开发者用Z80汇编在RC2014上通过SPI控制LED矩阵

在这篇文章中，我将展示如何从 Z80 汇编语言使用 SPI 协议，使 RC2014 计算机能够控制 MAX7219 LED 矩阵。

为参加 2026 RetroChallenge，我正在探索如何从基于 Z80 的 RC2014 计算机使用 SPI 设备。我想使用的第一个设备是一个 8×8 LED 矩阵。Shelia Dixon 之前曾为 RC2014 开发过一个 8×8 LED 矩阵显示模块；不过，该模块通过两个 I/O 端口直接与 RC2014 连接。我将只使用一个端口，并通过 bit-banging 方式实现 SPI 协议来与它通信。

我使用的 8×8 LED 矩阵采用 MAX7219 来处理 SPI 通信并控制 LED。它使用 5 根线与 RC2014 连接。

我使用 Small Computing Central 的 SC129 Digital IO 模块在 RC2014 上提供数字输出。它提供的引脚适合 DuPont 连接器。你也可以使用官方的 RC2014 Digital IO 模块，但需要修改它以增加连接。在这种情况下，使用 SC129 模块更简单。SC129 与 LED 矩阵模块的连接方式如下……

当我们想向 MAX7219 发送数据时，它给出了以下时序图供我们遵循。

因此，要发送数据，我们首先需要将 CS 线拉低。这会激活 MAX7219，使它知道要监听传入的数据。接下来，我们设置 DIN 并将 CLK 拉高。这会将 DIN 上的单个数据位加载到 MAX7219 中。然后我们将 CLK 拉低，为发送下一位做准备。我们总共重复这个过程 8 次，以发送一个字节的数据。

MAX7219 期望每条消息发送两个字节的数据。第一个字节是地址，第二个字节是数据值。

那么，我们在 Z80 上如何实现这一点呢？首先，我们要定义一些常量来提供帮助。

OUTPUT_PORT EQU $01

如前所述，数据位是 D0，时钟是 D1，选择线是 D2。我们将数据位称为 MOSI，它代表 Master Out Slave In。

MOSI EQU %00000001 CLK EQU %00000010 SELECT EQU %00000100

如你所见，我们使用二进制来定义位置。当我们想将这些位置中的某一位置位时，可以使用 OR 语句；而当我们想清除该位时，可以将它与反码（取反）进行 AND 运算。

因此，要启用 MAX7219，我们希望 SELECT 线为低电平、CLK 线为低电平，并将 MOSI 拉高。我们可以使用以下 Z80 子程序来实现这一点。

select_max7219: ld a, 0 & ~SELECT & ~CLK | MOSI out (OUTPUT_PORT),a ret

要禁用 MAX7219，我们希望 SELECT 线为高电平、CLK 线为低电平，并将 MOSI 拉高。

deselect_max7219: ld a, 0 | SELECT & ~CLK | MOSI out (OUTPUT_PORT),a ret

要发送一个字节，需要发送 8 位数据。我们将要发送的字节通过 D 寄存器传入。要发送一位数据，我们知道需要将 SELECT 和 CLK 拉低。我们可以准备好这个值并将其保存到 E 寄存器，以便每一位重复使用。我们将把数据移位到 MOSI 位，因此在保存到 E 之前，先将其右移。现在，对于我们要发送的每一位，首先将缓存 E 寄存器的值加载到 A 寄存器。然后通过将 D 寄存器左移，取出 D 寄存器中的下一位。这会将我们要发送的位推入进位标志。我们通过将 A 寄存器左移来取回它，这样就会将进位标志的值设置到 MOSI 位。我们发送这个值，然后将 CLK 位进行 OR 运算以将其拉高，并发送该值。

这段解释相当冗长，但下面是代码，希望这样更清楚。

transmit_max7219_byte: push bc ld b, 8 ld a, 0 &~SELECT &~CLK | MOSI rra ld e, a .transmit_max7219_bit: ld a, e rl d rla out (OUTPUT_PORT), a or a, CLK out (OUTPUT_PORT), a djnz .transmit_max7219_bit pop bc ret

要向 MAX7219 发送双字节指令，我们需要组合已经构建的子程序。我们需要选中 MAX7219，发送两个字节，然后取消选中它。我们将通过寄存器 B 和 C 传入这两个字节。

max7219_write: call select_max7219 call transmit_max7219 call deselect_max7219 ret

transmit_max7219: ld d, b call transmit_max7219_byte ld d, c call transmit_max7219_byte ret

使用 SPI 控制 MAX7219

要告诉 MAX7219 打开或关闭某个 LED，我们在一个字节中发送列地址，在下一个字节中发送列数据。也就是 8 列位。不过，我们还需要发送一些额外的命令码，以便 MAX7219 知道如何工作。

完整命令列表可在 MAX7219 数据手册中找到。

MAX7219 可以连接 7 段数码管，但我们不需要这些功能，因此需要告诉它不要对任何传入的显示命令进行解码。我们还要确保它以低占空比运行，以降低功耗。

以下是我用来初始化显示器的命令。

ld bc, 0x0C00 ; 关机模式，确保 LED 关闭。 call max7219_write ld bc, 0x0900 ; 不解码 call max7219_write ld bc, 0x0A01 ; 3/32 亮度 call max7219_write ld bc, 0x0B07 ; 扫描全部 7 列 call max7219_write ld bc, 0x0F00 ; 不进行显示测试 call max7219_write

设置完成后，我们就可以发送图像了。我们在寄存器 B 中发送列号，在寄存器 C 中发送列数据。因此，要发送一个十字图案，我可以使用以下代码。

ld hl, cross ld b, 8 .send_image: ld c, (hl) inc hl call max7219_write djnz .send_image

cross: dc %00000000 dc %01000010 dc %00100100 dc %00011000 dc %00011000 dc %00100100 dc %01000010 dc %00000000

最后，我打开显示器。

ld bc, 0x0C01 ; 正常工作模式——打开显示器 call max7219_write

在 RC2014 上构建、部署和运行

为了汇编代码，我在 MacBook Pro 上使用 SjASMPlus Z80 汇编器。RC2014 运行 SCM，因此为了传输汇编后的代码，我需要先将其转换为 Intel hex 格式再发送。我使用 z88dk-appmake 来完成这项工作。传输完成后，我在 SCM 中使用“g”命令运行该应用程序。

（原文较长，此处译出前 6000 字，完整内容请点「打开原文」。）