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。