GD32F407VE天空星开发板的MAX7219的8x8点阵屏驱动的实现
GD32F407VE天空星开发板的MAX7219的8x8点阵屏驱动的实现
MAX7219芯片引脚
8*8点阵屏共阴
一、硬件基础
1.1 共阴与共阳结构
点阵屏根据LED连接方式分为共阴极和共阳极两种：
| 特性 | 共阴极 (Common Cathode) | 共阳极 (Common Anode) |
|---|---|---|
| 公共端接法 | 所有 阴极(-) 接 地 (GND) | 所有 阳极(+) 接 电源 (VCC) |
| MCU控制端 | 控制 阳极(+) | 控制 阴极(-) |
| 点亮条件 | MCU输出 高电平 (HIGH) | MCU输出 低电平 (LOW) |
| 电流方向 | MCU -> 灯 -> 地 | 电源 -> 灯 -> MCU |
| 俗称 | 源电流 驱动 (Source Current) | 灌电流 驱动 (Sink Current) |
1.2 段和位概念
-
段 (Segment)：构成显示内容的基本单元，在点阵屏中通常指一行中的LED灯
-
-
位 (Digit/Position)：显示位置，在点阵屏中表示选择哪一行进行显示
1.3 MAX7219驱动芯片
MAX7219是一款集成化的LED显示驱动芯片，具有以下特点：
- 支持驱动8位7段数码管或8x8点阵屏
- 3线串行接口（SPI兼容）
- 可编程亮度控制
- 支持多芯片级联（菊花链）
二、软件驱动实现
2.1 硬件初始化
首先需要初始化SPI接口和GPIO引脚：
//////////////////// 点阵屏接线定义 ////////////////////
#define DM_NUM 3 // 点阵屏数量#define DM_CS_RCU RCU_GPIOC
#define DM_CS_PIN GPIOC, GPIO_PIN_9
#define DM_CS(val) gpio_bit_write(DM_CS_PIN, (val) ? SET : RESET)#define DM_WR(dat) SPI2_hard_write(dat)void DM_init() {printf("==DM_init==\n");// CS引脚配置为推挽输出GPIO_output(DM_CS_RCU, DM_CS_PIN, GPIO_OTYPE_PP, 1);// 配置MAX7219寄存器DM_configure();
}
2.2 MAX7219寄存器配置
MAX7219通过配置寄存器来实现各种功能：
void DM_configure() {uint8_t i = 0;// 译码模式：不译码（用于点阵屏）DM_CS(0);for(i = 0; i < DM_NUM; i++) {DM_WR(0x09); // 地址：译码模式寄存器DM_WR(0x00); // 数据：不译码模式}DM_CS(1);// 亮度设置（0x00-0x0F，共16级）DM_CS(0);for(i = 0; i < DM_NUM; i++) {DM_WR(0x0a); // 地址：亮度寄存器DM_WR(0x01); // 数据：亮度级别1}DM_CS(1);// 扫描界限：显示8位DM_CS(0);for(i = 0; i < DM_NUM; i++) {DM_WR(0x0b); // 地址：扫描界限寄存器DM_WR(0x07); // 数据：显示0-7位}DM_CS(1);// 工作模式：正常模式DM_CS(0);for(i = 0; i < DM_NUM; i++) {DM_WR(0x0c); // 地址：关闭模式寄存器DM_WR(0x01); // 数据：正常模式}DM_CS(1);// 显示测试：关闭测试模式DM_CS(0);for(i = 0; i < DM_NUM; i++) {DM_WR(0x0f); // 地址：显示测试寄存器DM_WR(0x00); // 数据：正常显示}DM_CS(1);
}
2.3 数据显示函数
实现数字和自定义数据的显示功能：
// 数字0-9的点阵显示编码表
static uint8_t table[10][8] = {{0x3C, 0x42, 0x42, 0x42, 0x42, 0x42, 0x42, 0x3C}, // 0{0x08, 0x18, 0x28, 0x08, 0x08, 0x08, 0x08, 0x3E}, // 1{0x3C, 0x42, 0x02, 0x04, 0x18, 0x20, 0x40, 0x7E}, // 2{0x3C, 0x42, 0x02, 0x1C, 0x02, 0x02, 0x42, 0x3C}, // 3{0x04, 0x0C, 0x14, 0x24, 0x44, 0x7E, 0x04, 0x04}, // 4{0x7E, 0x40, 0x7C, 0x02, 0x02, 0x02, 0x42, 0x3C}, // 5{0x3C, 0x42, 0x40, 0x7C, 0x42, 0x42, 0x42, 0x3C}, // 6{0x7E, 0x02, 0x04, 0x08, 0x10, 0x10, 0x10, 0x10}, // 7{0x3C, 0x42, 0x42, 0x3C, 0x42, 0x42, 0x42, 0x3C}, // 8{0x3C, 0x42, 0x42, 0x42, 0x3E, 0x02, 0x42, 0x3C} // 9
};/*** @brief 设置点阵显示数字* @param index 点阵索引(0~DM_NUM-1)* @param num 要显示的数字(0-9)*/
