一、問題背景

昨天寫一個開發板的庫，寫到LCD部分，遇到了幾個問題。

相關電路如上圖，左上角為微控制器，通過硬體SPI連線74HC595，片選訊號由74HC138產生，8位並行輸出串聯兩個470歐8P4R排阻後連線到一組排針和LCD介面上。

1602的LCD一共16根引腳，其中資料有11根，把LCD連線到595上是迫不得已，微控制器沒有那麼多IO口。這是一個不好的設計，但我已經焊接完了才發現問題。

問題有兩個：

其一，595只能序列輸入並行輸出，但LCD模組有一個讀取指令，檢測LCD是否忙，並且這是一個必要的操作，然而微控制器不能直接讀取；

其二，我在每次寫操作前都等待LCD進入空閒狀態，但LCD只顯示大約一半的字元，而且不固定。

二、解決方案

第一個問題，我規定使用者要連線一根線，在初始化時作為引數傳入。

第二個問題，我在每次讀取之前把74HC595輸出置為高電平，然後就正常工作了。

現在回想起來，第二個問題與解決方案之間的聯絡有些微妙。

三、解決過程

作為一塊開發板，板上的許多net都引出了排針，可以用杜邦線連線起來。正好，595輸出是在串聯電阻後才接到LCD上的，兩個輸出不會衝突，並且這個net是有引出的，同時微控制器也引出了GPIO，於是第一個問題的解決方案就很顯而易見了——連起來。相應地程式中也要呼叫這個GPIO上的讀取操作。

而第二個問題的解決就頗費周折。在微控制器可以讀取LCD忙狀態以後，我在程式中每次寫入前等待LCD進入空閒，理應能正常工作，然而並沒有。

我先嚐試加入延時，在寫入過程中加入多個1ms延時，發現可以正常工作。然後我試著消除儘可能多的延時，並降低延時長度，發現只要LCD的E引腳的上升沿之前有10000次for迴圈延時就行，反之則不行。這種延時的解決方案遠不能讓我滿意。

在E引腳的上升沿同時，LCD讀取引腳電平並開始執行操作，在此之前一定要有延時。一個可能性是訊號傳輸有延遲，但這裡需要的最小延時有亞毫秒級，排除。另一個可能性就是忙狀態電平讀取錯誤，把表示忙狀態的高電平讀成了低電平。

之前在解決第一個問題的過程中，利用了595和LCD之間的電阻，它的存在讓兩個輸出不衝突。但是這個電阻只有470歐，如果兩端一個高電平一個低電平，會有10mA的電流，對於74HC595等CMOS IC，這個電流讓電壓偏離理想值不會超過1V，但是對別的IC就不一定了。

一個4引腳的RGB LED燈有共陰和共陽兩種連線方式，我曾疑惑為什麼要有兩種，查閱資料後得知，比較老的IC，比如51，是使用TTL工藝製造的，埠sink電流能力強而source電流的能力弱，所以如果要用引腳驅動LED，一般會把正極接到VCC，串聯電阻後接到引腳上，對於RGB的來說就是用共陽了。

下面兩張圖分別是TI的74HC00和74LS00的datasheet的截圖，分析資料可以得出，前者輸出低電平能力稍強，還是比較對稱的，而後者明顯不對稱。

在這個問題中，LCD模組輸出的source電流能力很弱，在5V電源下，當595輸出低，LCD輸出高時，後者埠上電壓為1.1V；當595輸出高，LCD輸出低時，後者埠上電壓也是1.1V；兩個電壓都會被微控制器判定為低電平。

分析至此，就不難得出解決方案了——在讀取之前把595的輸出置為高電平，然後就能正確地讀到LCD的輸出了。

四、思考

這是一個不難的問題，我也順利解決了，但是解決問題的思路與過程還是讓我挺有收穫的。

如果我在畫原理圖之前認真讀datasheet，就會知道LCD也有讀取的操作，就不會有後面的問題了。所以，以後做開發的過程中，要認真讀datasheet；表面上看起來只有輸出屬性的裝置也可能需要輸入，不要因為一個裝置是輸出裝置就把它掛在純輸出口上。

如果我在畫原理圖時把LCD直接與微控制器相連線，也不會有後面的問題。而在這塊開發板上，595連線了數碼管、LCD與排針3種裝置，這種複用方式是不好的，應該儘量避免；寧願多加幾個IC，或者換一個IO更多的微控制器，雖然成本高了，但時間也省下來了。

在開發板上放這塊595的最初目的，是為了給使用者學習時序，學會根據datasheet來寫程式，想著初學者也就會玩玩LED，為了方便使用者就加上了排阻，就算輸出要用作別的，串聯的電阻也人畜無害。後來才把數碼管和LCD一起連線上去。而LCD沒有直接連線595輸出而是連線電阻的原因，也只是為了方便佈線。沒想到最後歪打正著，串聯的電阻幫了大忙。也許以後設計的時候應該多考慮一下串聯電阻，反正幾分錢的電阻四捨五入一下就是不要錢，但沒準就有大用處。

最後，也是最重要的一點，電子電路的知識都是融會貫通的。即使是細枝末節、無關緊要的，或是已經obsolete的知識，也可能成為解決某個問題的關鍵。如果不曾瞭解共陽和共陰背後的原因，對於一個一直使用CMOS工藝製造的微控制器的開發者來說，怎麼會從LCD不接收指令一路聯想到是TTL驅動能力的問題呢？沒準到現在都沒解決問題吧！

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