用AT90S1200代换显示驱动芯片MC14499的应用电路

1 MC14499简介
   MC14499 是Motorola公司生产的串行输入BCD十进制输出的CMOS集成块，它内含BCD译码器和串行接口，可以与任何CPU接口连接，在比较复杂的单片机控制系统中，MC14499具有占用I/O少、控制显示器多、功耗低、使用方便等优点，因而得到广泛的应用。但其缺点是用它来实现显示系统比较复杂，并且成本太高。随着技术的飞速发展和微处理性能价格比的较高，人们可以采用高性价比的MCU来代换它，这也许是一个趋势，如用力源PS7219代换 MAX7219等。笔者用AT90S1200来代换CM14499，取得了非常好的效果。AT90S1200是一种性能非常优异的RISC单片机，它可以与主CPU并行工作，而且功耗也特别你，在性能上完全与MC14499兼容，由其组成的显示系统非常简单。另外，它的一个最突出的优点是操作灵活，并可在 MC14499接口的基础上增加SPI接口、I2C及单线传输等功能。
   MC14499片内主要包括移位寄存器、锁存器、多路输出、译码驱动器及振荡器，由多路输出从锁存器中取出的BCD码数据经段译码器译码后送至八段输出脚，片内振荡信号经四分频后接至I～IV四条位控制线对显示器进行轮流扫描，以实现动态扫描显示。
   MC14499一次可接收20位串行输入数据，MC14499的前四位为4个LED显示器的小数点选择位，后16位是4个LED显示器的BCD码输入数据，高位在前，低位在后，当EN由高变低时，MC14499的寄存器开始接收串行数据。
   MC14499采用双列直播式18脚DIP封装形式。图1所示是它的引脚排列示意图。
   
   2 AT90S1200的主要特点
   AT90S1200单片机是由ATMEL公司推出的RISC（reduced Instruction Set cpu）单片机，它充分吸取了PIC及8051的优点，并发挥了其自身Flash存储器技术特长。从而使AT90S1200具有非常优异的性能。其特点如下：
   ●具有大电流（10～20mA）输出特性，可直接驱动LED显示、继电器、SSR固态继电器等。片内看门狗定时器具有安全保护功能，可防止程序走飞，从而提高了产品的抗干扰能力。
   ● 内部带有价格低廉的可擦写1000次以上的1k字节FLASH，速度高，功耗低，并具有sleep功能，可分别在空闲、掉电及省电模式下实现低功耗。在 1MHz时呆实现1MIPS的处理能力，AT90S1200采用单周期执行指令，耗电在1mA～3mA之间。（睡眠时的典型损耗电流≤1μA）。
   ●带有高度保密但可多次烧写的FLASH，具有多重保密保护锁死功能，可低价快速完成产品商品化生产。
   ●有串行异步通讯UART口，不占用定时器和SCI传输功能，其高速性能可使其工作在一般标准整数频率，它的波特率可达576k，并带有系统可编程SPI接口。
   ●采用超功能简精指令：具有32个通用工作寄存器，可灵活使用指令运算，并支持功能强大C语言编程，易学易用。
   ●AT90S1200内置比较器，I/O口可作A/D转换用，内含一个8位定时器/计时器。
   ●具有三个固定中断向量地址，分别为：外部中断、内部定时器中断、片内模拟比较器输出中断，可实时快速响应，适用于实时控制系统。
   ●是一种可重设启动复位器件，具有内部电源开关启动计数器，可将低电平复位（RESET）直接接到Vcc端。当电源打开时，利用内部的RC看门狗定时器可延迟MCU启动执行程序，这种延时可以使I/O在稳定后执行程序，以提高单片机的工作可靠性。
   ●AT90S1200器件内置1MHz工作频率RC振荡器，这使得单片机无需外加振荡元器件即可工作，因而设计使用简单方便。
   ●具有可描写100000次的EEPROM（64个字节），为掉电后的数据保存提供方便。
   ●工作电压范围为2.7V～6.0V，具有较强的电源抗干扰能力。
   3 代换电路
   用AT90S1200代换KMC14499的电路连接如图2所示，其中AT90S1200的RST为复位引脚，可直接接至高电平，并在内部复位，A～G为7段，DP为小数点，Ⅰ～Ⅳ为四位位选信号输出，可用于从显示器吸收电源。
  