void DM_set_num(uint8_t index, uint8_t num) {if (index >= DM_NUM || num > 9) return;DM_set_data(index, table[num]);
}/*** @brief 设置点阵显示数据* @param index 点阵索引* @param dat 点阵数据(8字节)*/
void DM_set_data(uint8_t index, uint8_t dat[8]) {if (index >= DM_NUM) return;memcpy(buff[index], dat, 8);
}/*** @brief 刷新显示*/
void DM_display() {uint8_t i = 0, j = 0;for(i = 1; i < 9; i++) { // 遍历1-8行DM_CS(0); // CS拉低开始传输for(j = 0; j < DM_NUM; j++) { // 遍历所有点阵屏DM_WR(i); // 发送行地址DM_WR(buff[j][i-1]); // 发送该行数据}DM_CS(1); // CS拉高结束传输}
}
三、高级功能实现
3.1 动画显示
通过多帧数据实现动画效果：
// 定义动画帧数据（圆形缩放动画）
static uint8_t animation_frames[3][8] = {{0x18, 0x24, 0x42, 0x81, 0x81, 0x42, 0x24, 0x18}, // 大爱心{0x00, 0x3C, 0x42, 0x42, 0x42, 0x42, 0x3C, 0x00}, // 中爱心{0x00, 0x00, 0x18, 0x24, 0x24, 0x18, 0x00, 0x00} // 小爱心
};void DM_animation_demo() {for(int frame = 0; frame < 3; frame++) {DM_set_data(0, animation_frames[frame]);DM_display();delay_ms(500); // 延时500ms}
}
3.2 菊花链级联
MAX7219支持菊花链连接，可以节省MCU的IO资源：
//////////////////// 菊花链接线说明 ////////////////////
/* 接线说明
交互板 GD32F407CLK ===> PC10CS ===> PC9IN ===> PC125V ===> 5VGND ===> GND级联交互板 上面的交互板CLK ===> CLKCS ===> CSIN ===> OUT5V ===> 5VGND ===> GND
*/
菊花链连接的特点：
- 优势：节省I/O口，布线简单
- 劣势：更新速度慢，必须整体更新
- 可靠性：链中一个设备故障会影响后续所有设备
四、SPI驱动实现
MAX7219使用SPI通信协议，需要正确配置SPI接口：
// SPI配置
#define SPI2H_PSC SPI_PSC_4 // 预分频
#define SPI2H_CPOL_CPHA SPI_CK_PL_LOW_PH_1EDGE // 模式0
#define SPI1H_PARAM_ENDIAN SPI_ENDIAN_MSB // 大端模式void SPI2_hard_init() {// GPIO初始化GPIO_output_af(SPI2H_SCL_RCU, SPI2H_SCL_PORT, SPI2H_SCL_PIN, GPIO_OTYPE_PP, SPI2H_SCL_AF);GPIO_output_af(SPI2H_MOSI_RCU, SPI2H_MOSI_PORT, SPI2H_MOSI_PIN, GPIO_OTYPE_PP, SPI2H_MOSI_AF);// SPI初始化rcu_periph_clock_enable(RCU_SPI2);spi_parameter_struct spi_struct;spi_struct_para_init(&spi_struct);spi_struct.device_mode = SPI_MASTER;spi_struct.trans_mode = SPI_TRANSMODE_FULLDUPLEX;spi_struct.frame_size = SPI_FRAMESIZE_8BIT;spi_struct.nss = SPI_NSS_SOFT;spi_struct.clock_polarity_phase = SPI2H_CPOL_CPHA;spi_struct.prescale = SPI2H_PSC;spi_struct.endian = SPI1H_PARAM_ENDIAN;spi_init(SPI2, &spi_struct);spi_enable(SPI2);
}
五、应用示例
5.1 基本数字显示
void main() {// 初始化SPI2_hard_init();DM_init();// 显示数字DM_set_num(0, 3);DM_set_num(1, 5);DM_set_num(2, 7);DM_display();while(1) {// 主循环}
}
5.2 自定义图案显示
// 自定义心形图案
uint8_t heart[8] = {0x00, 0x66, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0x7E, 0x3C, 0x18
};void show_heart() {DM_set_data(0, heart);DM_display();
}