1. 基于proteus的51单片机开发实例31-MAX7219驱动8位数码管1.1. 实验目的

图1 MAX7219驱动8位数码管

从本实例开始，我们将要学习一系列51单片机项目开发中常用的外设芯片。本实例我们来了解数码管驱动芯片MAX7219的电路设计和程序实现。使用MAX7219芯片驱动8位数码管显示数字。

1.2. 设计思路

首先设计使用MAX7219驱动数码管的电路，了解掌握MAX7219与单片机和数码管的接口电路是如何连接的，然后编程实现单片机通过MAX7219驱动8位数码管显示数字。

1.3. 基础知识

MAX7219是一种常用的数码管驱动芯片，它不但可以节省单片机的I/O口，还可以提供足够的驱动电流点亮数码管显示。

MAX7219是一种串行输入/输出的共阴极显示驱动器，可以驱动8位共阴极数码管，也可以连接64个独立的LED等。MAX7219内部包含了bcd编码器、多路扫描回路、段字驱动器以及一个8*8的静态RAM（用来存储临时数据），还有一个外部寄存器可以用来设置每个段输出的电流的大小。

1.3.1. MAX7219的引脚说明

下图所示是MAX7219的引脚图。我们来详细了解一下MAX7219各引脚的功能。

图2 MAX7219引脚图

DIN：串行数据输入引脚

CLK：时钟输入引脚

DOUT：串行数据输出引脚，用于多片MAX7219级联扩展。

DIG0~DIG7：数码管位选择引脚

LOAD：数据锁存控制引脚，在LOAD上升沿时，片内数据被锁定。

SEGA~SEGG、DP：数码管段驱动引脚，没有输入时为低电平。

ISET：段电流控制引脚，可以通过一个电阻连接到电源来增大段驱动电流，使数码管亮度更高。

VCC、GND：电源、地引脚。

MAX7219使用串行移位方式与51单片机进行通信，其串行数据大小为2字节（这2字节包含4位无效数据、4位地址数据、8位有效数据位）。这些数据从DIN引脚输入，在每一个CLK时钟信号的上升沿被移入内部移位寄存器，然后在LOAD信号的上升沿时，数据被送到数据寄存器或控制寄存器。数据发送过程中按照高位在前、低位在后的原则发送。

1.3.2. MAX7219驱动控制

MAX7219内部有14个可位寻址的数据/控制寄存器，单片机通过这些寄存器控制MAX7219进行各种操作。

这14个寄存器包含：8个数据寄存器（组成一个8*8的内存空间），5个控制寄存器（控制编码模式、显示亮度、扫描限制、关闭模式、显示检测）。

MAX7219的内部寄存器如下图所示。

图3 MAX7219寄存器

MAX7219的模式编码寄存器用于设置对显示内存中的待显示数据进行BCD译码或不译码。当选择编码模式时，其内置的译码器只对数据的第四位D3~D0进行译码，D4~D6无效，D7位用来设置小数点，不受译码器的控制且始终为高电平。

MAX7219可以通过加在VCC和ISET引脚之间的电阻来控制数码管的显示亮度。该电阻最小值是9.53kΩ。显示亮度可以用亮度寄存器的低4位用脉宽调制的方法控制。脉宽调制将段电流平均分为16级。

扫描控制寄存器用来控制需要显示的数码管的位数，最多8位，最低1位。如果数码管少于3位，ISET外加的电阻的大小必须根据显示数据的个数来确定，从而限制个别数据驱动对功耗的浪费。

1.3.3. 51单片机驱动MAX7219的初始化流程

1、设置模式编码寄存器；

2、设置显示亮度寄存器；

3、设置扫描控制寄存器；

4、设置自关闭模式寄存器。

1.4. 电路设计

本实例的电路图如图1所示。单片机的P2.3，P2.4，P2.5端口分别连接MAX7219的DIN，LOAD，CLK引脚。8为共阴极数码管的8个段分别连接MAX7219的SEGA~SEGG、DP。8个位分别连接MAX7219的DIG0~DIG7。MAX7219的ISET引脚通过一个10K电阻连到VCC。

