串行接口LED數碼管及鍵盤管理器件ZLG7289A的原理與應用
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摘要：介紹了LED數碼管及鍵盤管理器ZLG7289A的原理與應用。該芯片具有SPI串行接口，可同時驅動８位共陰式數碼管（或64只獨立LED），還可連接多達６４鍵的鍵盤矩陣，單塊芯片即可完成ＬＥＤ顯示、鍵盤接口等全部功能。文章給出了ZLG7289A的特點、引腳功能、指令說明和經典電路，并以單片機AT89C51為例，給出了其接口電路及相應源程序。
１ 概述
ＺＬＧ７２８９Ａ是廣州周立功單片機發展有限公司自行設計的、具有ＳＰＩ串行接口功能的、可同時驅動８位共陰式數碼管(或６４只獨立ＬＥＤ)的智能顯示驅動芯片。該芯片同時可連接多達６４鍵的鍵盤矩陣。單塊芯片即可完成ＬＥＤ顯示以及鍵盤接口的全部功能。
ＺＬＧ７２８９Ａ內部含有譯碼器，可直接接收ＢＣＤ碼或１６進制碼,并同時具有２種譯碼方式,此外還具有多種控制指令，如消隱、閃爍、左移、右移、段尋址等。
通過ＺＬＧ７２８９Ａ自身所具有的片選信號，可以方便地實現多于８ 位顯示或多于６４ 鍵的鍵盤接口。該芯片的主要特性如下：
●帶有串行接口，無需外圍元件即可直接驅動ＬＥＤ；
●各位可獨立控制譯碼／不譯碼及消隱和閃爍屬性；
●具有(循環)左移／(循環)右移指令；
●具有段尋址指令,可方便地控制獨立的ＬＥＤ顯示器；
●內含６４鍵鍵盤控制器以及去抖動電路；
●可完全替代其它公司的８２７９、８１５５、８２５５等系列顯示器件。
２ 引腳說明
ＺＬＧ７２８９Ａ芯片具有標準的ＤＩＰ２８和ＳＯＩＣ２８兩種封裝形式。其引腳排列如圖１所示，各引腳的功能說明見表１所列。
表1 ZLG7289A引腳功能說明
| 引 腳 | 名 稱 | 說 明 |
| 1，2 | VDD | 正電源 |
| 3，5 | NC | 不連接，必須懸空 |
| 4 | VSS | 接地 |
| 6 | CS | 片選輸入。此腳為低電平時，可向芯片發送指令及讀取鍵盤數據 |
| 7 | CLK | 同步時鐘輸入端。向芯片發送數據及讀取鍵盤數據時，此引腳電平上升沿表示數據有效 |
| 8 | DATA | 串行數據輸入/輸出端。當芯片接收指令時，此引腳為輸入端；當讀取鍵盤數據時，此引腳在讀指令最后一個時鐘的下降沿變為輸出端。 |
| 9 | KEY | 按鍵有效輸出端。平時為高電平，當檢測到有效按鍵時，此引腳變為低電平 |
| 10～16 | SG～SA | 段ga驅動輸出 |
| 17 | DP | 小數點驅動輸出 |
| 18～25 | DIG0～DIG7 | 數字0～7驅動輸出 |
| 26 | CLKOUT | 振蕩輸出端 |
| 27 | RC | RC振蕩器連接端 |
| 28 | RESET | 復位端。低電平有效，當RESET端由低電平變為高電平后，ZLG7289A大約經過18～25ms的時間才會進入正常工作狀態 |
３ 控制指令說明
ＺＬＧ７２８９Ａ 的控制指令分為二大類：純指令和帶有數據的指令。
３．１ 純指令
