MAX7456串行接口

MAX7456单通道单色随屏显示(OSD)发生器预装了256个字符和图形，并可通过SPI接口在线编程。通过SPI兼容串行接口可以设置工作模式、显示存储器以及字符存储器。状态(STAT)寄存器、显示存储器数据输出(DMDO)寄存器和字符存储器数据输出(CMDO)寄存器都可读，可以对其进行写操作和读操作。关于MAX7456寄存器及存储器结构的详细信息请参考数据资料和应用笔记4117，"使用MAX7456存储器和评估板文件生成定制字符和图形"。

MAX7456支持高达10MHz接口时钟(SCLK)。图1为写数据时序，图2是从器件读数据的时序。

写寄存器时，拉低/CS可使能串行接口。在SCLK的上升沿从SDIN读取数据。当/CS变为高电平时，数据锁存到输入寄存器。如果传输过程中/CS变高，程序终止(即数据不写入寄存器)。/CS变低之后，器件等待从SDIN读入第一个字节，以确定正在执行的数据传输类型。

读寄存器时，如上文所述，拉低/CS。地址在SCLK的上升沿锁入SDIN。然后数据在SCLK的下降沿从SDOUT输出。

SPI命令长度为16位：最高8位(MSB)代表寄存器地址，最低8位(LSB)代表数据(图1和2)。这种格式有两个例外：

自动递增写模式，用于访问显示存储器，是一个8位操作(图3)。写数据前必须写入起始地址。对显示存储器执行自动递增写命令时，8位地址由内部产生，串口只需8位数据，如图3所示。

从显示存储器读字符数据时，若处于16位工作模式，应该是24位(8位地址+16位数据)。

执行读操作时，只需要8位地址，如图2所示。

图1. 写操作

图2. 读操作

图3. 自动递增写操作

C程序

下文给出的C程序已针对MAXQ2000微控制器进行了编译，用于MAX7456评估(EV)板。本文给出了完整的程序例程。程序是自述文档，几乎没有附加说明。C程序可从以下文件获得：spi.c和MAX7456.h。

以下程序使用了SPI协议的标准定义，MAXQ2000处理器为SPI主机，MAX7456是SPI从器件。

CS与MAX7456数据资料中的定义相同。

SDIN对应于MOSI (主机出从器件入)。

SDOUT对应于MOSI (主机入从器件出)。

SCLK对应于CK。

前缀SPI_用于全部程序。

数据结构

下文所示数据结构可直接或逐位读写数据，用于独立访问SPI端口。C++和一些较新的C编译器支持位字段联合/结构语句)。/* Port 5 Output Register */

__no_init volatile __io union

{

unsigned char PO5;

struct

{

unsigned char bit0 : 1;

unsigned char bit1 : 1;

unsigned char bit2 : 1;

unsigned char bit3 : 1;

unsigned char bit4 : 1;

unsigned char bit5 : 1;

unsigned char bit6 : 1;

unsigned char bit7 : 1;

} PO5_bit;

}

上述代码将一个单字节赋值给PO5，这是微控制器输出端口的地址。然后将另一个字节赋值给相同的可以逐位访问的存储器地址。

因此，可用以下命令直接对该端口进行寻址：

PO5 = 0x10;

或用以下命令逐位读写：

PO5_bit.bit4 = 1;

如果该程序用于其它处理器，该结构需要重新编写。

如果采用不支持位字段宽度的老式C编译器，可用位布尔运算设置及清除位：/* Portable bit-set and bit-clear macros. */

#define BIT_SET(sfr,bitmask) sfr |= (bitmask)

#define BIT_CLR(sfr,bitmask) sfr &=~ (bitmask)

#define BIT0 0x01

#define BIT1 0x02

#define BIT2 0x04

#define BIT3 0x08

#define BIT4 0x10

#define BIT5 0x20

#define BIT6 0x40

#define BIT7 0x80

example: BIT_SET(PO5,BIT0); BIT_CLR(PO5,BIT6);

