Σε αυτό το πρότζεκτ θα σας πω για τα ολοκληρωμένα κυκλώματα ΜΑΧ7221 και ΜΑΧ7219, που αποτελούν οδηγούς display επτά τμημάτων LED, τα οποία μπορούν να οδηγήσουν μέχρι οκτώ ψηφία. Θα σας πω το πώς επικοινωνούν σειριακά με ένα μικροελεγκτή καθώς επίσης θα σας περιγράψω τις εντολές που δέχονται απ’ αυτόν.

Ο οδηγός display ΜΑΧ7221 είναι συμβατός με το πρωτόκολλο επικοινωνίας SPI το οποίο έχει ένα όριο στη ταχύτητα μεταφοράς δεδομένων για την μείωση της ηλεκτρομαγνητικής εκπομπής (ΕΜΙ). Ο οδηγός MAX7219 χρησιμοποιεί το δικό του σειριακό πρωτόκολλο πανομοιότυπο με εκείνο του ΜΑΧ7221.

Τα ολοκληρωμένα ΜΑΧ7219 και ΜΑΧ7221 περιέχουν από ένα αριθμό από καταχωρητές, όπου κάθε ένας καταχωρητής ελέγχει την λειτουργία και την ένδειξη των ψηφίων του ντισπλέι. Επίσης κάθε ένας καταχωρητής προσπελάζεται με την δικιά του διεύθυνση και περιέχει τα δικά του 8-bit δεδομένα που ορίζουν την λειτουργία για την οποία προορίζεται ο καταχωρητής.

Οι καταχωρητές αυτοί χωρίζονται σε δυο κατηγορίες: α) καταχωρητές ελέγχου που ορίζουν τον έλεγχο και την λειτουργία του οδηγού β) Καταχωρητές ψηφίων που περιέχουν τα δεδομένα του κάθε ψηφίου.

Οι καταχωρητές των ΜΑΧ7219 και ΜΑΧ7221 μπορούν να ελέγξουν τα εξής: τον αριθμό των ψηφίων που χρησιμοποιούνται για απεικόνιση, τον αναλογικό και ψηφιακό έλεγχο φωτεινότητας, , την κατάσταση ελέγχου που φωτίζει όλα τα LEDs, την δυνατότητα αναμονής με χαμηλή κατανάλωση 150μΑ

Κάθε καταχωρητής προσπελαύνεται με ένα πακέτο 16-bit D15-D0 που στέλνει σειριακά ο μικροελεγκτής στον οδηγό display ΜΑΧ7221 ή ΜΑΧ7219. Σε αυτό το 16-bit πακέτο το κάθε bit ονομάζεται D0 έως D15 (βλέπε πίνακα 1) Τα bit στο διάστημα D8-D11 περιέχουν την διεύθυνση του καταχωρητή που θέλουμε να προσπελάσουμε. Τα bit στο διάστημα D0-D7 περιέχουν τα δεδομένα που δέχεται ο καταχωρητής, ενώ τα bit στο διάστημα D12-D15 δεν έχουν σημασία μπορούν να είναι οποιαδήποτε.

Για την αποστολή των δεδομένων ελέγχου στο οδηγό ΜΑΧ7221 ή ΜΑΧ7219 θα πρέπει η διεύθυνση του καταχωρητή που προσπελαύουμε να στέλνεται πρώτα με πρώτο το MSB (D15) και στη συνέχεια το byte δεδομένων του καταχωρητή με πρώτο το MSB (D7).

Καταχωρητές ελέγχου και ψηφίων

Ένας καταχωρητής μπορεί να είναι καταχωρητής ψηφίου ή καταχωρητής ελέγχου. Ο κάθε ένας καταχωρητής προσπελάζεται με τη 16-byte τιμή, όπου τα bits D0 εως D7 αναφέρονται στα δεδομένα και τα D8 εως D11 αποτελούν την διεύθυνση του καταχωρητή. Αυτή η 16-byte τιμή στέλνεται σειριακά στον ΜΑΧ7219 ή ΜΑΧ7221. Στον διπλανό πίνακα 2 φαίνονται οι διευθύνσεις των καταχωρητών ψηφίων και ελέγχου.

Οι καταχωρητές ψηφίων δημιουργούνται με μια 8Χ8 SRAM μέσα στο ολοκληρωμένο κύκλωμα και χρησιμοποιούνται στην απεικόνιση ψηφίων στο display. Οι καταχωρητές ψηφίων προσπελάζονται άμεσα με την διεύθυνση τους, έτσι ώστε τα δεδομένα μεμονωμένων ψηφίων να ανανεώνονται.