純指令包括復位（清除）指令（０Ａ４Ｈ）、測試指令（０ＢＦＨ）、左移指令（０Ａ１Ｈ）、 右移指令（０Ａ０Ｈ）、 循環左移指令（０Ａ３Ｈ）、 循環右移指令（０Ａ２Ｈ）等。下面以復位（清除）指令（０Ａ４Ｈ）為例來進行說明，該指令的格式如下：
| D7 | D6 | D5 | D4 | D3 | D2 | D1 | D0 |
| 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 |
當ＺＬＧ７２８９Ａ 接收到該指令后，將所有的顯示清除，所有設置的字符消隱、閃爍等屬性也被一起清除。執行該指令后，芯片所處的狀態與系統上電后所處的狀態一樣。
３．２ 帶有數據的指令
(１)下載數據且按方式０譯碼指令
該指令的格式如下：
| 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 |
該命令由二個字節組成。前半部分為指令，其中ａ２ ａ１ ａ０ 為位地址，ｄ０～ｄ３為數據。具體分配方式如表２所列。當系統接收到此指令時(ＺＬＧ７２８９Ａ將按譯碼方式０進行譯碼)具體的譯碼方式如表３所列。小數點的顯示可由ＤＰ位控制，ＤＰ為１時，小數點顯示，ＤＰ為０時，小數點不顯示。在該指令格式中，ｘ表示沒有影響。
表2 位地址分配表
| a2 | a1 | a0 | 顯示位 |
| 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 譯碼方式表
| d0～d3 | d3 | d2 | d1 | d0 | 7段顯示 |
| 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 | 空無顯示 |
(２)下載數據且按方式１譯碼指令
這種指令與上一個指令基本相同。所不同的是，該指令的ｄ０～ｄ３對應的數據位０ＡＨ～０ＦＨ分別為七段顯示中的Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ。該指令的具體格式如下：
| 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) 讀鍵盤數據指令
該指令從ＺＬＧ７２８９Ａ讀出當前的按鍵代碼，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 |
與其它指令不同的是，此命令的前一個字節０００１０１０Ｂ 為單片機傳送到ＺＬＧ７２８９Ａ的指令，而后一個字節ｄ０～ｄ７則為ＺＬＧ７２８９Ａ返回的按鍵代碼。 其范圍為０～３ＦＨ（無鍵按下時為０ｘＦＦ）。在此指令的前半段，ＺＬＧ７２８９Ａ 的ＤＡＴＡ 引腳處于高阻輸入狀態，可以用來接收來自微處理器的指令；在指令的后半段，ＤＡＴＡ 引腳從輸入狀態轉為輸出狀態，此時將輸出鍵盤代碼的值。故微處理器連接到ＤＡＴＡ 引腳的Ｉ／Ｏ口應當有一個從輸出態到輸入態的轉換過程。
當ＺＬＧ７２８９Ａ檢測到有效的按鍵時，ＫＥＹ 腳將從高電平變為低電平，并一直保持到按鍵結束。在此期間，如果ＺＬＧ７２８９Ａ 接收到“讀鍵盤數據指令”，則輸出當前按鍵的鍵盤代碼；如果在接收到“讀鍵盤數據指令”時沒有有效按鍵，ＺＬＧ７２８９Ａ將輸出ＦＦＨ（１１１１１１１１Ｂ）。
