在P87LPC764單片機I2C總線系統中擴展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。它僅用串行數據線（sda）和串行時鐘線（scl）兩根連線便實現了完善的全雙工同步數據傳送，并可很方便地構成多機系統和外圍器件擴展系統。
　　
本文介紹在p87lpc764單片機中利用i2c總線系統中典型的lcd驅動控制器件pcf8577c來擴展256段靜態lcd的電路設計方法。

2 硬件電路設計

2．1 p87lpc764單片機的i2c總線接口
　　
p87lpc764是philips公司生產的一種小封裝、低成本、高性能的單片機（具體內容見參考文獻2）。它采用80c51加速處理器結構，片內帶有支持i2c總線的硬件接口。當激活i2c總線時，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數據寄存器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行讀寫操作時完全不同。下面分別介紹其讀、寫操作格式。

各位功能如下：
　　
rdat：數據接收位。在scl線的上升沿時由sda線上獲取。讀rdat位時不清除drdy，也不釋放scl線。
　　
atn：當drdy、arl、str或stp中任意一個為1時，atn置1。通過測試atn位可判斷總線上是否發生某類事件。
　　
drdy：數據準備好標志位。在scl上升沿時置位，讀寫i2dat寄存器或向cdr寫入1時清0。 arl：總線仲裁失敗標志位。

str：啟動標志位。當檢測到啟動條件時置1。

stp：停止標志位。當檢測到停止條件時置1。 master：當本器件成為i2c總線主控器時置1。

其中：

cxa：寫入1，清除數據發送狀態。
　　
idle：寫入1，則被控制要檢測到下一位啟動位時才接收總線信息。

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：當裝置為主控制器時，向xstr和cdr寫入1，使i2c總線發送重復啟動位。
　　
xstp：當裝置為主控制器時，向xstp和cdr寫入1，使i2c總線發送停止位。

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，清除定時器1溢出標志。
　　
tirun：寫入1，定時器1開始運行；寫入0，停止定時器1運行并將定時器清0。
　　
ct1和ct0用來決定scl線上高低電平的最小時間。

c．i2dat寄存器

i2dat寄存器的讀、寫格式是不同的。

其中rdat為數據接收位。在scl線的上升沿時從sda中獲取。在從i2dat的rdat中讀數據的同時，可清除drdy和設置發送激活狀態。

其中xdat為數據發送位。下一個要發送的數據寫入此位。寫xdat時，應清除drdy和設置發送激活狀態。

2．2 i2c總線顯示器件pcf8577c

a．引腳功能
　　
pcf8577c是i2c總線系統中典型的lcd驅動控制器件，在靜態方式時可驅動32段lcd；在雙級方式時可驅動64段lcd。若采用多片級聯，則最大可構成256段lcd顯示系統。另外，pcf8577c還具有顯示數據自動增量寫入功能，而且編程十分簡單。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。級聯時可作為同步輸入端，接第一級的bp1信號作為同步信號。
　　
a2／bp2：在靜態驅動方式下，該端作為硬件地址線a2，用于設定8577c的硬件子地址。在雙級驅動方式下，該腳用作第二背極輸出bp2。級聯時則作為同步輸入端，接第一級的bp2信號作為同步信號。在雙極方式下，其硬件子地址僅由a1和a0來決定。

a1：硬件地址線。片內無下拉電路，不可懸空。
　　
a0／osc：該腳需外接電阻電容來構成振蕩器，此時a0被規定為邏輯0，用作硬件地址線。級聯時，除第一級之外，其它各級均不外接電阻電容構成的振蕩器，而應接vdd或vss來設置器件子地址。

vdd和vss：分別為電源正、負極。

scl和sda：分別為i2c總線的時鐘和數據線。

b．數據操作格式
　　
8577c有九個寄存器，其操作格式如圖2所示。下面就控制寄存器和段字節寄存器加以說明。

●控制寄存器

控制寄存器用于在微處理機對8577c的一次數據傳送過程中裝入第二字節（控制字節）。控制字各位含義如下：

mode：驅動方式選擇位，“0”為選擇靜態驅動方式；“1”為選擇雙極驅動方式。
　　
bank：數據選擇位，“0”為選擇顯示a體數據，“1”為選擇顯示b體數據。
　　
v5v4v3：這三位與硬件子地址相對應。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，此時即可接收總線上送來的數據，并將其裝入段字節寄存器，否則不予理睬。在雙極驅動方式下，由于a2作bp2，故v5無效。
　　
v2v1v0：段字節寄存器sbr的地址位，用來決定將段數據寫入哪一個sbr。

用v5～v0可組成段字節向量sbv，它具有自動增量功能。若需一次傳送多個段字節數據，可在每裝入一個段字節數據后便sbv自動加2（靜態方式）或加1（雙級方式），以便裝入下一個數據；級聯時，當一片8577c裝滿后，sbv自動增量，并指向硬件子地址與之相鄰的下一個8577c的sbr。sbv的值可以在111111～000000之間循環滾動。

●段字節寄存器sbr
　　
八個sbr可分成兩組，地址為偶數的一組稱為a體，奇數組稱為b體。在靜態方式下，要么顯示a體數據，要么顯示b體數據。可以通過改變bank位的值來切換顯示內容。在雙極方式下，八個sbr將同時使用，這時bank為不關心碼，a體對應于bp1，b體對應于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總線委員會分配的。此外，還有三位硬件子地址（a2a1a0）待設定。若應用系統中有多片8577c，則需分別設定不同的硬件子地址來加以區別。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s之后的第一個字節中的最低位是方向位，因8577c只能接收數據，所以該位必須為0；其余七位是從地址。若系統含多片8577c，則每片都會對第一和第二字節作出應答；而段數據字節后的應答信號僅由被選中的芯片產生。數據字節可連續多個。如果僅改變bank值，而不改變sbr中的內容，則應在控制字節的應答位之后發送停止信號p，這時被選中的芯片將更新bank。

2．3 顯示電路設計
　　
利用p87lpc764擴展lcd的接口電路如圖3所示。該電路采用靜態驅動方式，由p87lpc764單片機訪問8片8577c以組成最大級聯系統。每片8577c可驅動32段lcd，因此，共可擴展256段lcd。而在級聯應用時，只由第一級構成振蕩器，以輸出背極信號，并對后級進行同步。

3 軟件設計
　　
該應用電路是一個單主i2c總線系統，數據傳送操作只有主發送方式，因而在編程過程中沒有檢測總線錯誤。數據發送時，每發送1個字節，都應檢測應答信號，如無應答信號，建立標志位f0以重發數據。該電路采用靜態方式，顯示為a體數據。

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

4 結束語
　　
本文介紹了i2c總線系統中利用典型的lcd驅動控制器件pcf8577c擴展lcd顯示器的電路及程序設計。參考本文思路，也可實現動態lcd顯示器的擴展。該方法在i2c總線系統中進行人機接口電路設計時具有較好的參考價值。