学文网【摘要】MAX7219是一款8位LED显示驱动控制芯片，由其构造的显示模块，具有显示位数多、控制端子少、亮度可控且成本低廉等特点。文章重点介绍了实际应用中遇到的硬件和软件方面技术技巧问题，而结构原理则简叙。
【关键词】MAX7219；LED；DVP；PLC
1.引言
可编程控制器（简称PLC）在自动化设备中应用非常普遍，与其配套使用的有各种品牌种类的文本屏和触摸屏。这些人机界面，很好地解决了控制系统所需的数据输入、键盘输入及数据显示问题。今有某设备，因产品升级，控制器改为PLC，但保留原MAX7219显示模块电路（台达PLC型号为DVP24EC00T3）。
MAX7219是一款集成化的串行输入显示驱动器，它接收微处理器串行数据，控制至多8位共阴数码管显示，或控制至多64线条显示器或64个***的发光LED。除了5V电源线，只需3根口线连接微处理器。LED亮度可调，硬件设定发光段最大电流，软件设定16级亮度。数码管1-8位，亮度与显示位数无关，显示无频闪，支持级联。显示效果如***1所示，每位数码管的小数点都可单独点亮。
2.MAX7219的组成结构与控制
2.1 MAX7219内部结构分析
内部结构框***如***2所示。24PIN，有“窄DIP双列直插”、“宽SO贴片”和“CERDIP”三种封装。其中：
引脚A-G、DP数码管8段码驱动线（含小数点）。
引脚DIG0-7为数码管位码驱动线，分别控制8个共阴数码管的公共端。
引脚18，硬件设定亮度端。所接RSET阻值决定了LED最大段电流。如：外接10K电阻，最大段电流约在38mA～54mA之间。外接20K电阻，最大段电流约在20mA～30mA之间。阻值越小，段电流越大。而实际电流还与组成数码管的每段LED的额定工作电压相关，要根据环境亮度需求调整电阻值。
引脚DIN/DOUT/CLK/LOAD：DIN串行数据输入端；DOUT串行数据输出端，级联用；CLK移位时钟脉冲，上升沿有效；LOAD锁存控制端，上升沿有效。
MAX7219内部还有5个控制寄存器和8个数据单元。
2.2 MAX7219指令数据的组成
MAX7219一条完整指令或数据由16位二进制位构成，如表1，其中，高8位中的低4位为MAX7219内部单元与控制寄存器地址号，低8位为相应数据内容。
2.3 内部address及功能
表2为MAX7219内部单元与寄存器地址分配表。
各内部控制寄存器和数据存储器说明如下：
（1）地址01～08H：显示RAM，分别存放8位数码管显示字形或BCD数字。
（2）地址09H：译码方式寄存器，可设置每位数码管BCD译码方式或直显方式。见表3，在BCD译码显示模式，可显示字形，见表4，共15个。在非译码方式，“DATA”为8段数码字形，显示字形或***形有更多选择，如等。两种模式，“DATA”的D7均为小数点显示控制位，=1显示。
（3）地址0AH：亮度控制寄存器，芯片18脚设定最大段电流，此处将最大段电流数控16级，0H最小亮度，0FH最大亮度。
（4）地址0BH：扫描范围寄存器，设定值0H～7H，分别表示实际数码管有1～8个。
（5）地址0CH：关闭显示寄存器，其中D7～D1位可任意。D0=0，关闭所有显示器；D0=1，允许显示。
（6）地址0FH：显示测试寄存器，其中D7～D1位可任意；D0=0，LED处于正常工作状态；D0=1，允许显示。LED处于显示测试状态。在测试状态，不管MAX7219其它寄存器设置，所有LED笔划（含小数点）将按最大亮度显示。
MAX7219每次上电，这些控制寄存器和数据寄存器会出现随机值，所以，在显示程序之前，必须初始化5个控制寄存器。然后写入显示数据。MAX7219自动完成动态显示扫描。本例中写入的5个初始化数据是H09FF/H0A07/H0B05/H0C01/H0F00。
2.4 MAX7219控制时序
