９Ａ 的控制指令分为二大类：纯指令和带有数据的指令。 ３．１ 纯指令 纯指令包括复位（清除）指令（０Ａ４Ｈ）、测试指令（０ＢＦＨ）、左移指令（０Ａ１Ｈ）、 右移指令（０Ａ０Ｈ）、 循环左移指令（０Ａ３Ｈ）、 循环右移指令（０Ａ２Ｈ）等。下面以复位（清除）指令（０Ａ４Ｈ）为例来进行说明，该指令的格式如下： D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 0 1 0 0 1 0 0 当ＺＬＧ７２８９Ａ 接收到该指令后，将所有的显示清除，所有设置的字符消隐、闪烁等属性也被一起清除。执行该指令后，芯片所处的状态与系统上电后所处的状态一样。 ３．２ 带有数据的指令 (１)下载数据且按方式０译码指令 该指令的格式如下： D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 0 0 0 0 a2 a1 a0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 DP X X X d3 d2 d0 d1 该命令由二个字节组成。前半部分为指令，其中ａ２ ａ１ ａ０ 为位地址，ｄ０～ｄ３为数据。具体分配方式如表２所列。当系统接收到此指令时(ＺＬＧ７２８９Ａ将按译码方式０进行译码)具体的译码方式如表３所列。小数点的显示可由ＤＰ位控制，ＤＰ为１时，小数点显示，ＤＰ为０时，小数点不显示。在该指令格式中，ｘ表示没有影响。 表2 位地址分配表 a2 a1 a0 显示位 0 0 0 1 0 0 1 2 0 1 0 3 0 1 1 4 1 0 0 5 1 0 1 6 1 1 0 7 1 1 1 8 表3 译码方式表 d0～d3 d3 d2 d1 d0 7段显示 00H 0 0 0 0 0 01H 0 0 1 1 1 02H 0 0 0 0 2 03H 0 0 1 1 3 04H 0 1 0 0 4 05H 0 1 0 1 5 06H 0 1 1 0 6 07H 0 1 1 1 7 08H 1 0 0 0 8 09H 1 0 0 1 9 0AH 1 0 1 0 - 0BH 1 0 1 1 E 0CH 1 1 0 0 H 0DH 1 1 0 1 L 0EH 1 1 1 0 P 0FH 1 1 1 1 空无显示 (２)下载数据且按方式１译码指令 这种指令与上一个指令基本相同。所不同的是，该指令的ｄ０～ｄ３对应的数据位０ＡＨ～０ＦＨ分别为七段显示中的Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ。该指令的具体格式如下： D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 1 0 0 1 a2 a1 a0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 DP X X X d3 d2 d0 d1 (３) 读键盘数据指令 该指令从ＺＬＧ７２８９Ａ读出当前的按键代码，格式如下： D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 0 0 0 1 0 1 0 1 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 d7 d6 d5 d4 d3 d2 d0 d1 与其它指令不同的是，此命令的前一个字节０００１０１０Ｂ 为单片机传送到ＺＬＧ７２８９Ａ的指令，而后一个字节ｄ０～ｄ７则为ＺＬＧ７２８９Ａ返回的按键代码。 