ICM7211在微电机无接触测速系统中的应用

摘要：介绍了MAXIM公司生产的ICM7211四位液晶显示驱动器的内部结构和引脚功能，给出了用AT89C51和ICM7211显示驱动器设计的微电机无接触测速系统的硬件电路连接方法?同时给出了该无接触测速系统的主程序、显示子程序、中断子程序流程图以及显示子程序的程序清单。

１　概述

ＩＣＭ７２１１是ＭＡＸＩＭ公司推出的四位七段码ＬＣＤ液晶显示驱动器。该器件内部含有输入数据锁存器、ＢＣＤ码到七段码的译码器、基准时钟信号发生器和位选电路。

图1

ＩＣＭ７２１１有二种数据输入结构：多位ＢＣＤ码接口和微处理器接口，两种结构以器件型号是否带有后缀“Ｍ”来区分，不带“Ｍ”的为ＢＣＤ接口，带“Ｍ”的为微处理器接口。ＩＣＭ７２１１通过片内字符字形ＲＯＭ对ＢＣＤ码进行译码。它有两种不同的字符字形：十六进制码和Ｂ代码，以器件型号是否带后缀“Ａ”区分，不带“Ａ”的为十六进制输出，带“Ａ”的为Ｂ代码输出。低功耗的ＩＣＭ７２１１型ＬＣＤ驱动器可用电池供电，可用于便携式智能仪表等场合，ＩＣＭ７２１１的器件型号与对应的接口、输出代码如表１所列。本文把四种型号统称为ＩＣＭ７２１１。

表1 ICM7211的具体型号与其接口和输出代码对照表

２　ＩＣＭ７２１１的引脚功能

ＩＣＭ７２１１的内部结构如图１所示。各引脚的功能如下：

Ｖ＋（１脚）：＋５Ｖ电源；

ＧＮＤ（３５脚）：地端；

ＯＳＣＩＬＬＡＴＯＲ（３６脚）：振荡器接入端，可外接电容或外部时钟源。不用时悬空或接地；

ＢＰ（５脚）：背极信号输入／输出端；

Ｂ３～Ｂ０（３０～２７脚）：ＢＣＤ码输入；

    ＤＳ１、ＤＳ２和ＣＳ１、ＣＳ２（不带“Ｍ”后缀的器件为Ｄ１～Ｄ４，即３１～３４脚）：这四个端口中的前、后两脚分别为位选和片选信号端；

Ａ１～Ｇ１（３７～４０、２～４脚）：第一位（个位）ＬＣＤ七段码输出；

Ａ２～Ｇ２（６～１２脚）：第二位（十位）ＬＣＤ七段码输出；

Ａ３～Ｇ３（１３～１９脚）：第三位（百位）ＬＣＤ七段码输出；

Ａ４～Ｇ４（２０～２６脚）：第四位（千位）ＬＣＤ七段码输出。

３　使用说明

从ＩＣＭ７２１１的引脚功能可知：使用该器件的关键在于掌握显示驱动器、振荡器与位选电路的结构,以下对显示驱动器和位选电路作以详述。

３．１ 显示驱动器

ＩＣＭ７２１１显示驱动部分包括一个振荡器、一个七级二进制分频器（÷１２８）、一个背极驱动器和一个２８段（字形）驱动器。

    ＩＣＭ７２１１中的ＲＣ振荡器有四种工作方式。将３６脚悬空可产生１９ｋＨｚ方波信号；如果希望用较低的频率来驱动大显示器，可在３６脚与１脚或３５脚之间接一个电容（２２ｐＦ、２２０ｐＦ等），外接电容越大，频率越小；其实也可以在３６脚接一个外部时钟源来激励振荡器，此时外接时钟源的频率应为背极频率的１２８倍。当Ｖ＋为５Ｖ时，要求外部时钟源在１．５Ｖ与５Ｖ之间振荡，低于１Ｖ的时间不能超过１μｓ；如果将３６脚接地，而背极输出驱动器处于关闭状态，那么ＢＰ输入／输出脚将作输入用，此时可用另一片ＩＣＭ７２１１的背极输出来驱动，这种情况一般适用于两片ＩＣＭ７２１１级联的情况。

将振荡器产生的１９ｋＨｚ方波信号用七级二进制分频器（÷１２８）分频可产生１５０Ｈｚ的背极信号，实际上，背极驱动器只是一个简单的反相器，反相器的输入是最后一级分频器的输出。背极输出信号是０～Ｖ＋之间占空比为５０％的方波，由于背极输出电阻较小（典型值２００Ω），所以背极驱动器能驱动电容性大显示器。