（４）其它指令
除以上幾個指令外，ＺＬＧ７２８９Ａ還具有下載數據但不譯碼、閃爍控制、消隱控制、段點亮指令、段關閉等指令，限于篇幅，此處不再詳述。
圖2
４ 典型應用
ＺＬＧ７２８９Ａ 的典型應用電路如圖２所示，圖中，ＺＬＧ７２８９Ａ 應連接共陰式數碼管，應用中無需用到的數碼管和鍵盤可以不連接，因而可省去數碼管。此外，設置消隱屬性也不會影響鍵盤的使用。
由于ＺＬＧ７２８９采用的是循環掃描的工作方式，因此，如果采用普通的數碼管，亮度可能不夠，故應采用高亮度或超高亮度的數碼管，且尺寸也不宜選的過大，一般字符高度不超過１ 英寸，如使用大型的數碼管，則應選用適當的驅動電路。
ＺＬＧ７２８９Ａ的ＲＥＳＥＴ復位端在一般情況下，可以直接和ＶＣＣ相連；而在需要較高可靠性的情況下，則可以連接外部復位電路或直接由ＭＣＵ 控制。在上電或ＲＥＳＥＴ 端由低電平變為高電平后，通常要經過大約１８～２５ｍｓ的時間，ＺＬＧ７２８９Ａ才會進入正常工作狀態。
圖3
５ 應用實例
圖３是以ＡＴ８９Ｃ５１單片機為例給出的ＺＬＧ７２８９Ａ與單片機的接口電路。圖中，ＡＴ８９Ｃ５１所用時鐘頻率為１２ＭＨｚ?如果使用不同的ＣＰＵ時鐘頻率，則應注意調整延時時間。下面給出的是該系統的部分程序：
；＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊ＲＡＭ定義
ＢＩＴ_ＣＯＵＮＴ ＤＡＴＡ ０７ＦＨ
ＴＩＭＥＲ ＤＡＴＡ ０７ＥＨ
ＴＩＭＥＲ１ ＤＡＴＡ ０７ＤＨ
ＴＥＮ ＤＡＴＡ ０７ＣＨ
ＤＡＴＡ_ＩＮ ＤＡＴＡ ０２０Ｈ
ＤＡＴＡ_ＯＵＴ ＤＡＴＡ ０２１Ｈ
；＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊Ｉ／Ｏ定義
ＤＡＴ ＢＩＴ Ｐ０．６ ;ＺＬＧ８２７９Ａ的 ＤＡＴＡ，連接ＡＴ８９Ｃ５１的Ｐ０．６
ＫＥＹ ＢＩＴ Ｐ０．７ ?； ＺＬＧ８２７９Ａ的ＫＥＹ，連接ＡＴ８９Ｃ５１的Ｐ０．７
ＣＳ ＢＩＴ Ｐ０．４ ?； ＺＬＧ８２７９Ａ的ＣＳ，連接ＡＴ８９Ｃ５１的Ｐ０．４
ＣＬＫ ＢＩＴ Ｐ０．５ ?； ＺＬＧ８２７９Ａ的ＣＬＫ，連接ＡＴ８９Ｃ５１的Ｐ０．５
ＯＲＧ ００００Ｈ
ＡＪＭＰ ＳＴＡＲＴ
ＯＲＧ ００３０Ｈ
ＳＴＡＲＴ：ＭＯＶ ＳＰ，＃２ＦＨ ?；堆棧定義
ＭＯＶ Ｐ１，＃１１０１１０１１Ｂ ?；Ｉ／Ｏ初始化
ＭＯＶ ＴＩＭＥＲ，＃５０ ? ；２５ｍｓ定時
ＳＴＡＲＴ_ＤＥＬＡＹ： ＭＯＶ ＴＩＭＥＲ１，＃２５５
ＳＴＡＲＴ_ＤＥＬＡＹ１： ＤＪＮＺ ＴＩＭＥＲ１，ＳＴＡＲＴ_ＤＥＬＡＹ１
ＤＪＮＺ ＴＩＭＥＲ，ＳＴＡＲＴ_ＤＥＬＡＹ
ＭＯＶ ＤＡＴＡ_ＯＵＴ,＃１０１００１００Ｂ ?;復位指令
ＣＡＬＬ ＳＥＮＤ ；發指令到ＺＬＧ８２７９Ａ
ＳＥＴＢ ＣＳ ?;恢復ＣＳ高電平
ＭＡＩＮ:ＪＢ ＫＥＹ,ＭＡＩＮ ?;是否有鍵按下
ＭＯＶ ＤＡＴＡ_ＯＵＴ,＃０００１０１０１Ｂ ? ;有鍵按下，發讀鍵盤指令
ＣＡＬＬ ＳＥＮＤ
ＣＡＬＬ ＲＥＣＥＩＶＥ
ＳＥＴＢ ＣＳ ? ;ＣＳ置高電平
