摘 要：本文簡述了PCF8576的工作原理，并給出了BF531與PCF8576的連接方法和軟件設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞：I2C總線；Blackfin531；液晶顯示
引言
本文將結(jié)合一個(gè)具體的實(shí)例來說明如何實(shí)現(xiàn)BF531與LCD驅(qū)動(dòng)芯片PCF8576的接口，以及用BF53x自帶的PF口模擬實(shí)現(xiàn)I2C通信，并且選擇結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的C語言來表示模擬通信協(xié)議的各個(gè)部分，可以方便地更改各種參數(shù)。
PCF8576簡介
PCF8576為帶有I2C總線接口的字符式LCD驅(qū)動(dòng)/控制器，它有4個(gè)背極輸出和40個(gè)顯示段輸出，因此，最多可驅(qū)動(dòng)160個(gè)LCD顯示段。PCF8576可以級(jí)聯(lián)以適應(yīng)驅(qū)動(dòng)較大規(guī)模的LCD顯示器，通過I2C總線接口，除了可以與具有I2C總線接口的MCU 相連外，通過I2C總線的模擬，也可以通過MCU的通用I/O口與之相連。PCF8576內(nèi)部設(shè)置的顯示RAM以及子地址的自動(dòng)增量和顯示方式可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換，使其通信控制量減少到最小。
圖1 PCF8576的典型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
圖2 I2C協(xié)議軟件流程圖
BF531與PCF8576
的硬件連接
選擇點(diǎn)陣液晶片作為某工業(yè)高精度計(jì)量系統(tǒng)的顯示媒介，采用PCF8576作為驅(qū)動(dòng)芯片。因?yàn)镻CF8576的外設(shè)連接相對(duì)來說比較簡單，與Blackfin 53x 系列高性能DSP相連無需特別的接口電路。而I2C總線中有兩條雙向傳輸線：SDA(串行數(shù)據(jù)線)和SCL(串行時(shí)鐘線)。由于BF531沒有專用的支持 I2C協(xié)議的接口，因此，為了適應(yīng)雙向傳輸?shù)男枰饔肂F531上的可編程端口PF10和PF11，分別作為SDA和SCL線使用。其中BF531側(cè)設(shè)置將在后面詳細(xì)介紹。BF531與PCF8576以及點(diǎn)陣式液晶片連接的硬件原理圖如圖1所示。
為了提高DSP的PF口的驅(qū)動(dòng)能力，在電路中必須增加上拉電阻。在圖1中，A0、A1、A2是I2C總線子地址輸入；SA0作為I2C總線地址位0輸入。Vss為邏輯地，Vlcd是LCD電源電壓。在點(diǎn)陣式液晶片部分，BP0~BP3是LCD背極輸出，類似于行選信號(hào)線，而S0~S39則是LCD段輸出，等同于列選信號(hào)線。用行信號(hào)線和列信號(hào)線搭配驅(qū)動(dòng)，就可以驅(qū)動(dòng)點(diǎn)陣式液晶上任意的圖形段碼。
I2C 總線系統(tǒng)中，PCF8576 只能作為從器件節(jié)點(diǎn)，唯一的數(shù)據(jù)輸出是器件的應(yīng)答信號(hào)。I2C 總線對(duì)系統(tǒng)中PCF8576 的選擇取決于I2C 總線的從地址、傳送指令數(shù)據(jù)以及硬件子地址。在單個(gè)器件應(yīng)用中，硬件子地址輸入A0、A1、A2 正常地連到VSS 上，并定義為硬件子地址0。在多個(gè)器件應(yīng)用中，A0、A1、A2 按照二進(jìn)制編碼連到VSS 或VDD 上，不會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)器件共用一個(gè)子地址的情況，并具有相同的硬件子地址。
PCF8576 的I2C總線從地址為0111000 和0111001，其從地址位的最后一位為SA0。每個(gè)PCF8576 可通過特殊指令尋址，因此，I2C總線上的這兩類PCF8576 能區(qū)別出來，并允許在大量使用時(shí)，總線上可掛接16個(gè)PCF8576；在相同的總線上可使用兩種LCD 的組合。
發(fā)送一個(gè)起始條件后，緊接著發(fā)送兩個(gè)PCF8576 從地址中的一個(gè)。所有SA0 電平相同的PCF8576 同時(shí)響應(yīng)從地址，但所有與SA0 電平不同的PCF8576與I2C 總線的通信無關(guān)。在尋址確認(rèn)之后為一個(gè)或多個(gè)(m≥1 個(gè)字節(jié))指令字節(jié)(COMAND)，用來定義所尋址的PCF8576的狀態(tài)，指令字節(jié)中的最高位C=0 時(shí)，表明該字節(jié)為最后一個(gè)指令字節(jié)。