段驱动器是一个ＣＭＯＳ反相器，反相器输出电阻约２ｋΩ?当相应段被置于关闭位置时，段驱动器的输出与背极信号相同，否则，段驱动器的输出与背极信号相反，波形图如图２所示。由于段与背极驱动器的上升时间与下降时间相同，所以，加在ＬＣＤ上的直流分量的平均值小于２５ｍＶ，这一特点可延长ＬＣＤ的使用寿命。

３．２ 位选电路

ＩＣＭ７２１１有二种数据接口：多位ＢＣＤ接口和微处理器（μｐ）接口。它们的主要区别在于位选信号，多位ＢＣＤ接口使用的是四条独立的选通脉冲输入线，其时序图如图３所示，真值表如表２所列；而微处理器（μｐ）接口使用的位选信号是两条地址线和两条片选信号线，图４所示是其时序图，其真值表如表３所列。

表2 ICM7211（A）真值表

表3 ICM7211（A）M真值表

４ 微电机无接触测速系统

４．１ 硬件电路

通常由于微电机的输出功率较小。因此，采用离心式转速表或测速发电机测转速时，测量仪表与电机同轴连接增加了电机的阻力转矩，严重时，微电机还可能带不动这些测量仪表。所以，在微电机测速时，本设计采用闪光测速和光电码盘测速等无接触测速法。

图5

    图５是一个单片机控制的电机光电码盘无接触测速电路，图中只画出了与测速有关的电路，其它的电路（如看门狗电路，转速控制电路等）都没画出。单片机ＡＴ８９Ｃ５１具有４ｋＢ的Ｆｌａｓｈ和两个１６位定时／计数器，时钟频率可达２４ＭＨｚ，Ｔ０作为计数器可用于转速脉冲计数，Ｔ１用作定时器。显示驱动器选用ＩＣＭ７２１１，显示器则选４ ．５位ＹＸＹ４５０１型ＬＣＤ显示器，万位可由四段液晶显示驱动器４０５４驱动。该电路简单可靠、实用方便，由于采用的均是低功耗器件，因而非常适用于便携式智能测速仪表使用。所用转速传感器为光电码盘红外发射接收管。光电码盘被设计成黑白相间的６０对条纹粘贴于电机端轴上，码盘前端放置一对红外发射管和红外接收管，码盘与红外发射接收管构成了测速传感器。这样，一方面红外光会透射过黑条纹而不被接收管接收到，另一方面，红外光照射到白条纹上会被反射回来。调整好发射管与接收管的位置，使接收管能够接收到被反射回来的红外线。这样，随着电机的转动，码盘也一起转动，接收管就会输出一串电脉冲信号。该信号经过ＬＭ３２４集成运放整形后送到ＡＴ８９Ｃ５１的计数器Ｔ０。Ｔ１为定时器，定时时间为０．１ｓ，设０．１ｓ内Ｔ０收到的脉冲数为Ｎ，则电机转速的算式为：

η＝６０(Ｎ／６)＝１０Ｎ

４．２ 软件设计

图６是该测速系统的主程序、显示子程序及Ｔ１中断服务子程序的程序流程图?下面是显示子程序的程序清单：

ＤＩＳＰＬＡＹ： ＭＯＶ Ｒ２， ＃０４Ｈ

ＭＯＶ Ｒ０，＃４０Ｈ

ＭＯＶ Ｒ１， ＃５０Ｈ

ＬＯＯＰ１： ＭＯＶ Ａ， ＠Ｒ１

ＭＯＶ ＤＰＨ, Ａ

ＭＯＶ Ａ, ＠Ｒ０

ＭＯＶ ＤＰＬ, Ａ

ＭＯＶＸ ＠ＤＰＴＲ, Ａ

ＡＣＡＬＬ ＴＩＭＥ

ＩＮＣ Ｒ０

ＩＮＣ Ｒ１

ＤＪＮＺ Ｒ２, ＬＯＯＰ１

ＲＥＴ

图6

    需要说明的是：ＲＡＭ中４０～４３单元中存放的是从个位到千位的ＢＣＤ码以及万位ＢＣＤ码，数据可由Ｔ１中断服务来采集并保存到这些单元中；５０～５３单元存放的是从个位到万位的选通地址中的高八位，其地址值分别为＃７ＦＨ、＃５ＦＨ、＃３ＦＨ和＃１ＦＨ。在进行软件设计时?应在主程序中送入这四个初始化值。该程序巧妙的应用了ＢＣＤ码值作为低位地址，而将ＩＣＭ７２１１作为“只写”外部ＲＡＭ使用，这一设计大大地简化了显示子程序设计。