1.11 MAX7219 四合一点阵显示模块
四合一点阵显示模块采用 MAX7219 作为控制，它是一种集成化的串行输入/输出共阴极显示驱动器，它连接微处理器与 8 位数字的 7 段数字 LED 显示，也可以连接条线图显示器或者 64 个独立的 LED。其上包括一个片上的 B 型 BCD 编码器、多路扫描回路，段字驱动器，而且还有一个 8*8 的静态 RAM 用来存储每一个数据。只有一个外部寄存器用来设置各个 LED 的段电流。它可以连接所有通用的微处理器。每个数据可以寻址在更新时不需要改写所有的显示。MAX7219 同样允许用户对每一个数据选择编码或者不编码。 整个设备包含一个 150μA 的低功耗关闭模式，模拟和数字亮度控制，一个扫描限制寄存器允许用户显示 1-8 位数据，还有一个让所有 LED 发光的检测模式。
只需要 3 个 IO 口即可驱动 1 个点阵！点阵显示时无闪烁！支持级联！
1.11.1 模块来源
MAX7219 点阵模块 4 点阵合一显示屏模块 单片机控制驱动模块
资料下载链接：
https://pan.baidu.com/s/19WdOd8D2QlPi1Q_EWlb3fQ
资料提取码：b822
1.11.2 规格参数
工作电压： 4-5.5V
工作电流： 8-330MA
扫描速率： 500-1300Hz
通信协议：串行通信
管脚数量： 5 Pin（2.54mm 间距排针）
1.11.3 移植过程
我们的目标是在梁山派 GD32F470 上能够实现点阵显示的功能。首先要获取资料，查看数据手册应如何实现读取数据，再移植至我们的工程。
1.11.3.1 查看资料
时序讲解
- 无论数据输入或输出 CS 端必须为低电平。然后数据在 CS 端的上升沿被载入数据寄存器或控制寄存器。CS 端在第 16 个时钟的上升沿之后，下个时钟上升沿之前变为高电平，否则数据将会丢失。
- 对 MAX7219 来说，串行数据在 DIN 输入 16 位数据包，在 CLK 的上升沿数据均移入到内部 16 位移位寄存器。即 DIN 不能在 CLK 的上升沿时进行数据变换。
数据位讲解
DIN 传输的 16 位数据包说明，见下方表格。其中 D8-D11 为寄存器地址位。D0-D7 为数据位。D12-D15 为无效位。
根据以上的时序说明和传输格式，实现的数据传输代码。
cpp
//向MAX7219写入字节
//dat写入的数据
void Write_Max7219_byte(uint8_t dat)
{
uint8_t i;
MAX7219_CS(0);//确认CS拉低
for(i=8;i>=1;i--)//传输8位
{
MAX7219_CLK(0);//拉低CLK
//当前数据位是否为1
if( dat&0x80 )
{
MAX7219_DIN(1);
}
else
{
MAX7219_DIN(0);
}
dat=dat<<1;//准备下一位数据
//CLK拉高将数据载入寄存器
MAX7219_CLK(1);
}
}cpp
//向MAX7219写入数据
//address写入地址 dat写入数据
void Write_Max7219(uint8_t address,uint8_t dat)
{
//CS拉低
MAX7219_CS(0);
//传输高8位数据（寄存器地址）
Write_Max7219_byte(address);
//传输低8位数据（数据）
Write_Max7219_byte(dat);
//CS拉高
MAX7219_CS(1);
}关键寄存器讲解
相关寄存器地址，见下表。这里先讲解 0X09 译码方式寄存器。
我们发送的数据位是 16 位，而进入译码方式寄存器只使用到了 D15-D8 数据位（0x09），还有 D7 到 D0 没有设置。而根据数据手册的说明，关于译码方式寄存器的 D7-D0 的设置在数据手册的表格 4.
