在P87LPC764单片机I2C总线系统中扩展LCD显示器

1 引言
    I2C总线是Philips公司推出的芯片间串行传输总线。它仅用串行数据线（SDA）和串行时钟线（SCL）两根连线便实现了完善的全双工同步数据传送，并可很方便地构成多机系统和外围器件扩展系统。
　　 
    本文介绍在P87LPC764单片机中利用I2C总线系统中典型的LCD驱动控制器件PCF8577C来扩展256段静态LCD的电路设计方法。

2 硬件电路设计
2．1 P87LPC764单片机的I2C总线接口
    P87LPC764是Philips公司生产的一种小封装、低成本、高性能的单片机（具体内容见参考文献2）。它采用80C51加速处理器结构，片内带有支持I2C总线的硬件接口。当激活I2C总线时，P87LPC764端口1中的P1．2与P1．3可分别用作SCL和SDA总线功能。其I2C总线由3个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数据寄存器I2DAT。各寄存器格式及位含义如下。
 

a．I2CON寄存器
    I2CON寄存器各位的含义在进行读写操作时完全不同。下面分别介绍其读、写操作格式。

各位功能如下：
　　 
RDAT：数据接收位。在SCL线的上升沿时由SDA线上获取。读RDAT位时不清除DRDY，也不释放SCL线。
　　 
ATN：当DRDY、ARL、STR或STP中任意一个为1时，ATN置1。通过测试ATN位可判断总线上是否发生某类事件。
　　 
DRDY：数据准备好标志位。在SCL上升沿时置位，读写I2DAT寄存器或向CDR写入1时清0。 ARL：总线仲裁失败标志位。

STR：启动标志位。当检测到启动条件时置1。

STP：停止标志位。当检测到停止条件时置1。 MASTER：当本器件成为I2C总线主控器时置1。

其中：

CXA：写入1，清除数据发送状态。
　　 
IDLE：写入1，则被控制要检测到下一位启动位时才接收总线信息。

CDR：写入1，清除DRDY。

CARL：写入1，清除ARL。

CSTR：写入1，清除STR。

CSTP：写入1，清除STP。
　　 
XSTR：当装置为主控制器时，向XSTR和CDR写入1，使I2C总线发送重复启动位。
　　 
XSTP：当装置为主控制器时，向XSTP和CDR写入1，使I2C总线发送停止位。

     
b．I2CFG寄存器
 SLA：写入1，本装置成为I2C总线被控器。
　　 
 MASTRQ：写入1，本装置成为I2C总线主控器。

 CTI：写入1，清除定时器1溢出标志。
　　 
 TIRUN：写入1，定时器1开始运行；写入0，停止定时器1运行并将定时器清0。
　　 
CT1和CT0用来决定SCL线上高低电平的最小时间。

c．I2DAT寄存器

    I2DAT寄存器的读、写格式是不同的。

    其中RDAT为数据接收位。在SCL线的上升沿时从SDA中获取。在从I2DAT的RDAT中读数据的同时，可清除DRDY和设置发送激活状态。

    其中XDAT为数据发送位。下一个要发送的数据写入此位。写XDAT时，应清除DRDY和设置发送激活状态。

2．2 I2C总线显示器件PCF8577C

 a．引脚功能
　　 
    PCF8577C是I2C总线系统中典型的LCD驱动控制器件，在静态方式时可驱动32段LCD；在双级方式时可驱动64段LCD。若采用多片级联，则最大可构成256段LCD显示系统。另外，PCF8577C还具有显示数据自动增量写入功能，而且编程十分简单。PCF8577的引脚排列如图1所示。各引脚功能如下：

    S32～S1：段输出端口。

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BP1：背极输出。级联时可作为同步输入端，接第一级的BP1信号作为同步信号。
　　 
A2／BP2：在静态驱动方式下，该端作为硬件地址线A2，用于设定8577C的硬件子地址。在双级驱动方式下，该脚用作第二背极输出BP2。级联时则作为同步输入端，接第一级的BP2信号作为同步信号。在双极方式下，其硬件子地址仅由A1和A0来决定。