1.5. 程序设计

程序代码如下。根据上一实例中的模块化程序设计方法，将程序分为主程序模块、延时程序模块、MAX7219控制程序模块。

主程序代码

		   //实例72：DS18B20温度检测及其液晶显示#include<reg51.h>    //包含单片机寄存器的头文件#include<intrins.h>  //包含_nop_()函数定义的头文件#include"MAX7219.h"  //#include"Delay.h"  ////MAX7219的输出缓冲unsigned char Disp_Buffer1[8] = {0,0,0,0,0,0,0,0};unsigned char Disp_Buffer2[8] = {0,0,0,0,0,0,0,1};unsigned char Disp_Buffer3[8] = {0,0,0,0,0,0,1,2};unsigned char Disp_Buffer4[8] = {0,0,0,0,0,1,2,3};unsigned char Disp_Buffer5[8] = {0,0,0,0,1,2,3,4};unsigned char Disp_Buffer6[8] = {0,0,0,1,2,3,4,5};unsigned char Disp_Buffer7[8] = {0,0,1,2,3,4,5,6};unsigned char Disp_Buffer8[8] = {0,1,2,3,4,5,6,7};unsigned char Disp_Buffer9[8] = {1,2,3,4,5,6,7,8};/*****************************************************函数功能：主函数***************************************************/  void main(void) {	 	unsigned char i;	 	InitMAX7219();                     //首先初始化MAX7129	DelayMs(1);                       //延时1毫秒  	while(1)	{		for(i=0;i<8;i++)		{			WriteMAX7219(i+1,Disp_Buffer1[i]);      //将显示缓冲区内的数据循环送出		}		DelayMs(800); 						for(i=0;i<8;i++)		{			WriteMAX7219(i+1,Disp_Buffer2[i]);      //		}		DelayMs(800); 			for(i=0;i<8;i++)		{			WriteMAX7219(i+1,Disp_Buffer3[i]);      //		}		DelayMs(800); 				for(i=0;i<8;i++)		{			WriteMAX7219(i+1,Disp_Buffer4[i]);      //		}		DelayMs(800); 			for(i=0;i<8;i++)		{			WriteMAX7219(i+1,Disp_Buffer5[i]);      //		}		DelayMs(800); 				for(i=0;i<8;i++)		{			WriteMAX7219(i+1,Disp_Buffer6[i]);      //		}		DelayMs(800); 			for(i=0;i<8;i++)		{			WriteMAX7219(i+1,Disp_Buffer7[i]);      //		}		DelayMs(800); 				for(i=0;i<8;i++)		{			WriteMAX7219(i+1,Disp_Buffer8[i]);      //		}		DelayMs(800); 			for(i=0;i<8;i++)		{			WriteMAX7219(i+1,Disp_Buffer9[i]);      //		}		DelayMs(800); 	}}

MAX7219.h代码

//MAX7219.hsbit MAX7219DIN= P2^3;                        //MAX7219的数据引脚sbit MAX7219LOAD = P2^4;                      //MAX7219的控制引脚sbit MAX7219CLK = P2^5;                       //MAX7219的时钟引脚//写MAX7219函数，Addr为MAX7219的内部寄存器地址，Dat为待写入的数据void WriteMAX7219(unsigned char MA//MAX7219.c#include<reg51.h>    //包含单片机寄存器的头文件#include<intrins.h>  //包含_nop_()函数定义的头文件#include"MAX7219.h"  //#include"Delay.h"  //extern unsigned char Disp_Buffer[8];//写MAX7219函数，Addr为MAX7219的内部寄存器地址，Dat为待写入的数据void WriteMAX7219(unsigned char MAX7219Addr,unsigned char MAX7219Data){ 	unsigned char i;		MAX7219LOAD = 0;                                         	for(i=0;i<8;i++)                               //先送出8位地址	{	 	MAX7219CLK = 0;                                   //时钟拉低		MAX7219Addr <<= 1;                                  //移位送出地址		MAX7219DIN	= CY;                                    //送出数据		MAX7219CLK = 1;                                   //时钟上升沿		_nop_();		_nop_();		MAX7219CLK = 0;                                   	}	for(i=0;i<8;i++)                              //再送出8位数据	{	 	MAX7219CLK = 0;		MAX7219Data <<= 1;                                  //移位送出数据		MAX7219DIN	= CY;		MAX7219CLK = 1;		_nop_();		_nop_();		MAX7219CLK = 0;		}	MAX7219LOAD = 1;}//MAX7129的初始化函数void InitMAX7219(){ 	WriteMAX7219(0x09,0xff);                 //编码模式寄存器	WriteMAX7219(0x0a,0x07);                 //显示亮度控制	WriteMAX7219(0x0b,0x07);                 //扫描控制	WriteMAX7219(0x0c,0x01);                 //关闭模式控制寄存器设置}X7219Addr,unsigned char MAX7219Data);//MAX7129的初始化函数void InitMAX7219();//MAX7219.c#include<reg51.h>    //包含单片机寄存器的头文件#include<intrins.h>  //包含_nop_()函数定义的头文件#include"MAX7219.h"  //#include"Delay.h"  //extern unsigned char Disp_Buffer[8];//写MAX7219函数，Addr为MAX7219的内部寄存器地址，Dat为待写入的数据void WriteMAX7219(unsigned char MAX7219Addr,unsigned char MAX7219Data){ 	unsigned char i;		MAX7219LOAD = 0;                                         	for(i=0;i<8;i++)                               //先送出8位地址	{	 	MAX7219CLK = 0;                                   //时钟拉低		MAX7219Addr <<= 1;                                  //移位送出地址		MAX7219DIN	= CY;                                    //送出数据		MAX7219CLK = 1;                                   //时钟上升沿		_nop_();		_nop_();		MAX7219CLK = 0;                                   	}	for(i=0;i<8;i++)                              //再送出8位数据	{	 	MAX7219CLK = 0;		MAX7219Data <<= 1;                                  //移位送出数据		MAX7219DIN	= CY;		MAX7219CLK = 1;		_nop_();		_nop_();		MAX7219CLK = 0;		}	MAX7219LOAD = 1;}//MAX7129的初始化函数void InitMAX7219(){ 	WriteMAX7219(0x09,0xff);                 //编码模式寄存器	WriteMAX7219(0x0a,0x07);                 //显示亮度控制	WriteMAX7219(0x0b,0x07);                 //扫描控制	WriteMAX7219(0x0c,0x01);                 //关闭模式控制寄存器设置}