最后一個(gè)指令字節(jié)之后為一系列顯示數(shù)據(jù)字節(jié)(DIS DATA)，這些顯示數(shù)據(jù)存放在顯示RAM 中由數(shù)據(jù)指針和子地址計(jì)數(shù)器指示的地址上。數(shù)據(jù)指針和子地址計(jì)數(shù)器可自動(dòng)變更，數(shù)據(jù)直接裝載到指定的PCF8576上，在每個(gè)字節(jié)之后的應(yīng)答位由A2、 A1、A0 尋址的PCF8576 提供，在主控器發(fā)送完最后一個(gè)字節(jié)后，產(chǎn)生一個(gè)終止條件P。
軟件及寄存器配置方案
根據(jù)I2C總線的傳輸協(xié)議規(guī)范和PCF8576等硬件組成，可以得到用PF口模擬PCF8576上I2C通信協(xié)議的軟件流程，如圖2所示。
要利用PF口模擬I2C總線的傳輸協(xié)議規(guī)范，就要對(duì)PF口對(duì)應(yīng)的寄存器進(jìn)行配置。 BLACKFIN系列DSP支持16個(gè)雙向可編程標(biāo)志PF(或通用I/O引腳PF [15:0] )。每個(gè)引腳都可以通過標(biāo)志方向寄存器(FIO_DIR)單獨(dú)地配置為輸入或輸出方式。當(dāng)配置為輸出方式時(shí)，寫入到標(biāo)志置位(FIO_FLAG_S)和標(biāo)志復(fù)位(FIO_FLAG_C)寄存器的狀態(tài)值決定了由輸出PF引腳驅(qū)動(dòng)的狀態(tài)。讀標(biāo)志置位或標(biāo)志復(fù)位寄存器時(shí)，不管配置成輸入還是輸出狀態(tài)，都會(huì)返回各個(gè)引腳的狀態(tài)。對(duì)于PF口的配置，事實(shí)上是對(duì)可編程標(biāo)志存儲(chǔ)器映射寄存器(MMR)進(jìn)行配置。
可編程標(biāo)志寄存器是系統(tǒng)存儲(chǔ)器映射寄存器的一部分。BLACKFIN內(nèi)核通過系統(tǒng)總線訪問標(biāo)志配置寄存器。要使PFx口按要求工作，則需要設(shè)置BF531以下幾個(gè)標(biāo)志配置寄存器的值。
1. 標(biāo)志方向寄存器(FIO_DIR)是一個(gè)可讀/可寫寄存器。每一位對(duì)應(yīng)一個(gè)PF引腳。邏輯1將PF引腳配置為輸出，0則配置為輸入。在復(fù)位時(shí)，其值為0x0000，即在復(fù)位時(shí)，所有的PFx引腳都為輸入。
2. 標(biāo)志置位寄存器(FIO_FLAG_S)和標(biāo)志清除寄存器(FIO_FLAG_C)用來檢測定義為輸入的PF引腳的電平和設(shè)置為輸出的PF引腳的狀態(tài)，并可以用來清除由PF引腳產(chǎn)生的中斷。這兩個(gè)寄存器的每一位對(duì)應(yīng)一個(gè)PF引腳。讀取這兩個(gè)寄存器的值，都可以返回PF引腳的值。返回的值表示輸出PF引腳的狀態(tài)以及輸入PF引腳的電平，這些值都是基于每個(gè)引腳的極性和觸發(fā)方式配置的。
標(biāo)志置位寄存器是寫1時(shí)置位的寄存器，而標(biāo)志清除寄存器是寫1時(shí)清除的寄存器。這兩個(gè)寄存器用來設(shè)置和清除每一個(gè)輸出PF引腳狀態(tài)及從每一個(gè)輸入PF引腳捕獲的鎖存中斷狀態(tài)。這種機(jī)制提供了更直接的編程方式，相對(duì)于傳統(tǒng)的讀－修改－寫機(jī)制，減少了位操作錯(cuò)誤。
3. 當(dāng)處于寫狀態(tài)時(shí)，標(biāo)志數(shù)值寄存器(FIO_FLAG_D)可以直接指定所有PF的狀態(tài)，當(dāng)處于讀狀態(tài)時(shí)，標(biāo)志數(shù)值寄存器能夠返回所有PF引腳的值。
MMR配置方法即為PF口方向及初始狀態(tài)設(shè)置。設(shè)置對(duì)應(yīng)FIO_DIR寄存器的引腳位為高電平，即令bit10和bit11位置1。設(shè)置FIO_FLAG_D寄存器的引腳全為低電平。
DSP側(cè)模擬I2C程序配置實(shí)例
以圖2軟件設(shè)計(jì)為主要框架，在高精度測量儀表設(shè)計(jì)中完成了BF531與PCF8576的I2C總線連接與操作。限于篇幅，程序代碼和部分參考程序不在此詳述。均是在ADI公司推薦的專用Blackfin DSP編譯工具VisualDSP++4.0上編譯通過，實(shí)現(xiàn)了BF531通過控制PCF8576對(duì)儀器使用的點(diǎn)陣式液晶片的操作。
注意事項(xiàng)：在 I2C總線協(xié)議中，對(duì)SCL和SDA的高、低電平和上升、下降沿的時(shí)間有較嚴(yán)格的要求。因此，程序中的檢測應(yīng)答信號(hào)(GetSDATA)和時(shí)間中斷信號(hào) (STOP)是很重要的，這兩個(gè)子程序在其它各部分程序中均有體現(xiàn)。此外，程序中涉及到的延時(shí)短可以根據(jù)具體設(shè)備進(jìn)行調(diào)整。
依照此設(shè)計(jì)，完全能夠?qū)崿F(xiàn)其它I2C總線設(shè)備與DSP BF531的連接，對(duì)于其它類型的DSP芯片I2C總線傳輸協(xié)議的模擬實(shí)現(xiàn)也有很大的參考價(jià)值。
