数码管显示驱动和键盘扫描控制器CH451及其应用.docx

数码管显示驱动和键盘扫描控制器CH451及其应用摘要：介绍一种新型的键盘显示驱动芯片CH451的性能特点和工作原理，给出了CH451键盘显示驱动芯片与MCS51单片机的接口方法与相应的软件驱动程序。关键词：键盘显示控制；单片机；CH451单片机在开发过程中，常常会因为资源不足而不得不大量扩展接口芯片以满足应用系统的需要，其中原因之一是人机界面中的键盘显示占用了系统太多资源，从而造成系统庞大，同时降低了系统的可靠性。在单片机应用系统中，键盘显示通常可采用以下几种方式()采用并行接口的键盘显示专用芯片。但所需外围元件多、占用电路板面积大、综合成本高，在中小系统中常常大材小用；()采用通用并行芯片扩展，但此方案同样需要驱动显示，同时键盘显示扫描还需占用大量时间；()采用专用显示控制器，并用的引脚完成键盘输入。这种接口方式省去了显示的扫描，而且电路大多也很简单，通常在系统需要的按键较少时比较适用；()采用带总线的键盘显示芯片，不过这种方式对于无总线接口的来说，编程显得有些不便；()采用串行接口的键盘显示专用芯片，如、等。这类芯片占用的资源少，传输速度较快，外围器件要求也较少，在中小系统中都可得到广泛的应用。与中已有介绍，本文着重介绍的主要特性及接口应用方法。 的功能与引脚介绍是一个整合了数码管显示驱动和键盘扫描控制以及监控的多功能外围芯片。内置振荡电路，可以直接动态驱动位数码管或者位，具有译码或不译码功能，可实现数据的左移、右移、左循环、右循环、各数字独立闪烁等控制功能。内置大电流驱动级，段电流不小于，字电流不小于，并有 级亮度控制功能；在键盘控制方面，该器件内置键键盘控制器，可实现矩阵键盘扫描，并内置去抖动电路，可提供按键中断与按键释放标志位等功能；在外部接口方面，可选择简洁的线串行接口或高速线串行接口，且内置上电复位，可提供高电平有效复位和低电平有效复位两种输出，同时内置看门狗电路。提供有引脚的与封装以及封装形式，脚与脚在功能上稍有差别，它们的引脚定义见表所列。表1 CH451的引脚说明28脚引脚号24脚引脚号引脚名称类 型引 脚 说 明232VCC电源正电源，持续电流不小于200mA915GND电源接地，持续电流不小于200mA254LOAD输入4线串行接口的数据加协，带上拉265DIN输入4线串行接口的数据输入，带上拉276DCLK输入串行接口听数据时钟，带上拉，可同时用于看门狗的清除输入243DOUT输出串行接口的数据输出键盘中断22151、2418DIG7SEG0三态输出及输入数码管的段驱动，高电平有效，键盘扫描输入，高电平有效，带下拉18714DIG7DIG0输出数码管的字驱动，低电平有效，键盘扫描输入，高电平有效，带下拉12不支持RST输出上电复位和看门狗复位，高电平有效13不支持RST输出上电复位和看门狗复位，低电平有效28不支持RSTI输入上电复位门限调整或手工复位输入14不支持ADJ输入段电流上限调整，带强下拉10不支持CLK输入外接阻容振荡11不支持CLKO输出CLK引脚时钟信号的二分频输出17NC不连接，禁止使用的操作命令 的操作命令均为位，其中高位为标识码，低位为参数，各操作命令空操作：空操作命令对不产生任何影响。该命令可以在多个级联的应用中透过前级向后级发送操作命令而不影响前级的状态。例如，要将操作命令发送给两级级联电路中的后级，只要在该操作命令后添加空操作命令再发送，那么，该操作命令将经过前级到达后级，而空操作命令留给了前级。另外，为了在不影响的前提下变化以清除看门狗计时器，也可以发送空操作命令。在非级联的应用中，空操作命令可只发送高位。 芯片内部复位：内部复位命令可将的各个寄存器和各种参数复位到默认的状态。芯片上电时，均被复位，此时各个寄存器均复位为，各种参数均恢复为默认值。 字数据移位：字数据移位命令共有个：开环左移、右移，闭环左移、右移。为时为开环，为时为闭环，为时左移，为时为右移。开环左移时引脚对应的单元补，此时不译码方式显示为空格，译码方式时显示为；开环右移时，引脚对应的单元补；而在闭环时与头尾相接，闭环移位。 设定系统参数：该命令用于设定的系统级参数如看门狗使能、键盘扫描使能、显示驱动使能等。各个参数均可通过位数据来进行控制，将相应的数据位置为可启用该功能，否则关闭该功能。 设定显示参数：此命令用于设定的显示参数，如译码方式、扫描极限、显示亮度等。译码方式为时选择译码方式，为时选择不译码方式。默认工作于不译码方式，此时个数据寄存器中字节数据的位位分别对应个数码管的小数点和段段，当数据位为时，对应的数据段点亮；数据位为时熄灭。工作于译码方式主要应用于数码管驱动，单片机只要给出二进制数的码，便可由将其译码并直接驱动数码管以显示对应的字符。