ＭＯＶ Ｂ,＃１０ ?;１６進制到ＢＣＤ碼轉換
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 ;下載數據且譯碼指令
ＣＡＬＬ ＳＥＮＤ
ＭＯＶ ＤＡＴＡ_ＯＵＴ,ＴＥＮ ?;發送十位數字到ＺＬＧ８２７９Ａ
ＣＡＬＬ ＳＥＮＤ
ＭＯＶ ＤＡＴＡ_ＯＵＴ,＃１０００００００Ｂ ;下載數據且譯碼指令
ＣＡＬＬ ＳＥＮＤ
ＭＯＶ ＤＡＴＡ_ＯＵＴ,Ｂ ?;發送個位數字到ＺＬＧ８２７９Ａ;
ＣＡＬＬ ＳＥＮＤ
ＳＥＴＢ ＣＳ
ＷＡＩＴ:ＪＮＢ ＫＥＹ,ＷＡＩＴ ?;等待按鍵松開
ＪＭＰ ＭＡＩＮ
；＊＊＊＊ 發送一個字節到ＺＬＧ８２７９Ａ，高位在前
ＳＥＮＤ： ＭＯＶ ＢＩＴ_ＣＯＵＮＴ，＃８ ?；記數器設定
ＣＬＲ ＣＳ ? ；ＣＳ置低電平
ＣＡＬＬ ＬＯＮＧ_ＤＥＬＡＹ ；長延時子程序
ＳＥＮＤ_ＬＯＯＰ：ＭＯＶ Ｃ，ＤＡＴＡ ＯＵＴ．７ ；輸出１位
ＭＯＶ ＤＡＴ，Ｃ
ＳＥＴＢ ＣＬＫ ?；ＣＬＫ置高電平
ＭＯＶ Ａ，ＤＡＴＡ_ＯＵＴ ；待發送數據左移
ＲＬ Ａ
ＭＯＶ ＤＡＴＡ_ＯＵＴ，Ａ
ＣＡＬＬ ＳＨＯＲＴ_ＤＥＬＡＹ ?； 短延時子程序
ＣＬＲ ＣＬＫ ?； ＣＬＫ置低電平
ＣＡＬＬ ＳＨＯＲＴ_ＤＥＬＡＹ
ＤＪＮＺ ＢＩＴ_ＣＯＵＮＴ，ＳＥＮＤ_ＬＯＯＰ ；８位是否發送完畢
ＣＬＲ ＤＡＴ ?；發送完畢，返回
ＲＥＴ
；＊＊＊接收一個字節到ＺＬＧ８２７９Ａ，高位在前
ＲＥＣＥＩＶＥ：ＭＯＶ ＢＩＴ_ＣＯＵＮＴ，＃８ ；記數器設定
ＳＥＴＢ ＤＡＴ ?；設定Ｐ１．２（ＤＡＴＡ）為高電平輸入狀態
ＣＡＬＬ ＬＯＮＧ_ＤＥＬＡＹ ；
ＲＥＣＥＩＶＥ_ＬＯＯＰ: ＳＥＴＢ ＣＬＫ ?; ＣＬＫ置高電平
ＣＡＬＬ ＳＨＯＲＴ_ＤＥＬＡＹ
ＭＯＶ Ａ,ＤＡＴＡ_ＩＮ ?;數據左移
ＲＬ Ａ
ＭＯＶ ＤＡＴＡ_ＩＮ,Ａ
ＭＯＶ Ｃ,ＤＡＴ ;讀取一位數據
ＭＯＶ ＤＡＴＡ_ＩＮ．０,Ｃ
ＣＬＲ ＣＬＫ
ＣＡＬＬ ＳＨＯＲＴ_ＤＥＬＡＹ
ＤＪＮＺ ＢＩＴ_ＣＯＵＮＴ,ＲＥＣＥＩＶＥ_ＬＯＯＰ ?; ８位是否接收完畢
ＣＬＲ ＤＡＴ ; 重設ＤＡＴ口為低電平（輸出狀態）
ＲＥＴ
；＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊延時子程序
ＬＯＮＧ_ＤＥＬＡＹ: ＭＯＶ ＴＩＭＥＲ,＃２５ ;設定延時時間為５０μｓ
ＤＥＬＡＹ_ＬＯＯＰ: ＤＪＮＺ ＴＩＭＥＲ,ＤＥＬＡＹ_ＬＯＯＰ
ＲＥＴ
ＳＨＯＲＴ_ＤＥＬＡＹ:ＭＯＶ ＴＩＭＥＲ,＃４ ;設定延時時間為５０μｓ
ＳＨＯＲＴ_ＬＰ: ＤＪＮＺ ＴＩＭＥＲ,ＳＨＯＲＴ_ＬＰ
ＲＥＴ
ＥＮＤ
６ 結束語
ＺＬＧ８２７９Ａ具有的特點和豐富的指令系統，使得由其組成的ＬＥＤ顯示和鍵盤電路具有外圍電路簡單，功能強大，使用方便，可靠性高，與ＭＣＵ接口簡單等特點，是ＬＥＤ顯示和鍵盤電路的首選器件。筆者利用該芯片制作的“學生提問指示儀”，經使用，效果良好。
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