多功能外圍芯片ＣＨ４５１及其應用

解文軍

CH451是一個整合了數碼管顯示驅動和鍵盤掃描控制以及μP監(jiān)控的多功能外圍芯片。用CH451擴展鍵盤顯示接口，具有接口簡單、占用CPU資源少、外圍器件簡單、性價比高等優(yōu)點，可在各種單片機系統(tǒng)中得到廣泛的應用。

功能說明

CH451內置RC振蕩電路，可以直接動態(tài)驅動８位數碼管或者64位LED，具有BCD譯碼或不譯碼功能，可實現數據的左移、右移、左循環(huán)、右循環(huán)、各數字獨立閃爍等控制功能。CH451內置大電流驅動級，段電流不小于30ｍＡ，字電流不小于160ｍＡ，并有16級亮度控制功能。該器件內置64鍵鍵盤控制器，可實現８×８矩陣鍵盤掃描，并內置去抖動電路，可提供按鍵中斷與按鍵釋放標志位等功能。CH451可選擇簡潔的1線串行接口或高速４線串行接口，且內置上電復位，可提供高電平有效復位和低電平有效復位兩種輸出，同時內置看門狗電路。

封裝及引腳功能

CH451有28引腳的DIP28與SOP28封裝以及DIP24S封裝形式，28腳與24腳在功能上稍有差別，它們的引腳定義見表１所列。

操作命令

CH451共有11條操作命令，每條操作命令均為12位，其中高４位為標識碼，低８位為參數，ｘ可為任意值(下同)。

空操作（0000xxxxxxxxB）空操作命令對CH451不產生任何影響，該命令可以在多個CH451級聯(lián)的應用中透過前級CH451向后級CH451發(fā)送操作命令，而不影響前級CH451的狀態(tài)。例如，要將操作命令001000000001Ｂ發(fā)送給兩級級聯(lián)電路中的后級CH451（后級CH451的DIN引腳連接到前級CH451的DOUT引腳），只要在該操作命令后添加空操作命令000000000000Ｂ再發(fā)送，那么，該操作命令將經過前級CH451到達后級CH451，而空操作命令留給了前級CH451。另外，為了在不影響CH451的前提下變化DCLK以清除看門狗計時器，也可以發(fā)送空操作命令。在非級聯(lián)的應用中，空操作命令可只發(fā)送高４位。

芯片內部復位（001000000001Ｂ） 內部復位命令可將CH451的各個寄存器和各種參數復位到默認的狀態(tài)。芯片上電時，CH451均被復位，此時各個寄存器均復位為0，各種參數均恢復為默認值。

字數據左移（001100000000Ｂ）字數據左移命令將CH451的字數據左移一次，即從DIG0向DIG7移動一位，然后最右邊的DIG0補進數據00H。例如，在數碼管DIG7～DIG0 顯示“87654321”時，執(zhí)行字數據左移命令，顯示變?yōu)椤?654321 ”（不譯碼方式）或者“76543210”（BCD 譯碼方式）。

字數據右移（001100000010B） 字數據右移命令將CH451的字數據右移一次，即從DIG7向DIG0移動一位，然后最左邊的DIG7補進數據00H。例如，在數碼管DIG7～DIG0 顯示“87654321”時，執(zhí)行字數據右移命令，顯示變?yōu)椤?765432”（不譯碼方式）或者“08765432”（BCD 譯碼方式）。

字數據左循環(huán)（001100000001B） 字數據左循環(huán)命令將CH451的字數據左循環(huán)一次，即從DIG0向DIG7移動一位，然后最右邊的DIG0補進原DIG7的數據。例如，在數碼管DIG7～DIG0顯示“87654321”時，執(zhí)行字數據左循環(huán)命令，顯示變?yōu)椤?6543218”。

字數據右循環(huán)（001100000011B） 字數據右循環(huán)命令將CH451的字數據右循環(huán)一次，即從DIG7向DIG0移動一位，然后最左邊的DIG7補進原DIG0的數據。例如，在數碼管DIG7～DIG0顯示“87654321”時，執(zhí)行字數據右循環(huán)命令，顯示變?yōu)椤?8765432”。

設定系統(tǒng)參數（010000000[WDOG][KEYB][DISP]Ｂ）該命令用于設定CH451的系統(tǒng)級參數，如看門狗使能WDOG，鍵盤掃描使能KEYB，顯示驅動使能DISP。各個參數均可通過１位數據來進行控制，將相應的數據位置為１可啟用該功能，否則關閉該功能（默認值）。

設定顯示參數（0101[MODE][LIMIT][INTENSITY]Ｂ） 此命令用于設定CH451的顯示參數，如譯碼方式MODE（１位）、掃描極限LIMIT（３位）、顯示亮度INTENSITY（４位）等。譯碼方式MODE為１時選擇BCD譯碼方式，為０時選擇不譯碼方式。CH451默認工作于不譯碼方式，此時８個數據寄存器中字節(jié)數據的位7~位0分別對應８個數碼管的小數點和段Ｇ～段Ａ，當數據位為１時，對應的數據段（或發(fā)光管）點亮；數據位為０時熄滅。CH451工作于BCD譯碼方式主要應用于數碼管驅動，單片機只要給出二進制數的BCD碼，便可由CH451將其譯碼，并直接驅動數碼管以顯示對應的字符。BCD譯碼方式是對數據寄存器中字節(jié)數據的位４～位０進行兼容BCD的譯碼，可用于控制段驅動引腳SEG6~SEG0的輸出，它們對應于數碼管的段Ｇ～段Ａ，同時可用字節(jié)數據的位７控制段來驅動引腳SEG7的輸出以對應數碼管的小數點，字節(jié)數據的位６和位５不影響B(tài)CD譯碼的輸出，它們可以是任意值。將位４～位０進行BCD譯碼可顯示以下28個字符，其中00000B～01111B分別對應于“0~F”，10000B～11010B分別對應于“”空格、“+”、＋或加號、“-”或減號、“=”等于號、“左方括號”、“右方括號”、“_”下劃線、“H”、“L”、“P”、“.”小數點、其余值為空格。