宏

以下是一个简单的编程技巧，使程序更容易移植：用宏定义控制器引脚排列，如下所示。#define SPI_CS PO5_bit.bit4 // PO5_bit.bit4 = active-low CS—chip select

#define SPI_MOSI PO5_bit.bit5 // PO5_bit.bit5 = MOSI—master out slave in,

// data to MAX7456

#define SPI_MISO PI5_bit.bit7 // PO5_bit.bit7 = MISO—master in slave out,

// data from MAX7456

#define SPI_CK PO5_bit.bit6 // PO5_bit.bit6 = SCK - SPI clock

用以上宏和数据结构可以单独置位及复位每个IO口，命令如下：

SPI_CS = 1;

改变宏时相应引脚也将改变，将上述代码用于其它设计时，如果SPI口引脚排列不同，或为了实现更理想的PCB布局而对引脚进行重新排列，上述程序非常有用。

单字节写操作程序

单字节写操作(图1)程序如下所示。如果可以保证在程序入口处的/CS和CK线状态正确，可以去掉前两条命令。

程序首先发送地址，然后发送数据。进行两次循环。采用单循环及16位数据存储可以简化程序。在MAXQ2000微控制器中执行16位“int”所占用的时间比执行8位“char”长，因此需进行权衡考虑。/**************************************************************************************

* spiWriteReg

*

* Writes to an 8-bit register with the SPI port

**************************************************************************************/

void spiWriteReg(const unsigned char regAddr, const unsigned char regData)

{

unsigned char SPICount; // Counter used to clock out the data

unsigned char SPIData; // Define a data structure for the SPI data

SPI_CS = 1; // Make sure we start with active-low CS high

SPI_CK = 0; // and CK low

SPIData = regAddr; // Preload the data to be sent with Address

SPI_CS = 0; // Set active-low CS low to start the SPI cycle

// Although SPIData could be implemented as an "int",

// resulting in one

// loop, the routines run faster when two loops

// are implemented with

// SPIData implemented as two "char"s.

for (SPICount = 0; SPICount < 8; SPICount++) // Prepare to clock out the Address byte

{

if (SPIData & 0x80) // Check for a 1

SPI_MOSI = 1; // and set the MOSI line appropriately

else

SPI_MOSI = 0;

SPI_CK = 1; // Toggle the clock line

SPI_CK = 0;

SPIData <<= 1; // Rotate to get the next bit

} // and loop back to send the next bit

// Repeat for the Data byte

SPIData = regData; // Preload the data to be sent with Data

for (SPICount = 0; SPICount < 8; SPICount++)

{

if (SPIData & 0x80)

SPI_MOSI = 1;

else

SPI_MOSI = 0;

SPI_CK = 1;

SPI_CK = 0;

SPIData <<= 1;

}

SPI_CS = 1;

SPI_MOSI = 0;

}

读字节操作程序

读字节操作(图2)程序如下所示，与上述程序类似。首先发送地址，然后发送时钟从MISO读回数据。/**************************************************************************************

* spiReadReg

*

* Reads an 8-bit register with the SPI port.

* Data is returned.

**************************************************************************************/

unsigned char spiReadReg (const unsigned char regAddr)

{

unsigned char SPICount; // Counter used to clock out the data

unsigned char SPIData;

SPI_CS = 1; // Make sure we start with active-low CS high

SPI_CK = 0; // and CK low

SPIData = regAddr; // Preload the data to be sent with Address and Data

SPI_CS = 0; // Set active-low CS low to start the SPI cycle

for (SPICount = 0; SPICount < 8; SPICount++) // Prepare to clock out the Address and Data

{

if (SPIData & 0x80)

SPI_MOSI = 1;

else

SPI_MOSI = 0;

SPI_CK = 1;

SPI_CK = 0;

