S3F9454

S3F9454，在S3F9454可用于專用控制功能于一身的多種應(yīng)用，而且對(duì)于應(yīng)用設(shè)計(jì)的FRS或等該S3F9454單芯片8位微控制器是制作中，采用先進(jìn)的CMOS工藝。它是建立在強(qiáng)大的SAM88RCRI CPU核心。

停止和空閑掉電模式進(jìn)行實(shí)施，以減少電力消耗。為了提高芯片寄存器空間，內(nèi)部寄存器文件大小在邏輯上擴(kuò)大。該S3F9454有4K的程序ROM字節(jié)和208字節(jié)的RAM（包括16和16的工作寄存器字節(jié)液晶顯示RAM字節(jié)）。

3f9454 是一種高性能低價(jià)位單片機(jī)。但因其引腳少，給系統(tǒng)設(shè)計(jì)尤其是led 顯示接口電路的設(shè)計(jì)帶來(lái)一定難度，采用串入并出移位寄存器741S164 圓滿地解決了這一問(wèn)題。介紹了接口電路的構(gòu)成原理與軟件實(shí)現(xiàn)。實(shí)際運(yùn)行表明，控制電路可成功地應(yīng)用到3f9454 單片機(jī)為核心的智能儀表中。

三星S3F9454單片機(jī)是一款單片8位CMOS型微控制器，它向用戶提供高效快速的CPU處理，豐富的外圍接口，以及各種類型的可編程ROM。它的數(shù)據(jù)/地址總線結(jié)構(gòu)和為編程I/O口提供了一個(gè)靈活的編程環(huán)境，能夠滿足不同用戶對(duì)存儲(chǔ)器和I/O口的要求。但它的引腳只有20個(gè)，即并行I/O端口較少。如何利用這較少的幾根口線，連接成穩(wěn)定可靠的LED數(shù)碼管顯示電路，就是以S3F9454單片機(jī)為核心的應(yīng)用電路所要解決的瓶頸問(wèn)題。

我們采用74LS164這個(gè)串入并出的移位寄存器，很好地解決了S3F9454與LED數(shù)碼管的顯示接口電路及按鈕控制電路問(wèn)題。

一、硬件實(shí)現(xiàn)

1.單片機(jī)完全雙向的I/O引腳

一個(gè)I/O口可以被看作是單片機(jī)最小的一個(gè)外圍功能模塊。通過(guò)它可使單片機(jī)檢測(cè)各種信號(hào)或控制其他電路和器件。S3F9454單片機(jī)的一個(gè)典型的I/O端口既可以設(shè)置為數(shù)字信號(hào)輸出，又可以作為數(shù)字信號(hào)輸入，是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的雙向端口。作為輸出時(shí)，可以提供很強(qiáng)的負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力，高電平輸出時(shí)的拉出電流和低電平輸出時(shí)的灌入電流都可以達(dá)到25mA;作為輸入時(shí)，端口呈現(xiàn)極高的輸入阻抗，由端口引入的輸入漏電流不超過(guò)1μA，對(duì)輸入的信號(hào)來(lái)說(shuō)此端口基本可視為開(kāi)路或浮空狀態(tài)。這種輸入/輸出的狀態(tài)選擇完全是由用戶軟件自由設(shè)定的，且每一個(gè)引腳都可以各自獨(dú)立設(shè)定，互不影響。

2.74LS164工作原理

74LS164為TTL單向8位移位寄存器，可實(shí)現(xiàn)串行輸入，并行輸出，如圖1所示。其中A、B（第1、2腳）為串行數(shù)據(jù)輸入端，2個(gè)引腳按邏輯與運(yùn)算規(guī)律輸入信號(hào)，共一個(gè)輸入信號(hào)時(shí)可并接。CP（第8腳）為時(shí)鐘輸入端，可連接到單片機(jī)時(shí)鐘控制端。每一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)的上升沿加到CP端時(shí)，移位寄存器移一位，8個(gè)時(shí)鐘脈沖過(guò)后，8位二進(jìn)制數(shù)全部移入74LS164中。MR（第9腳）為復(fù)位端，當(dāng)R=0時(shí)，移位寄存器各位復(fù)0，只有當(dāng)R=1時(shí)，時(shí)鐘脈沖才起作用。Q1…Q8（第3-6和10-13引腳）并行輸出端分別接到LED顯示器的各段對(duì)應(yīng)的引腳上。

3.硬件電路

電路中包含8位待顯示的LED數(shù)碼管，8個(gè)LED指示燈及6個(gè)按鈕，S3F9454在完成其他功能之余，余下的并行I/O口線不足8根，數(shù)據(jù)的并行輸出已不可能，但可以考慮串行輸出方法。該電路利用兩片74LS164實(shí)現(xiàn)以上功能的需要，其中一片74LS164實(shí)現(xiàn)8位LED數(shù)碼管的片選，另外一片74LS164實(shí)現(xiàn)8位LED數(shù)碼管段位顯示，利用單片機(jī)的完全雙向I/O端口，實(shí)現(xiàn)幾個(gè)按鈕的功能。其工作過(guò)程如下：

（1）顯示部分。S3F9454利用2個(gè)單獨(dú)端口分別接74LS164的數(shù)據(jù)及時(shí)鐘控制端口，在移位時(shí)鐘的作用下，74LS164數(shù)據(jù)控制端口發(fā)送緩沖器的數(shù)據(jù)一位一位地移入74LS164中，在軟件的控制下作為數(shù)碼管位選信號(hào);利用另外2個(gè)單獨(dú)端口分別接74LS164的數(shù)據(jù)及時(shí)鐘那個(gè)控制端口，作為數(shù)碼管的段選信號(hào)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的顯示。本文電路的獨(dú)特之處在于利用單片機(jī)的完全雙向I/O端口，改變以往串接鎖存器或三態(tài)門的做法。