Οι καταχωρητές ελέγχου περιλαμβάνουν τον καταχωρητή αποκωδικοποίησης που ορίζει αν τα δεδομένα ενός ψηφίου είναι κωδικοποιημένα, τον καταχωρητή φωτεινότητας της μονάδας απεικόνισης LED, τον καταχωρητή ορίου σάρωσης που ορίζει τον αριθμό των ψηφίων που θα σαρώνονται, τον καταχωρητή τερματισμού λειτουργίας και τον καταχωρητή που κάνει να φωτίζουν όλα τα LEDs.

Κατάσταση αναμονής

Καθώς οι οδηγοί display ΜΑΧ7219 και ΜΑΧ7221 μπαίνουν σε κατάσταση αναμονής, η μονάδα απεικόνισης LED αμαυρώνεται ενώ τα δεδομένα στους καταχωρητές ψηφίων και ελέγχου παραμένουν ανεπηρέαστα. Μπορούμε να θέσουμε τους οδηγούς display ΜΑΧ7219 και ΜΑΧ7221 σε κατάσταση αναμονής για εξοικονόμηση ενέργειας ή όταν θέλουμε να αναβοσβήνει η μονάδα απεικόνισης με είσοδο και έξοδο από την κατάσταση αναμονής. Για να θέσουμε το display σε κατάσταση αναμονής στέλνουμε την διεύθυνση XC και ως δεδομένα την τιμή 0 για αναμονή και την τιμή 1 για κανονική λειτουργία.

Κατάσταση της αρχής της τροφοδοσίας

Μόλις τροφοδοτηθούν με τάση οι οδηγοί ΜΑΧ7219 και ΜΑΧ7221, όλοι οι καταχωρητές ελέγχου τίθενται σε μηδέν, η μονάδα απεικόνισης αμαυρώνεται και οι οδηγοί μπαίνουν σε κατάσταση αναμονής.

Καταχωρητής αποκωδικοποίησης

Ο καταχωρητής αποκωδικοποίησης Decode_Mode Register (Με διεύθυνση = Χ9) ορίζει αποκωδικοποίηση BCD code B (0-9, E, H, L, P, και ) ή οχι αποκωδικοποίηση για κάθε ψηφίο (βλέπε πίνακα 4). Κάθε ένα bit του καταχωρητή αποκωδικοποίησης αντιστοιχεί και σε ένα ψηφίο του display. Λογικό 1 θέτει την αποκωδικοποίηση σε αυτή τη θέση του ψηφίου ενώ λογικό 0 δεν ορίζει αποκωδικοποίηση στο αντίστοιχο ψηφίο.

Όταν χρησιμοποιείται κωδικοποίηση μόνο τα κατώτερα 4-bit δεδομένα στους καταχωρητές ψηφίων υπολογίζονται ενώ τα υψηλότερα bits D4-D6 αγνοούνται. (βλέπε πίνακα 5). Το bit D7 ορίζει την υποδιαστολή (SEG DP) το οποίο είναι ανεξάρτητο από την αποκωδικοποίηση και είναι θετικής λογικής. (D7=1 φωτίζεται η υποδιαστολή)

Όταν δεν έχει επιλεγεί αποκωδικοποίηση, τα δεδομένα στα bits D7-D0 αντιστοιχούν στα ξεχωριστά επτά τμήματα των ψηφίων όταν οδηγούνται από τα ΜΑΧ7219 και ΜΑΧ7221. Ο πίνακας 6 δείχνει την αντιστοιχία των bits του καταχωρητή ψηφίων με τα τμήματα του ψηφίου απεικόνισης όταν δεν έχουμε αποκωδικοποίηση.

Έλεγχος φωτεινότητας του display

Τα ολοκληρωμένα κυκλώματα ΜΑΧ7219 και ΜΑΧ7221 επιτρέπουν την ρύθμιση της φωτεινότητας του display, με μια εξωτερική αντίσταση RSET συνδεδεμένη μεταξύ της τάσης τροφοδοσίας V+ και του ακροδέκτη ISET. Αυτή η αντίσταση μπορεί να είναι σταθερή ή μεταβλητή για την ρύθμιση της φωτεινότητας από την πρόσοψη της κατασκευής. Η μικρότερη τιμή που θα πρέπει να έχει είναι 9,53ΚΩ

Η φωτεινότητα του display μπορεί να ρυθμιστεί ψηφιακά χρησιμοποιώντας τον καταχωρητή φωτεινότητας (διεύθυνση=ΧΑ). Ο ψηφιακός έλεγχος φωτεινότητας του display προκαλείται από τον εσωτερικό διαμορφωτή παλμών, ο οποίος ελέγχεται από την χαμηλότερη τετράδα bits του καταχωρητή φωτεινότητας.