按照图中所示，如果要设置译码方式为全部数码管都不进行译码，那么要发送：
json
//高8位=0x09（寄存器地址）, 低8位=0x00（数据）
Write_Max7219(0x09,0x00);点阵是通过一个个像素点显示，要在 8x8 点阵上显示个字符，需要以下两步:
- 占据屏幕上的一块地方，大小由字体大小说了算;
- 在占据的地方上依次控制每个像素点是否显示。
比如一个8x8字体大小的字符，表示水平方向需要8个像素点，垂直方向需要8个像素点。在这块8x8的地盘上，每个像素点是否显示由字模说了算，字模中的每1位数据表示一个像素点，如果该位为0则表示此处像素点不显示、为1则表示显示(阴码规则)。
以下为 逐行式，顺向（高位在前），阴码格式输出的字模数据。在程序中逐位读取字模，如果该位为0则该点点亮，如果该位为1则灭。
如果想要第 0 行显示一条直线，应如何操作？
先在数据手册中找到关于第 0 个行的寄存器地址。根据右图显示得知，第 0 个数码管的地址是 0X01 知道地址后，根据数据手册提示找到数据位设置表，因为全部没有进行译码，那么只需要发送：
json
//高8位=0x01（寄存器地址）, 低8位=0xff（数据）
Write_Max7219(0x01,0xff);//**第0行显示一条直线**1.11.3.2 引脚选择
该模块有 10 个引脚，其中有 5 个是接入下一个级联的点阵。如果不接入下一个级联的点阵，则只要接 5 个引脚，具体引脚连接见 表 1.11.3.2 各引脚连接。
1.11.3.3 移植至工程
移植步骤中的导入.c 和.h 文件与 2.2.3.3 移植至工程中的步骤相同，只是将.c 和.h 文件更改为 bsp_DotMatrix.c 与 bsp_DotMatrix.h。见 2.2.3.3 移植至工程。这里不再过多讲述。移植完成后面修改相关代码。
在文件 bsp_DotMatrix.c 中，编写如下代码。
cpp
/********************************************************************************
* 文 件 名: bsp_DotMatrix.c
* 版 本 号: 初版
* 修改作者: LC
* 修改日期: 2023年04月21日
* 功能介绍:
******************************************************************************
* 注意事项:
*********************************************************************************/
#include "bsp_DotMatrix.h"
#include "systick.h"
#include "bsp_usart.h"
#include "stdio.h"
/******************************************************************
* 函 数 名 称：MAX7219_GPIO_Init
* 函 数 说 明：初始化MAX7219引脚
* 函 数 形 参：无
* 函 数 返 回：无
* 作 者：LC
* 备 注：无
******************************************************************/
void MAX7219_GPIO_Init(void)
{
/* 开启时钟 */
rcu_periph_clock_enable(RCU_MAX7219_CLK);
rcu_periph_clock_enable(RCU_MAX7219_DIN);
rcu_periph_clock_enable(RCU_MAX7219_CS);
/* 配置CLK为输出模式 上拉模式 */
gpio_mode_set(PORT_MAX7219_CLK,GPIO_MODE_OUTPUT,GPIO_PUPD_PULLUP,GPIO_MAX7219_CLK);
/* 配置CLK为推挽输出 50MHZ */
gpio_output_options_set(PORT_MAX7219_CLK,GPIO_OTYPE_PP,GPIO_OSPEED_50MHZ,GPIO_MAX7219_CLK);
gpio_bit_set(PORT_MAX7219_CLK,GPIO_MAX7219_CLK);
/* 配置DIN */
gpio_mode_set(PORT_MAX7219_DIN,GPIO_MODE_OUTPUT,GPIO_PUPD_PULLUP,GPIO_MAX7219_DIN);
gpio_output_options_set(PORT_MAX7219_DIN,GPIO_OTYPE_PP,GPIO_OSPEED_50MHZ,GPIO_MAX7219_DIN);
gpio_bit_set(PORT_MAX7219_DIN,GPIO_MAX7219_DIN);
/* 配置CS */
gpio_mode_set(PORT_MAX7219_CS,GPIO_MODE_OUTPUT,GPIO_PUPD_PULLUP,GPIO_MAX7219_CS);
gpio_output_options_set(PORT_MAX7219_CS,GPIO_OTYPE_PP,GPIO_OSPEED_50MHZ,GPIO_MAX7219_CS);
gpio_bit_set(PORT_MAX7219_CS,GPIO_MAX7219_CS);
}
/******************************************************************
* 函 数 名 称：Write_Max7219_byte
* 函 数 说 明：向MAX7219写入字节
* 函 数 形 参：dat写入的数据
* 函 数 返 回：无
* 作 者：LC
* 备 注：无
******************************************************************/
void Write_Max7219_byte(uint8_t dat)
{
uint8_t i;
MAX7219_CS(0);
for(i=8;i>=1;i--)
{
MAX7219_CLK(0);
if( dat&0x80 )
{
MAX7219_DIN(1);
}
else
{
MAX7219_DIN(0);
}
dat=dat<<1;
MAX7219_CLK(1);
}
}