其范围为０～３ＦＨ（无键按下时为０ｘＦＦ）。在此指令的前半段，ＺＬＧ７２８９Ａ 的ＤＡＴＡ 引脚处于高阻输入状态，可以用来接收来自微处理器的指令；在指令的后半段，ＤＡＴＡ 引脚从输入状态转为输出状态，此时将输出键盘代码的值。故微处理器连接到ＤＡＴＡ 引脚的Ｉ／Ｏ口应当有一个从输出态到输入态的转换过程。 当ＺＬＧ７２８９Ａ检测到有效的按键时，ＫＥＹ 脚将从高电平变为低电平，并一直保持到按键结束。在此期间，如果ＺＬＧ７２８９Ａ 接收到“读键盘数据指令”，则输出当前按键的键盘代码；如果在接收到“读键盘数据指令”时没有有效按键，ＺＬＧ７２８９Ａ将输出ＦＦＨ（１１１１１１１１Ｂ）。 （４）其它指令 除以上几个指令外，ＺＬＧ７２８９Ａ还具有下载数据但不译码、闪烁控制、消隐控制、段点亮指令、段关闭等指令，限于篇幅，此处不再详述。 图2 ４　典型应用 ＺＬＧ７２８９Ａ 的典型应用电路如图２所示，图中，ＺＬＧ７２８９Ａ 应连接共阴式数码管，应用中无需用到的数码管和键盘可以不连接，因而可省去数码管。此外，设置消隐属性也不会影响键盘的使用。 由于ＺＬＧ７２８９采用的是循环扫描的工作方式，因此，如果采用普通的数码管，亮度可能不够，故应采用高亮度或超高亮度的数码管，且尺寸也不宜选的过大，一般字符高度不超过１ 英寸，如使用大型的数码管，则应选用适当的驱动电路。 ＺＬＧ７２８９Ａ的ＲＥＳＥＴ复位端在一般情况下，可以直接和ＶＣＣ相连；而在需要较高可靠性的情况下，则可以连接外部复位电路或直接由ＭＣＵ 控制。在上电或ＲＥＳＥＴ 端由低电平变为高电平后，通常要经过大约１８～２５ｍｓ的时间，ＺＬＧ７２８９Ａ才会进入正常工作状态。 图3 ５　应用实例 图３是以ＡＴ８９Ｃ５１单片机为例给出的ＺＬＧ７２８９Ａ与单片机的接口电路。图中，ＡＴ８９Ｃ５１所用时钟频率为１２ＭＨｚ如果使用不同的ＣＰＵ时钟频率，则应注意调整延时时间。下面给出的是该系统的部分程序： ；＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊ＲＡＭ定义 ＢＩＴ_ＣＯＵＮＴ ＤＡＴＡ ０７ＦＨ ＴＩＭＥＲ ＤＡＴＡ ０７ＥＨ ＴＩＭＥＲ１ ＤＡＴＡ ０７ＤＨ ＴＥＮ ＤＡＴＡ ０７ＣＨ ＤＡＴＡ_ＩＮ ＤＡＴＡ ０２０Ｈ ＤＡＴＡ_ＯＵＴ ＤＡＴＡ ０２１Ｈ ；＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊Ｉ／Ｏ定义 ＤＡＴ ＢＩＴ Ｐ０．６ ;ＺＬＧ８２７９Ａ的 ＤＡＴＡ，连接ＡＴ８９Ｃ５１的Ｐ０．６ ＫＥＹ ＢＩＴ Ｐ０．７ ； ＺＬＧ８２７９Ａ的ＫＥＹ，连接ＡＴ８９Ｃ５１的Ｐ０．７ ＣＳ ＢＩＴ Ｐ０．４ ； ＺＬＧ８２７９Ａ的ＣＳ，连接ＡＴ８９Ｃ５１的Ｐ０．４ ＣＬＫ ＢＩＴ Ｐ０．５ ； ＺＬＧ８２７９Ａ的ＣＬＫ，连接ＡＴ８９Ｃ５１的Ｐ０．