Καταχωρητής αριθμού ψηφίων σάρωσης

Ο καταχωρητής αριθμού ψηφίων σάρωσης Scan-Limit Register (Με διεύθυνση=ΧΒ) ορίζει πόσα ψηφία θα σαρώνονται για την απεικόνιση στο display που μπορεί να είναι από 1 έως 8. Τα ψηφία απεικονίζονται με την μέθοδο πολυπλεξίας, με τυπικό ρυθμό σάρωσης ίσο με 800Ηz όταν και τα οκτώ ψηφία απεικονίζονται. Ο πίνακας 8 δείχνει πως ορίζεται ο καταχωρητής αριθμού ψηφίων σάρωσης.

Εάν ο καταχωρητής αριθμού ψηφίων σάρωσης οριστεί στα τρία ψηφία ή χαμηλότερα, ο driver κάθε ψηφίου θα καταναλώνει αυξημένη ισχύ. Συνεπώς η τιμή της αντίστασης RSET πρέπει να ρυθμιστεί ανάλογα των ψηφίων που απεικονίζονται για την μείωση της κατανάλωσης ισχύος.

Ο καταχωρητής display – test

Ο καταχωρητής ελέγχου-ντισπλέϊ (με διεύθυνση =XF) λειτουργεί σε δυο καταστάσεις: κανονική και έλεγχος-display. Στην κατάσταση έλεγχος-display, φωτίζει όλα τα LEDs αλλά δεν μεταβάλλει όλους τους καταχωρητές ελέγχου και ψηφίων. Ο πίνακας 10 δείχνει πως διαμορφώνεται ο καταχωρητής ελέγχου-display .

Ο καταχωρητής no-op

Ο καταχωρητής no-op (με διεύθυνση =Χ0) χρησιμοποιείται όταν τα MAX7219 ή MAX7221 συνδέονται διαδοχικά. Συνδέουμε όλους τους ακροδέκτες LOAD/CS μαζί και την έξοδο DOUT στην είσοδο DIN του άλλου. Ο ακροδέκτης DOUT είναι τύπου CMOS logic level output που μπορεί να οδηγήσει τον ακροδέκτη DIN της επόμενης βαθμίδας. Για παράδειγμα εάν τέσσερα ΜΑΧ7219 συνδεθούν διαδοχικά, τότε για να γράψουμε στο τέταρτο τσιπ, στέλνουμε την επιθυμητή 16-bit λέξη ακολουθούμενη από τρεις no-op codes.

Επιλογή της αντίστασης RSET

Το ρεύμα ανά τμήμα ψηφίου είναι περίπου 100 φορές το ρεύμα ISET που ρέει από την αντίσταση RSET, που συνδέεται μεταξύ της τροφοδοσίας V+ και του ακροδέκτη ISET. Για να επιλέξεις την αντίσταση RSET δες τον πίνακα 11. Το μέγιστο συνιστώμενο ρεύμα ανά τμήμα για τους οδηγούς ντισπλέϊ ΜΑΧ7221 και ΜΑΧ7219 είναι 40mA.

Σύνδεση τροφοδοσίας

Για να ελαχιστοποιήσουμε την κυμάτωση της τάσης κατά την διάρκεια της λειτουργίας που οφείλονται σε ριπές ρεύματος στα ολοκληρωμένα κυκλώματα ΜΑΧ7219 και ΜΑΧ7221, συνδέουμε ένα ηλεκτρολυτικό πυκνωτή 10μF και ένα κεραμικό πυκνωτή 100nF μεταξύ της τάσης τροφοδοσίας V+ και της γείωσης GND όσο δυνατόν κοντύτερα στα ΜΑΧ7219 ή ΜΑΧ7221.
Η μονάδα απεικόνισης display πρέπει να είναι συνδεδεμένη όσο το δυνατό πιο κοντά στον οδηγό display MAX7221 και ΜΑΧ7219 και οι λοιπές διασυνδέσεις να είναι όσο το δυνατό κοντύτερες για να μειωθεί η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία ΕΜΙ