掃描極限LIMIT控制位001B～111Ｂ和000B（默認值）可分別設定掃描極限1~7和８。顯示亮度INTENSITY控制位的0001B～1111B和0000B（默認值）則用于分別設定顯示驅動占空比1/16~15/16和16/16，以實現16級顯示亮度控制。

設定閃爍控制（0110[D7S][D6S][D5S][D4S][D3S][D2S][D1S][D0S]Ｂ） 設定閃爍控制命令用于設定CH451的閃爍顯示屬性，其中D7S～D0S分別對應于８個字驅動DIG7～DIG0。閃爍屬性D7S～D0S分別通過１位數據控制，將相應的數據位置為１可使能閃爍顯示，否則為正常顯示，不閃爍（默認值）。

加載字數據（1[DIG＿ADDR]DIG＿DATA]Ｂ） 加載字數據命令用于將字節(jié)數據DIG＿DATA（８位）寫入DIG＿ADDR（３位）指定的數據寄存器中。DIG＿ADDR的000B～111B分別用于指定數據寄存器的地址0~7，并分別對應于DIG0~DIG7引腳驅動的８個數碼管。DIG＿DATA為待寫入的字節(jié)數據。

讀取按鍵代碼（0111xxxxxxxxB）讀取按鍵代碼命令用于獲得CH451最近檢測到的有效按鍵的按鍵代碼。該命令是唯一的具有數據返回的命令，CH451通常從DOUT引腳輸出按鍵代碼，按鍵代碼總是7位數據，最高位是狀態(tài)碼，位5~位0是掃描碼。讀取按鍵代碼命令的位數據B7～B0可以是任意值，所以控制器可以將該操作命令縮短為４位數據B11～B8。例如，CH451檢測到有效按鍵并中斷時，如按鍵代碼是5EH，則先向CH451發(fā)出讀取按鍵代碼命令0111B，然后再從DOUT獲得按鍵代碼5EH。

CH451所提供的按鍵代碼為7位，位２～位０是列掃描碼，位５～位３是行掃描碼，位６是狀態(tài)碼（鍵按下為１，鍵釋放為０）。例如，連接DIG3與SEG4的鍵被按下時，按鍵代碼為63H，鍵被釋放后，按鍵代碼是23H。單片機可以在任何時候讀取按鍵代碼，但一般在CH451檢測到有效按鍵而產生鍵盤中斷時讀取按鍵代碼，此時按鍵代碼的位6總是1。另外，如果需要了解按鍵何時釋放，單片機可以通過查詢方式定期讀取按鍵代碼，直到按鍵代碼的位6為0。表2是連接在DIG7～DIG0與SEG7～SEG0之間的鍵被按下時，CH451所提供的按鍵代碼。這些按鍵代碼具有一定的規(guī)律，如果需要鍵被釋放時的按鍵代碼，可將表2中的按鍵代碼的位6 置0，也可將表中的按鍵代碼減去40H。應注意的是CH451不支持組合鍵，也就是說，同一時刻，不能有兩個或者更多的鍵被按下。

串行接口應用電路

CH451與AT89C2051單片機的連接如附圖所示，其中DOUT引腳連接到單片機的中斷輸入引腳，這樣可用中斷方式響應按鍵。如果連接到非中斷輸入引腳，則應該使用查詢方式確定CH451是否檢測到有效按鍵，同時還可向單片機提供復位信號RESET并帶Watch－Dog功能。CH451的段驅動引腳串接的電阻R1（200Ω）用于限制和均衡段驅動電流。在5V電源電壓下，串接200Ω電阻通常對應13ｍＡ段電流。CH451具有64鍵的鍵盤掃描功能，為了防止鍵被按下后在SEG信號線與DIG信號線之間形成短路而影響數碼管顯示，一般應在CH451的DIG0～DIG7引腳與鍵盤矩陣之間串接限流電阻R2，其阻值可以從１~10kΩ。

將P1.6與DIN連接可用于輸入串行數據，串行數據輸入的順序是低位在前，高位在后。另外，在上電復位后，CH451默認選擇１線串行接口，如需選擇４線串行接口，則應在DCLK輸出串行時鐘之前，先在DIN上輸出一個低電平脈沖，以通知CH451為４線串行接口。將P1.7與DCLK連接可提供串行時鐘，以使CH451在其上升沿從DIN輸入數據，并在其下降沿從DOUT輸出數據。LOAD用于加載串行數據，CH451一般在其上升沿加載移位寄存器中的12位數據以作為操作命令進行分析并處理。LOAD的上升沿是串行數據幀的幀完成標志，此時無論移位寄存器中的12位數據是否有效，CH451都會將其當作操作命令來處理。應注意的是，在級聯(lián)電路中，單片機每次輸出的串行數據必須是單個CH451的串行數據的位數乘以級聯(lián)的級數。軟件程序見本刊網站。