SPIData <<= 1;

} // and loop back to send the next bit

SPI_MOSI = 0; // Reset the MOSI data line

SPIData = 0;

for (SPICount = 0; SPICount < 8; SPICount++) // Prepare to clock in the data to be read

{

SPIData <<=1; // Rotate the data

SPI_CK = 1; // Raise the clock to clock the data out of the MAX7456

SPIData += SPI_MISO; // Read the data bit

SPI_CK = 0; // Drop the clock ready for the next bit

} // and loop back

SPI_CS = 1; // Raise CS

return ((unsigned char)SPIData); // Finally return the read data

}

自动递增模式下的写字节操作程序

自动递增模式下的写字节操作(图3)程序如下所示，与和上述单字节写程序类似。首先发送地址，然后发送时钟从MISO读回数据。/**************************************************************************************

* spiWriteRegAutoIncr

*

* Writes to an 8-bit register with the SPI port using the MAX7456's autoincrement mode

**************************************************************************************/

void spiWriteRegAutoIncr(const unsigned char regData)

{

unsigned char SPICount; // Counter used to clock out the data

unsigned char SPIData; // Define a data structure for the SPI data.

SPI_CS = 1; // Make sure we start with active-low CS high

SPI_CK = 0; // and CK low

SPIData = regData; // Preload the data to be sent with Address and Data

SPI_CS = 0; // Set active-low CS low to start the SPI cycle

for (SPICount = 0; SPICount < 8; SPICount++) // Prepare to clock out the Address and Data

{

if (SPIData & 0x80)

SPI_MOSI = 1;

else

SPI_MOSI = 0;

SPI_CK = 1;

SPI_CK = 0;

SPIData <<= 1;

} // and loop back to send the next bit

SPI_MOSI = 0; // Reset the MOSI data line

}

自动递增模式下写显示存储器的程序

自动递增模式下写显示存储器的程序如下，程序使用称为 "data"的全局变量数组。定义如下：extern volatile unsigned char data[DATA_BUF_LENGTH];

DATA_BUF_LENGTH = 968

调用程序时，data[]包含显示存储器内容，格式如下：data[0] = ignored (contains a command byte used by the EV kit GUI software)

data[1] = character byte 1

data[2] = attribute byte 1

data[3] = character byte 2

data[4] = attribute byte 2

etc.

自动递增模式通过写0xFF结束，所以该模式下不能向显示寄存器写0xFF。如果需要写OxFF，可以采用单字节写指令。/**************************************************************************************

* spiWriteCM

*

* Writes to the Display Memory (960 bytes) from "data" extern.

* 960 = 16 rows × 30 columns × 2 planes {char vs. attr} screen-position-indexed memory

**************************************************************************************/

void spiWriteCM() // On entry: global data[1..960]

// contains char+attr bytes

// (optionally terminated by 0xFF data)

// First, write data[1,3,5,...] Character plane;

// MAX7456 WriteReg(0x05,0x41)

// "Character Memory Address High";

// 0x02:Attribute bytes;

// 0x01:character memory address msb

{

volatile unsigned int Index = 0x0001; // Index for lookup into

// data[1..960]

spiWriteReg(DM_ADDRH_WRITE,0x00); // initialise the Display Memory high-byte

spiWriteReg(DM_ADDRL_WRITE,0x00); // and the low-byte

spiWriteReg(DM_MODE_WRITE ,0x41); // MAX7456 WriteReg(0x04,0x41) "Display Memory Mode";

// 0x40:Perform 8-bit operation; 0x01:AutoIncrement

Do // Loop to write the character data

{

if (data[Index] == 0xFF) { // Check for the break character

break; } // and finish if found

spiWriteRegAutoIncr(data[Index]); // Write the character

Index += 2; // Increment the index to the next character,

// skipping over the attribute

} while(Index < 0x03C1); // 0x03C1 = 961

// and loop back to send the next character

spiWriteRegAutoIncr(0xFF); // Write the "escape character" to end AutoIncrement

// mode

spiWriteReg(DM_ADDRH_WRITE,0x02); // Second, write data[2,4,6,...]