译码方式是对数据寄存器中字节数据的位位进行兼容的译码，可用于控制段驱动引脚的输出，它们对应于数码管的段段，同时可用字节数据的位控制段来驱动引脚的输出以对应数码管的小数点，字节数据的位和位不影响译码的输出，它们可以是任意值。将位位进行译码可显示以下个字符，其中分别对应于“”、分别对应于“ ”空格 、“”或加号 、“”负号或减号 、“”等于号 、“左方括号 、“”右方括号 、“”下划线 、“” 、“” 、“” 、“”小数点 、其余值为空格。扫描极限控制位和可分别设定扫描极限和。显示亮度控制位的和则用于分别设定显示驱动占空比 和，以实现级显示亮度控制。设定闪烁控制：设定闪烁控制命令用于设定的闪烁显示属性，其中 分别对应于个字驱动。闪烁属性分别通过位数据控制，将相应的数据位置为可使能闪烁显示，否则为正常显示，不闪烁。加载字数据：加载字数据命令用于将字节数据写入指定的数据寄存器中。的分别用于指定数据寄存器的地址，并分别对应于引脚驱动的个数码管。为待写入的字节数据。读取按键代码：读取按键代码命令用于获得最近检测到的有效按键的按键代码。该命令是唯一的具有数据返回的命令，通常从引脚输出按键代码，按键代码总是位数据，最高位是状态码，位位是扫描码。读取按键代码命令的位数据可以是任意值，所以控制器可以将该操作命令缩短为位数据。例如，检测到有效按键并中断时，如按键代码是，则先向发出读取按键代码命令，然后再从获得按键代码。所提供的按键代码为位，位位是列扫描码，位位是行扫描码，位是状态码。例如，连接与的键被按下时，按键代码为，键被释放后，按键代码是。单片机可以在任何时候读取按键代码，但一般在检测到有效按键而产生键盘中断时读取按键代码，此时按键代码的位总是。另外，如果需要了解按键何时释放，单片机可以通过查询方式定期读取按键代码，直到按键代码的位为。表是连接在与之间的键被按下时，所提供的按键代码。这些按键代码具有一定的规律，如果需要键被释放时的按键代码，可将表中的按键代码的位 置，也可将表中的按键代码减去。应注意的是：不支持组合键，也就是说，同一时刻，不能有两个或者更多的键被按下。表2 CH451的键盘编码表串行接口应用电路与单片机的连接如图所示，其中引脚最好连接到单片机的中断输入引脚，这样可用中断方式响应按键。如果连接到非中断输入引脚，则应该使用查询方式确定是否检测到有效按键，同时还可向单片机提供复位信号并带功能。的段驱动引脚串接的电阻用于限制和均衡段驱动电流。在电源电压下，串接电阻通常对应段电流。具有键的键盘扫描功能，为了防止键被按下后在信号线与信号线之间形成短路而影响数码管显示，一般应在的引脚与键盘矩阵之间串接限流电阻，其阻值可以从至。将与连接可用于输入串行数据，串行数据输入的顺序是低位在前，高位在后。另外，在上电复位后， 默认选择线串行接口，如需选择线串行接口，则应在输出串行时钟之前，先在上输出一个低电平脉冲，以通知为线串行接口。将与连接可提供串行时钟，以使在其上升沿从输入数据，并在其下降沿从输出数据。用于加载串行数据，一般在其上升沿加载移位寄存器中的位数据以作为操作命令进行分析并处理。也就是说，的上升沿是串行数据帧的帧完成标志，此时无论移位寄存器中的位数据是否有效，都会将其当作操作命令来处理。应注意的是，在级联电路中，单片机每次输出的串行数据必须是单个的串行数据的位数乘以级联的级数。下面是该电路的驱动程序；主程序需要定义的参数 ；串行数据时钟，上升沿激活 ；串行数据输入 ；串行命令加载，上升沿激活 ；接，键盘中断和键值数据输出 ；存放键盘中断时读取的键值； 初始化子程序 ；先低后高，输出上升沿通知选择线串行接口 ；置为默认的高电平 ；置为输入 ；设置系统参数命令 ； 使能，开键盘、显示功能 ；设置移位命令 ；开环左移 ；设置显示参数 ；不译码，位显示，最亮 ；设置闪烁控制 ；不闪烁 ；置外部信号为低电平触发 ；清中断标志 ；允许键盘中断 ； 输出命令子程序 ；入参：、待写的位数据 低位在中 高位在的低位中 ；禁止键盘中断 ；命令开始，此命令可以放在后面 ；将中位送出 ；低位在前，高位在后 ；送出一位数据 ；产生时钟上升沿通知输入位数据 ；位数据未完，继续 ；将中位送出 ；低位在前高位在后 ；产生加载上升沿通知处理命令数据 ；允许键盘中断 输入键值子程序 出参 键值数据 ；禁止键盘中断 ；命令开始 ；读取键值命令的高位 ；忽略位命令的低位 ；低位在前，高位在后 ；产生加载上升沿通知处理命令数据 ；先清除键值单元以便移位 ；读入位键值 ；读入一位数据 ；产生时钟下降沿通知输出下一位 ；数据移入，高位在前，低位在后 ；位数据未完继续 ；清中断标志，读操作过程中有低电平脉冲 ；允许键盘中断结束语用扩展键盘显示接口，具有接口简单、占用资源少、外围器件简单、性能价格比高等优点，可在各种单片机系统中得到广泛的应用。