（2）按鈕控制部分。如圖2所示為節(jié)省I/O管腳開(kāi)支，利用單片機(jī)管腳輸入輸出分時(shí)復(fù)用功能實(shí)現(xiàn)按鈕與顯示功能。平時(shí)單片機(jī)段位顯示管腳處于輸出狀態(tài)，通過(guò)74LS164控制數(shù)碼管的顯示內(nèi)容，當(dāng)需要按鍵檢測(cè)時(shí)，把P0.2管腳改成輸入模式。經(jīng)電阻限流后，LED中幾乎沒(méi)有電流流過(guò)，這就保證了圖2中A點(diǎn)電壓在按鍵沒(méi)有按下時(shí)為高電平。一旦按鍵按下，經(jīng)過(guò)R1與R3電阻的分壓，A點(diǎn)上的電壓值降為0.5V左右，端口上讀到的結(jié)果為低電平。檢測(cè)按鍵只需要幾條指令，利用人眼的視覺(jué)暫留，在整個(gè)按鍵檢測(cè)過(guò)程中，LED的狀態(tài)看起來(lái)“不變”。檢測(cè)完后端口馬上恢復(fù)成輸出狀態(tài)，LED照原樣顯示。

二、軟件編程

1.單片機(jī)定時(shí)器

當(dāng)CPU用軟件給定時(shí)器設(shè)置了工作方式之后，定時(shí)器就會(huì)按設(shè)定的工作方式獨(dú)立運(yùn)行，不再占用CPU的操作時(shí)間，除非定時(shí)器計(jì)滿溢出，才可能中斷CPU當(dāng)前操作。CPU也可以重新設(shè)置定時(shí)器工作方式，以改變定時(shí)器的操作。由此可見(jiàn)，定時(shí)器是單片機(jī)中效率高而且工作靈活的部件。

利用S3F9454單片機(jī)T0定時(shí)器中斷功能實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管位選及按鈕讀鍵功能。時(shí)鐘中斷無(wú)需過(guò)于頻繁，在周期定時(shí)模式下，當(dāng)T0計(jì)數(shù)器的值與事先寫入T0DATA中的數(shù)據(jù)相等時(shí)產(chǎn)生中斷信號(hào)，同時(shí)清除T0定時(shí)器的計(jì)數(shù)值。寫入T0DATA中的數(shù)據(jù)值便是所謂的“初值”。

其中：T是單片機(jī)中計(jì)數(shù)脈沖的基本周期，即單片機(jī)每隔T時(shí)間記一次數(shù)（計(jì)數(shù)器的值增加1），F(xiàn)osc是單片機(jī)內(nèi)部RC振蕩頻率，式（2）中，T0DATA表示S3F9454單片機(jī)定時(shí)中斷初值，M表示指令系統(tǒng)預(yù)分頻值，S表示需要定時(shí)的中斷時(shí)間值。根據(jù)式（1）與式（2）可以計(jì)算出合適的中斷定時(shí)初值。計(jì)算中斷初值時(shí)用到了預(yù)分頻器，計(jì)數(shù)采樣將在分頻器的輸出端進(jìn)行。此外脈沖的頻率可以相對(duì)提高，理論上計(jì)數(shù)脈沖輸入頻率可以是指令執(zhí)行的頻率乘以預(yù)分頻系數(shù)。

在硬件電路中已分析表明，移位寄存器74LS164僅有串入并出作用沒(méi)有譯碼功能。因此，在編寫顯示驅(qū)動(dòng)程序之前，首先需要計(jì)算列寫出與本電路對(duì)應(yīng)的LED段選碼，然后由S3F9454單片機(jī)端口送入74LS164的串行輸入端。再并行輸出到LED的段選端。需要指出的是，本電路采用的是共陽(yáng)極LED顯示器，根據(jù)PCB印制線路板的連線方便，其LED的8個(gè)段選端與74LS164的并行輸出口即8根段選線的連接沒(méi)有遵照通常的規(guī)律，而是如圖3所示的段排列，相應(yīng)的段選碼也根據(jù)實(shí)際需要重新計(jì)算。

電路中設(shè)計(jì)了8位LED顯示器，以其中三個(gè)LED顯示一個(gè)帶秒的時(shí)間顯示子程序?yàn)槔?，功能為：左首位為分鐘顯示位，左二位為秒十位數(shù)顯示位，左三位為秒個(gè)位數(shù)顯示位。據(jù)此，給出如圖3所示的顯示子程序框圖。圖4是實(shí)現(xiàn)讀取按鍵功能的程序設(shè)計(jì)流程圖。

本串行口擴(kuò)展的LED數(shù)碼管顯示接口電路已被筆者成功地應(yīng)用到以S3F9454單片機(jī)為核心的智能儀表中，如單片機(jī)智能跑步器、單片機(jī)溫度測(cè)量?jī)x等?，F(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行表明，在多個(gè)按鍵作用下，LED顯示清晰穩(wěn)定不閃爍，特別是在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境如光照強(qiáng)弱不同的情況下，可以在線調(diào)整LED發(fā)光的亮度，獲得視覺(jué)與功耗的最佳效果。