// Attribute plane; MAX7456

// WriteReg(0x05,0x41)

// "Character Memory Address High";

// 0x02:Attribute bytes; 0x01:character memory address

// msb

spiWriteReg(DM_ADDRL_WRITE,0x00);

spiWriteReg(DM_MODE_WRITE,0x41); // MAX7456 WriteReg(0x04,0x41) "Character Memory

// Mode"; 0x40:Perform 8-bit operation; 0x01:Auto-

// Increment

Index = 0x0002;

do

{

if (data[Index] == 0xFF)

break;

spiWriteRegAutoIncr(data[Index]);

Index += 2;

} while(Index < 0x03C1);

spiWriteRegAutoIncr(0xFF);

}

写字符存储器程序

向字符存储器写一个字符的程序如下，每个字符占用18行，每行12像素，共216像素。由于每个字节定义4个像素，因此定义每一个字符需要54字节。字符数据位于程序入口处的data[] (与上述写显示存储器的程序类似)。

写字符存储器时需要进行一些附加说明，存储器为非易失，因此，写存储器大约需要12ms，由MAX7456执行。只有完整的54字节字符才可以写入字符存储器。

该器件包含一个54字节映射存储器。首先把需要写入的字符数据写入映射存储器，然后器件将该数据装载到NVM字符存储器。

用来写字符存储器的寄存器有以下几种：

字符存储器模式 = 0x08。向寄存器写0xA0，使器件把映射存储器的内容装载到NVM字符存储器。

字符存储器地址高位 = 0x09。包括了即将写入字符的地址。

字符存储器地址低位 = 0x0A。

字符存储器数据输入 = 0x0B。

Status = 0xA0，读取该寄存器以决定何时可以写入字符存储器。

在程序入口处，data[1]包括即将写入字符的地址，data[2...54]包括字符数据。

向NVM字符存储器写字符时，首先写字符地址。然后将每个字节写入映射存储器。写映射存储器时没有自动递增模式，所以每次写操作必须写入映射存储器地址。向字符存储器模式寄存器写0xA0，可以把映射存储器的内容装载到NVM字符存储器。然后器件将状态寄存器第5位置高，表明不能写入字符存储器。完成后，器件将该位复位至低。数据从映射存储器移向字符存储器时不能写映射存储器。

为了避免出现显示器闪烁，在写字符存储器之前程序禁止了OSD。/**************************************************************************************

* spiWriteFM

*

* Writes to the Character Memory (54 bytes) from "data" extern

**************************************************************************************/

void spiWriteFM()

{

unsigned char Index;

spiWriteReg(VIDEO_MODE_0_WRITE,spiReadReg

(VIDEO_MODE_0_READ) & 0xF7); // Clear bit 0x08 to DISABLE the OSD display

spiWriteReg(FM_ADDRH_WRITE,data[1]); // Write the address of the character to be written

// MAX7456 glyph tile definition

// length = 0x36 = 54 bytes

// MAX7456 64-byte Shadow RAM accessed

// through FM_DATA_.. FM_ADDR.. contains a single

// character/glyph-tile shape

for(Index = 0x00; Index < 0x36; Index++)

{

spiWriteReg(FM_ADDRL_WRITE,Index); // Write the address within the shadow RAM

spiWriteReg(FM_DATA_IN_WRITE,data[Index + 2]); // Write the data to the shadow RAM

}

spiWriteReg(FM_MODE_WRITE, 0xA0); // MAX7456 "Font Memory Mode" write 0xA0 triggers

// copy from 64-byte Shadow RAM to NV array.

while ((spiReadReg(STATUS_READ) & 0x20) != 0x00); // Wait while NV Memory status is BUSY