/******************************************************************
* 函 数 名 称：Write_Max7219
* 函 数 说 明：向MAX7219写入数据
* 函 数 形 参：address写入地址 dat写入数据
* 函 数 返 回：无
* 作 者：LC
* 备 注：无
******************************************************************/
void Write_Max7219(uint8_t address,uint8_t dat)
{
Write_Max7219_byte(address); //写入地址，即点阵行号1-8
Write_Max7219_byte(dat); //写入数据，即该行显示内容
}
/******************************************************************
* 函 数 名 称：Max7219_Lock
* 函 数 说 明：将更新的数据写入芯片
* 函 数 形 参：无
* 函 数 返 回：无
* 作 者：LC
* 备 注：无
******************************************************************/
void Max7219_Lock(void)
{
MAX7219_CS(1);
MAX7219_CS(0);
}
/******************************************************************
* 函 数 名 称：Max7219_display
* 函 数 说 明：4个点阵显示
* 函 数 形 参：show1第一个点阵显示内容 show2第二个 show3第三个 show4第四个
* 函 数 返 回：无
* 作 者：LC
* 备 注：无
******************************************************************/
void Max7219_display(uint8_t* show1, uint8_t* show2, uint8_t* show3, uint8_t* show4)
{
uint8_t i = 0;
for(i = 1; i < 9; i++ )//1~8行 进行更新
{
Write_Max7219_byte(i); //写入地址，即行编号1-8
Write_Max7219_byte(show1[i-1]); //第一个点阵
Write_Max7219_byte(i); //写入地址，即行编号1-8
Write_Max7219_byte(show2[i-1]); //第二个点阵
Write_Max7219_byte(i); //写入地址，即行编号1-8
Write_Max7219_byte(show3[i-1]); //第三个点阵
Write_Max7219_byte(i); //写入地址，即行编号1-8
Write_Max7219_byte(show4[i-1]); //第四个点阵
Max7219_Lock();//锁存显示数据
}
}
/******************************************************************
* 函 数 名 称：Write_Max7219_AllOff
* 函 数 说 明：控制第一片MAX7219的全部数码管全灭
* 函 数 形 参：address写入地址 dat写入数据
* 函 数 返 回：无
* 作 者：LC
* 备 注：无
******************************************************************/
void Write_Max7219_AllOff(void)
{
int i = 0;
for( i = 1; i < 9; i++ )//1~8行 进行更新
{
Write_Max7219_byte(i); //写入地址，即行编号1-8
Write_Max7219_byte(0x00); //全灭
Write_Max7219_byte(i); //写入地址，即行编号1-8
Write_Max7219_byte(0x00); //全灭
Write_Max7219_byte(i); //写入地址，即行编号1-8
Write_Max7219_byte(0x00); //全灭
Write_Max7219_byte(i); //写入地址，即行编号1-8
Write_Max7219_byte(0x00); //全灭
Max7219_Lock();//更新内容
}
}
/******************************************************************
* 函 数 名 称：MAX7219_Init
* 函 数 说 明：MAX7219初始化
* 函 数 形 参：无
* 函 数 返 回：无
* 作 者：LC
* 备 注：无
******************************************************************/
void MAX7219_Init(void)
{
unsigned int i = 0;
MAX7219_GPIO_Init();//引脚初始化
for( i = 0; i < 4; i++ )//设置4个点阵
{
Write_Max7219(0x09, 0x00); //译码方式：不进行译码
}
Max7219_Lock();//更新设置
for( i = 0; i < 4; i++ )//设置4个点阵
{
Write_Max7219(0x0a, 0x01); //亮度
}
Max7219_Lock();//更新设置
for( i = 0; i < 4; i++ )//设置4个点阵
{
Write_Max7219(0x0b, 0x07); //扫描界限；8个数码管显示
}
Max7219_Lock();//更新设置
for( i = 0; i < 4; i++ )//设置4个点阵
{
Write_Max7219(0x0c, 0x01); //掉电模式：0，普通模式：1
}
Max7219_Lock();//更新设置
for( i = 0; i < 4; i++ )//设置4个点阵
{
Write_Max7219(0x0f, 0x00); //显示测试：1；测试结束，正常显示：0
}
Max7219_Lock();//更新设置