５ ＯＲＧ ００００Ｈ ＡＪＭＰ ＳＴＡＲＴ ＯＲＧ ００３０Ｈ ＳＴＡＲＴ：ＭＯＶ ＳＰ，＃２ＦＨ ；堆栈定义 ＭＯＶ Ｐ１，＃１１０１１０１１Ｂ ；Ｉ／Ｏ初始化 ＭＯＶ ＴＩＭＥＲ，＃５０  ；２５ｍｓ定时 ＳＴＡＲＴ_ＤＥＬＡＹ： ＭＯＶ ＴＩＭＥＲ１，＃２５５ ＳＴＡＲＴ_ＤＥＬＡＹ１： ＤＪＮＺ ＴＩＭＥＲ１，ＳＴＡＲＴ_ＤＥＬＡＹ１ ＤＪＮＺ ＴＩＭＥＲ，ＳＴＡＲＴ_ＤＥＬＡＹ ＭＯＶ ＤＡＴＡ_ＯＵＴ,＃１０１００１００Ｂ ;复位指令 ＣＡＬＬ ＳＥＮＤ ；发指令到ＺＬＧ８２７９Ａ ＳＥＴＢ ＣＳ ;恢复ＣＳ高电平 ＭＡＩＮ:ＪＢ ＫＥＹ,ＭＡＩＮ ;是否有键按下 ＭＯＶ ＤＡＴＡ_ＯＵＴ,＃０００１０１０１Ｂ  ;有键按下，发读键盘指令 ＣＡＬＬ ＳＥＮＤ ＣＡＬＬ ＲＥＣＥＩＶＥ ＳＥＴＢ ＣＳ  ;ＣＳ置高电平 ＭＯＶ Ｂ,＃１０ ;１６进制到ＢＣＤ码转换 ＭＯＶ Ａ,ＤＡＴＡ_ＩＮ ＤＩＶ ＡＢ ＭＯＶ ＴＥＮ,Ａ ＭＯＶ ＤＡＴＡ_ＯＵＴ,＃１０１００００１Ｂ ;左移指令 ＣＡＬＬ ＳＥＮＤ ＭＯＶ ＤＡＴＡ_ＯＵＴ,＃１０１００００１Ｂ ＣＡＬＬ ＳＥＮＤ ＭＯＶ ＤＡＴＡ_ＯＵＴ,＃１００００００１Ｂ ;下载数据且译码指令 ＣＡＬＬ ＳＥＮＤ ＭＯＶ ＤＡＴＡ_ＯＵＴ,ＴＥＮ ;发送十位数字到ＺＬＧ８２７９Ａ ＣＡＬＬ ＳＥＮＤ ＭＯＶ ＤＡＴＡ_ＯＵＴ,＃１０００００００Ｂ ;下载数据且译码指令 ＣＡＬＬ ＳＥＮＤ ＭＯＶ ＤＡＴＡ_ＯＵＴ,Ｂ ;发送个位数字到ＺＬＧ８２７９Ａ; ＣＡＬＬ ＳＥＮＤ ＳＥＴＢ ＣＳ ＷＡＩＴ:ＪＮＢ ＫＥＹ,ＷＡＩＴ ;等待按键松开 ＪＭＰ ＭＡＩＮ ；＊＊＊＊ 发送一个字节到ＺＬＧ８２７９Ａ，高位在前 ＳＥＮＤ： ＭＯＶ ＢＩＴ_ＣＯＵＮＴ，＃８ ；记数器设定 ＣＬＲ ＣＳ  ；ＣＳ置低电平 ＣＡＬＬ ＬＯＮＧ_ＤＥＬＡＹ ；长延时子程序 ＳＥＮＤ_ＬＯＯＰ：ＭＯＶ Ｃ，ＤＡＴＡ ＯＵＴ．７ ；输出１位 ＭＯＶ ＤＡＴ，Ｃ ＳＥＴＢ ＣＬＫ ；ＣＬＫ置高电平 ＭＯＶ Ａ，ＤＡＴＡ_ＯＵＴ ；待发送数据左移 ＲＬ Ａ ＭＯＶ ＤＡＴＡ_ＯＵＴ，Ａ ＣＡＬＬ ＳＨＯＲＴ_ＤＥＬＡＹ ； 短延时子程序 ＣＬＲ ＣＬＫ ； ＣＬＫ置低电平 ＣＡＬＬ ＳＨＯＲＴ_ＤＥＬＡＹ ＤＪＮＺ ＢＩＴ_ＣＯＵＮＴ，ＳＥＮＤ_ＬＯＯＰ ；８位是否发送完毕 ＣＬＲ ＤＡＴ ；发送完毕，返回 ＲＥＴ ；＊＊＊接收一个字节到ＺＬＧ８２７９Ａ，高位在前 ＲＥＣＥＩＶＥ：ＭＯＶ ＢＩＴ_ＣＯＵＮＴ，＃８ ；记数器设定 ＳＥＴＢ ＤＡＴ ；设定Ｐ１．２（ＤＡＴＡ）为高电平输入状态 ＣＡＬＬ ＬＯＮＧ_ＤＥＬＡＹ ； ＲＥＣＥＩＶＥ_ＬＯＯＰ: ＳＥＴＢ ＣＬＫ ; ＣＬＫ置高电平 ＣＡＬＬ ＳＨＯＲＴ_ＤＥＬＡＹ ＭＯＶ Ａ,ＤＡＴＡ_ＩＮ ;数据左移 ＲＬ Ａ ＭＯＶ ＤＡＴＡ_ＩＮ,Ａ ＭＯＶ Ｃ,ＤＡＴ ;读取一位数据 ＭＯＶ ＤＡＴＡ_ＩＮ．０,Ｃ ＣＬＲ ＣＬＫ ＣＡＬＬ ＳＨＯＲＴ_ＤＥＬＡＹ ＤＪＮＺ ＢＩＴ_ＣＯＵＮＴ,ＲＥＣＥＩＶＥ_ＬＯＯＰ ; ８位是否接收完毕 ＣＬＲ ＤＡＴ ; 重设ＤＡＴ口为低电平（输出状态） ＲＥＴ ；＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊延时子程序 ＬＯＮＧ_ＤＥＬＡＹ: ＭＯＶ ＴＩＭＥＲ,＃２５ ;设定延时时间为５０μｓ ＤＥＬＡＹ_ＬＯＯＰ: ＤＪＮＺ ＴＩＭＥＲ,ＤＥＬＡＹ_ＬＯＯＰ ＲＥＴ ＳＨＯＲＴ_ＤＥＬＡＹ:ＭＯＶ ＴＩＭＥＲ,＃４ ;设定延时时间为５０μｓ ＳＨＯＲＴ_ＬＰ: ＤＪＮＺ ＴＩＭＥＲ,ＳＨＯＲＴ_ＬＰ ＲＥＴ ＥＮＤ ６　结束语 ＺＬＧ８２７９Ａ具有的特点和丰富的指令系统，使得由其组成的ＬＥＤ显示和键盘电路具有外围电路简单，功能强大，使用方便，可靠性高，与ＭＣＵ接口简单等特点，是ＬＥＤ显示和键盘电路的首选器件。笔者利用该芯片制作的“学生提问指示仪”，经使用，效果良好。