MAX7219.c代码

//MAX7219.c#include<reg51.h>    //包含单片机寄存器的头文件#include<intrins.h>  //包含_nop_()函数定义的头文件#include"MAX7219.h"  //#include"Delay.h"  ////写MAX7219函数，Addr为MAX7219的内部寄存器地址，Dat为待写入的数据void WriteMAX7219(unsigned char MAX7219Addr,unsigned char MAX7219Data){ 	unsigned char i;		MAX7219LOAD = 0;                                         	for(i=0;i<8;i++)                               //先送出8位地址	{	 	MAX7219CLK = 0;                                   //时钟拉低		MAX7219Addr <<= 1;                                  //移位送出地址		MAX7219DIN	= CY;                                    //送出数据		MAX7219CLK = 1;                                   //时钟上升沿		_nop_();		_nop_();		MAX7219CLK = 0;                                   	}	for(i=0;i<8;i++)                              //再送出8位数据	{	 	MAX7219CLK = 0;		MAX7219Data <<= 1;                                  //移位送出数据		MAX7219DIN	= CY;		MAX7219CLK = 1;		_nop_();		_nop_();		MAX7219CLK = 0;		}	MAX7219LOAD = 1;}//MAX7129的初始化函数void InitMAX7219(){ 	WriteMAX7219(0x09,0xff);                 //编码模式寄存器	WriteMAX7219(0x0a,0x07);                 //显示亮度控制	WriteMAX7219(0x0b,0x07);                 //扫描控制	WriteMAX7219(0x0c,0x01);                 //关闭模式控制寄存器设置}

Delay.h代码

//Delay.h/*****************************************************函数功能：延时1ms(3j+2)*i=(3×33+2)×10=1010(微秒)，可以认为是1毫秒***************************************************/void Delay1ms();/*****************************************************函数功能：延时若干毫秒入口参数：n***************************************************/ void DelayMs(unsigned int DelayCounter); 

Delay.c代码

//Delay.c#include<reg51.h>    //包含单片机寄存器的头文件#include<intrins.h>  //包含_nop_()函数定义的头文件#include"Delay.h"  ///*****************************************************函数功能：延时1ms(3j+2)*i=(3×33+2)×10=1010(微秒)，可以认为是1毫秒***************************************************/void Delay1ms(){   unsigned char i,j;			 for(i=0;i<10;i++)	  for(j=0;j<33;j++)	   ;		  }/*****************************************************函数功能：延时若干毫秒入口参数：n***************************************************/ void DelayMs(unsigned int DelayCounter) {   unsigned int i;	 	for(i=0;i<DelayCounter;i++)	   Delay1ms(); } 

在Proteus环境下建立图1所示的电路，将编译完成的hex文件装载到单片机中，开始仿真，观察8位数码管的显示变化情况。

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1.7. 总结

通过本实例，我们学习了数码管驱动芯片MAX7219驱动8位共阴极数码管的电路设计、编程方法。