A1：硬件地址线。片内无下拉电路，不可悬空。
　　 
A0／OSC：该脚需外接电阻电容来构成振荡器，此时A0被规定为逻辑0，用作硬件地址线。级联时，除第一级之外，其它各级均不外接电阻电容构成的振荡器，而应接VDD或VSS来设置器件子地址。

VDD和VSS：分别为电源正、负极。

SCL和SDA：分别为I2C总线的时钟和数据线。

b．数据操作格式
　　 
     8577C有九个寄存器，其操作格式如图2所示。下面就控制寄存器和段字节寄存器加以说明。

●控制寄存器
     控制寄存器用于在微处理机对8577C的一次数据传送过程中装入第二字节（控制字节）。控制字各位含义如下：

 MODE：驱动方式选择位，“0”为选择静态驱动方式；“1”为选择双极驱动方式。
　　 
 BANK：数据选择位，“0”为选择显示A体数据，“1”为选择显示B体数据。
　　 
 V5V4V3：这三位与硬件子地址相对应。若器件的从地址与I2C总线上的从地址相符，且V5V4V3＝A2A1A0，则该器件被选中，此时即可接收总线上送来的数据，并将其装入段字节寄存器，否则不予理睬。在双极驱动方式下，由于A2作BP2，故V5无效。
　　 
V2V1V0：段字节寄存器SBR的地址位，用来决定将段数据写入哪一个SBR。

      用V5～V0可组成段字节向量SBV，它具有自动增量功能。若需一次传送多个段字节数据，可在每装入一个段字节数据后便SBV自动加2（静态方式）或加1（双级方式），以便装入下一个数据；级联时，当一片8577C装满后，SBV自动增量，并指向硬件子地址与之相邻的下一个8577C的SBR。SBV的值可以在111111～000000之间循环滚动。

●段字节寄存器SBR
　　 
       八个SBR可分成两组，地址为偶数的一组称为A体，奇数组称为B体。在静态方式下，要么显示A体数据，要么显示B体数据。可以通过改变BANK位的值来切换显示内容。在双极方式下，八个SBR将同时使用，这时BANK为不关心码，A体对应于BP1，B体对应于BP2。

c．总线操作
　　 
       PCF8577C的总线操作包括从地址和硬件子地址，其中从地址固定为0111010，共七位，是I2C总线委员会分配的。此外，还有三位硬件子地址（A2A1A0）待设定。若应用系统中有多片8577C，则需分别设定不同的硬件子地址来加以区别。选中8577C指的是它的从地址和硬件子地址都被选中。

       其中：起始信号S之后的第一个字节中的最低位是方向位，因8577C只能接收数据，所以该位必须为0；其余七位是从地址。若系统含多片8577C，则每片都会对第一和第二字节作出应答；而段数据字节后的应答信号仅由被选中的芯片产生。数据字节可连续多个。如果仅改变BANK值，而不改变SBR中的内容，则应在控制字节的应答位之后发送停止信号P，这时被选中的芯片将更新BANK。

2．3 显示电路设计
　　 
       利用P87LPC764扩展LCD的接口电路如图3所示。该电路采用静态驱动方式，由P87LPC764单片机访问8片8577C以组成最大级联系统。每片8577C可驱动32段LCD，因此，共可扩展256段LCD。而在级联应用时，只由第一级构成振荡器，以输出背极信号，并对后级进行同步。

3 软件设计
　　 
       该应用电路是一个单主I2C总线系统，数据传送操作只有主发送方式，因而在编程过程中没有检测总线错误。数据发送时，每发送1个字节，都应检测应答信号，如无应答信号，建立标志位F0以重发数据。该电路采用静态方式，显示为A体数据。
           
如果程序中的显示缓冲区30H到7FH单元用来存放字形码，则该I2C总线显示电路的程序清单如下：

4 结束语
　　 
       本文介绍了I2C总线系统中利用典型的LCD驱动控制器件PCF8577C扩展LCD显示器的电路及程序设计。参考本文思路，也可实现动态LCD显示器的扩展。该方法在I2C总线系统中进行人机接口电路设计时具有较好的参考价值。