基于MAX7219驱动芯片的点阵型电梯楼层显示器

2016-08-08广西科技大学鹿山学院周彦明梁伟鄯韦俊权

电子世界 2016年13期

广西科技大学鹿山学院周彦明梁伟鄯韦俊权

广西科技大学鹿山学院周彦明梁伟鄯韦俊权

【摘要】电梯作为一种安装在建筑物内部的特殊交通工具，其与人们日常的生活生产息息相关，人们的生活日益离不开电梯。本文针对电梯的楼层显示需要，设计了一种基于MAX7219的电梯楼层显示器。本文给出了最佳的设计方案实现相应的硬件电路和软件编程。硬件电路通过单片机接收外部开关信号输入的楼层信息和电梯运行方向信息，由MAX7219芯片驱动LED点阵显示信息；软件编程包括有主程序设计和显示驱动的串行数据发送子程序设计。最后，对所设计的基于MAX7219的电梯楼层显示器进行实际测试，通过测试检验系统的可靠性和正确性。

【关键词】电梯显示；MAX7219；单片机；LED点阵

1　引言

电梯是一个综合了多个学科技术的应用型装置，其随着各种相关技术的发展必然也会引起本身的不断改进。电梯中主要包括有轿厢、电机、电梯控制器和电梯显示器几个部分，由于电梯本身设计最重视的是安全可靠，这使得电梯的显示部分跟其他各个部分相比显得不是那么重要，也正是因为如此，电梯的显示部分一直没有得到足够的重视和发展。随着电梯控制器对电梯运行控制效果的提高，人们乘坐电梯的舒适性和安全性都有了明显的改善，相比之下，电梯的显示功能在目前情况下更需要进行研究改善。为了对电梯的显示功能进行更为深入的研究，采用LED发光二极管的点阵方案具有成本低，设计简单，实现容易的特点，不仅应用在电梯楼层显示中，在其他很多领域都有着广泛的应用。在很长一段时间内基于LED点阵都是电梯显示的不二选择。本文设计了一种基于MAX7219的电梯楼层显示器，是对电梯的显示功能进行一种有益的尝试。

2　总体方案设计

根据上述的电梯楼层显示器的各个方案的选择以及系统整体设计的需要，实现了电梯楼层显示器的总体设计方案，如图1所示。

图1　总体设计方案

图2 电梯楼层显示器系统的硬件电路

包含了4个关键模块，它们分别为：电梯楼层信息处理、显示信息控制、显示驱动和按键设置信号采集。

3　硬件电路设计

所设计的电梯楼层显示器系统的硬件电路设计如图2所示，其中硬件设计主要包括有：一片型号为STC89C51的单片机芯片、用于显示楼层信息的8*8 LED点阵、用于驱动LED点阵的MAX7219驱动芯片、复位模块、输入时钟模块、开关输入模块和电源模块。

在图2中，对单片机的控制是通过开关输入的形式实现的，其中楼层开关通过5个拨码开关可以实现最多32层的楼层选择，而两个指示上下楼层箭头则通过2个拨码开关实现，楼层信息的显示则通过两路MAX7219和LED点阵实现。所设计的程序是通过串口接口下载到单片机中，并且可以采用串口对程序进行在线调试。

4　显示驱动模块

MAX7219芯片是一种采用串行输入并行输出的驱动芯片，其通过3个管脚可以与绝大部分的微控制器进行连接通信，而并行输出接口可以连接一个具有8位数的七段数码管或者8*8的LED点阵模块。如图3所示为MAX7219芯片的管脚图和实物图。

MAX7219芯片能够实现对数码管和LED点阵的直接驱动，不需要添加其他的辅助设计，使用方便，广泛的应用于各种仪表的面板和LED点阵的显示中，MAX7219芯片的具体管脚功能如表1所示。

图3　MAX7219芯片的管脚图和实物图

图4　主程序流程图

表1　MAX7219的管脚描述

5　程序设计

5.1主程序设计

如图4所示为电梯楼层显示器的主程序流程，在单片机上电的时候实现开关状态和MAX7219的初始化之后，一直循环捕获7个开关控制输入信息并将电梯楼层信息和电梯运行方向信息通过8*8的LED点阵进行实时显示。

5.2显示驱动子程序设计

单片机主程序中将需要显示的楼层信息和电梯运行方向信息通过该子程序写入到对应的MAX7219显示驱动芯片中。MAX7219芯片用使用者提供了简单的操作接口，通过串行写入数据的方式即可实现对其控制，写入的数据不仅包括LED显示的内容，还有对MAX7219的初始化工作配置，其中串行写入数据的时序图如图5所示。

图5　串行写入数据的时序图

在向MAX7219芯片写入数据之前，LOAD管脚和时钟CLK管脚初始状态处于低电平，在DIN管脚给出数据（D15），并将CLK管脚从低电平变为高电平，在CLK信号的上升沿触发下使得DIN管脚的数据写入到MAX7219芯片内部寄存器中，该过程实现1bit数据的写入，依次循环操作16次，写入16bit的数据之后将LOAD管脚信号从低电平变为高电平，LOAD的上升沿信号触发了MAX7219内部寄存器接收一个完整的16bit输入数据。

其中MAX7219芯片的初始化程序为：