可以看出，图2所示电路非常简单，只需外接8只电阻即可驱动四位动态显示，阻值可根据LED数码管的性能在200～500Ω之间选择，笔者使用200Ω，亮度很高，且功耗很低，这一些需24小时工作的场合很适用，可直接代换MC14499.和主EN为使能信号，只有EN为低时才接收数据，CLK为时钟信号，使用AT90S1200的中断口pd2，可快速反应实时接收，data为串行数据输入端，在CLK的下降沿，data线上的数据被移入到内部20位移位寄存器中。
   
   4 软件设计
   使用AT90S1200直接代换MC14499完成显示功能时，系统软件可采和AVR精简指令的汇编语言编写，并可采用模块化结构设计。为达到 MC14499的通讯速度，对串行数据的接收采用中断方式处理，使用内置振荡器，WDT可使用外部中断接收CLK信号，AT90S1200具有89条指令代码，且全部为单字节指令，可进行十位数字运算，在32个工作寄存器中只有16～个寄存器可执行立即数据的操作，并支持C语言编程，而且灵活方便，下面给出用AT90S1200代换MC1449的显示数据转换子程序和接收数据子程序。
   
   4.1 驱动显示子程序
   由于AT90S1200不能查表。故在显示子程序中应分别进行处理，主程序内使用了通用寄存器R26中带为的接收BCD码，并通过本子程序转换为段码，仍由R26带出并返回到调用程序处，本示例为0、1、2、3、4五个字段码的转换：
Data:CPI R26,$00 ;数据0的转换
BRNE Data0
LDI R26,$7B
RJMP DataD
Data0:CPI R26,$01 ;数据1由BCD转换为段码
BRNE Datal
LDI R26,$48
RJMP DataD
Datal:CPI R26,$02 ;数据2的转换
BRNE Data2
LDI R26,$D3
RJMP DataD
Data2:CPI R26,$03 ;数据3的转换
BRNE Data3
LDI R26,$D9
RJMP DataD
Data CPI R26,$04 ;数据4的转换
BREN Data4
LDI R26,$E8
RJMP DataD
…
DataD:RET
   4.2 数据接收子程序
   首先把状态寄存器的数据送到R18暂存，然后分别接收小数点及四位BCD码，并将数据寄存在R20、R21、R22、R23、R24中，程序如下：
PROG：IN R18，SREG ；状态标志寄存
CLC
SBIC PIND，0
SEC
ROL R29
ROL R28
ROL R27
INC R16
CPI R16，$14
BRNE PROGD
MOV R20，R27；小数点位置位的接收，寄存在R20
ANDI R20，$0F
MOV R21，R28 ；显示首位数据接收
SWAP R21
ANDI R21，$0F
MOV R22，R28 ；第二位接收
ANDI R22,$0F
MOV R23,R29 ;第三位接收
SWAP R23
ANDI R23，$0F
MOV R24，R29 ；第四位接收
ANDI R24，$0F
CLR R16
CLR R27
CLR R38
CLR R29
CPI R24，$0A
BRL0 RPOGD
CLR R20
LDI R21，$0F
LDI R22，$0F
LDI R23，$0F
LDI R24，$00
PROGD RETI
   5 结束语
   文中所述的方案已被成功应用于无功补偿控制器的显示系统中，经使用表明：AT90S1200不仅可以完全取代MC14499进行驱动显示，而且还具有功耗低、使用方便的特独性能，仅用8只外接电阻即可驱动四位动态显示系统，且接口非常灵活，可方便地与任何单片机接口，并可编程为串行同步接口、I2C接口、 SPI接口等，更重要的是提出了一种用MCU代换ADIC设计方案和实现思路，并经过实用表明完全可行，也比较有实用价值。