在P87LPC764單片機I2C總線系統中擴展LCD顯示器

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。