}在文件 bsp_DotMatrix.h 中，编写如下代码。
cpp
/********************************************************************************
* 文 件 名: bsp_DotMatrix.h
* 版 本 号: 初版
* 修改作者: LC
* 修改日期: 2023年04月04日
* 功能介绍:
******************************************************************************
* 注意事项:
*********************************************************************************/
#ifndef _BSP_DOTMATRIX_H_
#define _BSP_DOTMATRIX_H_
#include "gd32f4xx.h"
#define RCU_MAX7219_CLK RCU_GPIOE
#define PORT_MAX7219_CLK GPIOE
#define GPIO_MAX7219_CLK GPIO_PIN_4
#define RCU_MAX7219_DIN RCU_GPIOE
#define PORT_MAX7219_DIN GPIOE
#define GPIO_MAX7219_DIN GPIO_PIN_5
#define RCU_MAX7219_CS RCU_GPIOE
#define PORT_MAX7219_CS GPIOE
#define GPIO_MAX7219_CS GPIO_PIN_6
#define MAX7219_CLK(X) gpio_bit_write(PORT_MAX7219_CLK, GPIO_MAX7219_CLK, X?SET:RESET)
#define MAX7219_DIN(X) gpio_bit_write(PORT_MAX7219_DIN, GPIO_MAX7219_DIN, X?SET:RESET)
#define MAX7219_CS(X) gpio_bit_write(PORT_MAX7219_CS, GPIO_MAX7219_CS, X?SET:RESET)
void Write_Max7219(uint8_t address,uint8_t dat);
void Write_Max7219_2(unsigned char address,unsigned char dat);
void Write_Max7219_AllOff(void);
void MAX7219_Init(void);
void Max7219_display(uint8_t* show1, uint8_t* show2, uint8_t* show3, uint8_t* show4);
#endif1.11.4 移植验证
在自己工程中的 main 主函数中，编写如下。
cpp
/********************************************************************************
* 文 件 名: main.c
* 版 本 号: 初版
* 修改作者: LC
* 修改日期: 2023年04月06日
* 功能介绍:
******************************************************************************
* 注意事项:
*********************************************************************************/
#include "gd32f4xx.h"
#include "systick.h"
#include "bsp_usart.h"
#include "stdio.h"
#include "bsp_DotMatrix.h"
unsigned char disp1[12][8]={//一共12行
{0x3C,0x42,0x42,0x42,0x42,0x42,0x66,0x38},/*"0",0*/
{0x38,0x08,0x08,0x08,0x08,0x08,0x08,0x18},/*"1",1*/
{0x7C,0x42,0x02,0x04,0x08,0x30,0x42,0x7E},/*"2",2*/
{0x7C,0x46,0x04,0x18,0x06,0x02,0x42,0x3C},/*"3",3*/
{0x0C,0x14,0x14,0x24,0x44,0x3C,0x04,0x0C},/*"4",4*/
{0x3E,0x40,0x58,0x64,0x02,0x02,0x42,0x3C},/*"5",5*/
{0x3E,0x40,0x48,0x76,0x42,0x42,0x42,0x3C},/*"6",6*/
{0x7E,0x04,0x04,0x08,0x10,0x10,0x10,0x10},/*"7",7*/
{0x7C,0x42,0x62,0x3C,0x44,0x42,0x42,0x3C},/*"8",8*/
{0x7C,0x42,0x42,0x46,0x3A,0x02,0x44,0x38},/*"9",9*/
{0x3A,0x04,0x04,0x24,0x24,0x18,0x08,0x7E},/*"立",10*/
{0x52,0x4E,0x76,0xD6,0x56,0x76,0x4A,0x4E},/*"创",11*/
};
int main(void)
{
int i =0,j;
nvic_priority_group_set(NVIC_PRIGROUP_PRE2_SUB2); //优先级分组
systick_config(); //滴答定时器初始化 1ms
usart_gpio_config(115200U);
MAX7219_Init();
Write_Max7219_AllOff();
printf("MAX7219 demo start\r\n");
while(1)
{
//第一个点阵显示disp1数组的第10行内容
//第二个点阵显示disp1数组的第11行内容
//第三个点阵显示disp1数组的第7行内容
//第四个点阵显示disp1数组的第6行内容
Max7219_display(disp1[10],disp1[11], disp1[7], disp1[6]);
delay_1ms(1000);
}
}移植现象：显示“立创 76”
移植成功示例