***3为MAX7219数据写入时序***。根据时序，在LOAD=0才可接收移入数据。DIN是串行数据输入端。CLK移位脉冲，频率可达10MHz，在CLK的每个上升沿，均有1位数据由DIN移入到内部锁存器暂存。LOAD必须在D0位CLK上升沿的同时或之后、至下一个CLK上升沿之前变高，否则数据将会丢失。只有LOAD上升沿信号，才能把暂存在锁存器数据装载到内部相应RAM或寄存器。
根据***3控制时序，可以作如下时序分解。
首先，在无写入行为时，保持LOAD=1，可屏蔽CLK时钟线，有效阻止干扰写信号。
在准备写入一帧数据前，先增加两个起步：第0步，LOAD=1，CLK=0；第1步，LOAD=0，CLK=0。第2步到第16步，保持LOAD=0。第17步，即D0位，在CLK上升沿的同时或之后、至下一个CLK上升沿前，产生LOAD=1。在本例中，是在CLK之后的第18步产生LOAD上升沿。
2.5 PLC简介
台达DVP24EC00T3，是一款经济型PLC，14点I和10点O，晶体管漏型NPN输出，带一485口，不可扩展。EC系列内部资源有：XY编号均可至128、M特殊继电器M1000（280点，与FX的M8000基本对应）、T定时器T0～T127（1ms定时器仅T127），变址寄存器E/F，跳转指针P0～P63。指令与编程方法和三菱FX基本相同，初次用感觉不逊FX：指令无限制，高速脉冲输出频率更高，支持双轴直线和圆弧插补等。编程软件要用WPLSOFT_V2.20版。
3.MAX7219与PLC的硬件连接
MAX7219显示模块接受TTL电平，PLC的Y0/Y1/Y2，接上拉电阻至+5V。根据资料，流过晶体管电流大小，不影响导通速度，但影响关断，电流越小晶体管关断时间越长，影响工作频率，一般电流在100mA以上，关断延时可忽略。此处工作频率不高，电阻选1KΩ。
设计电路板时要注意几点：MAX7219应放在紧靠LED显示器的地方，使连线尽可能短；芯片的4/9PIN单独连到0V上；在V+和GND之间尽可能靠近芯片的地方外接10μF的电解电容和0.1μF的瓷片电容；在信号LOAD、CLK、DIN各接0.01～0.033（μF）瓷片电容。如果是购买的成品模块，信号线上拉电阻要改1KΩ以下、补焊瓷片电容。这些措施，才能消除显示电流引起的纹波和工业现场对显示的干扰。
4.软件设计
4.1 整体程序设计
在PLC上电工作开始，完成MAX7219显示模块的初始化，然后送显示数据。以后在每次显示内容更新时，8个显示RAM全部发送一遍。
4.2 子程序设计
建立3个子程序P0/P2/P4。
子程序P2：MAX7219内5个寄存器初始化程序。
子程序P4：MAX7219内8个显示RAM内容更新程序。流程***见***5。子程序P2和P4差不多，只是合成16位数据时生成方法及循环次数不同。
子程序P0：16位二进制数逐位移入暂存并装载到内部相应RAM或寄存器中。P0流程***见***6，P0程序清单见***7。在本段程序中，最大技巧是多次使用“输出刷新”REF Y0 K8指令，这样，可以在PLC的一次扫描周期里多次改变Y的输出，类似单片机编程方法。
5.结束语
基于MAX7219的显示模块已经在客户设备的PLC中稳定运行。但是，根据自己的使用经历，还是觉得在PLC系统中应用不是很方便，主要有：（1）显示刷新时间长。一般PLC定时中断10ms，定时器最短1ms，要完成16位二进制传送，至少16ms，照此，要完成8位显示字符刷新，必需128ms，实际感觉也是刷新慢，目前也有带RS232/485的LED显示模块可用。（2）可能有乱字符显示。工业现场信号干扰严重，硬件必须加瓷片电容，抗干扰效果明显，但不保证100%。（3）PLC程序可能复杂。若还需键盘输入一些数据，编程特别繁琐，不如采用性价比优秀的文本屏或触摸屏。
参考文献
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作者简介：陆宇立，男，助教，研究方向：机电一体化、现代制造技术。
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