// MAX7456 0xA0 status bit 0x20: NV Memory Status

// Busy/~Ready

}

MAX7456头文件

下面列出了MAX7456的头文件，以下代码决定了器件的寄存器映射。/**************************************************************************************

* spiWriteRegAutoIncr

*

* Writes to an 8-bit register with the SPI port by using the MAX7456's autoincrement mode

**************************************************************************************/

// MAX7456 VIDEO_MODE_0 register

#define VIDEO_MODE_0_WRITE 0x00

#define VIDEO_MODE_0_READ 0x80

#define VIDEO_MODE_0_40_PAL 0x40

#define VIDEO_MODE_0_20_NoAutoSync 0x20

#define VIDEO_MODE_0_10_SyncInt 0x10

#define VIDEO_MODE_0_08_EnOSD 0x08

#define VIDEO_MODE_0_04_UpdateVsync 0x04

#define VIDEO_MODE_0_02_Reset 0x02

#define VIDEO_MODE_0_01_EnVideo 0x01

// VIDEO MODE 0 bitmap

#define NTSC 0x00

#define PAL 0x40

#define AUTO_SYNC 0x00

#define EXT_SYNC 0x20

#define INT_SYNC 0x30

#define OSD_EN 0x08

#define VERT_SYNC_IMM 0x00

#define VERT_SYNC_VSYNC 0x04

#define SW_RESET 0x02

#define BUF_EN 0x00

#define BUF_DI 0x01

// MAX7456 VIDEO_MODE_1 register

#define VIDEO_MODE_1_WRITE 0x01

#define VIDEO_MODE_1_READ 0x81

// MAX7456 DM_MODE register

#define DM_MODE_WRITE 0x04

#define DM_MODE_READ 0x84

// MAX7456 DM_ADDRH register

#define DM_ADDRH_WRITE 0x05

#define DM_ADDRH_READ 0x85

// MAX7456 DM_ADDRL register

#define DM_ADDRL_WRITE 0x06

#define DM_ADDRL_READ 0x87

// MAX7456 DM_CODE_IN register

#define DM_CODE_IN_WRITE 0x07

#define DM_CODE_IN_READ 0x87

// MAX7456 DM_CODE_OUT register

#define DM_CODE_OUT_READ 0xB0

// MAX7456 FM_MODE register

#define FM_MODE_WRITE 0x08

#define FM_MODE_READ 0x88

// MAX7456 FM_ADDRH register

#define FM_ADDRH_WRITE 0x09

#define FM_ADDRH_READ 0x89

// MAX7456 FM_ADDRL register

#define FM_ADDRL_WRITE 0x0A

#define FM_ADDRL_READ 0x8A

// MAX7456 FM_DATA_IN register

#define FM_DATA_IN_WRITE 0x0B

#define FM_DATA_IN_READ 0x8B

// MAX7456 FM_DATA_OUT register

#define FM_DATA_OUT_READ 0xC0

// MAX7456 STATUS register

#define STATUS_READ 0xA0

#define STATUS_40_RESET_BUSY 0x40

#define STATUS_20_NVRAM_BUSY 0x20

#define STATUS_04_LOSS_OF_SYNC 0x04

#define STATUS_02_PAL_DETECTED 0x02

#define STATUS_01_NTSC_DETECTED 0x01

// MAX7456 requires clearing OSD Black Level

// register bit 0x10 after reset

#define OSDBL_WR 0x6C

#define OSDBL_RD 0xEC

#define OSDBL_10_DisableAutoBlackLevel 0x10

结论和性能

MAX7456评估板采用工作在20MHz时钟的MAXQ2000微控制器，该微控制器包含内部硬件SPI控制器。因此，MAX7456的SPI端口可以全速工作。上述软件SPI程序工作速度低于硬件控制器。不过针对客户缺少硬件SPI端口的工作环境，程序已优化至最简。