多功能外围芯片ＣＨ４５１及其应用

解文军

CH451是一个整合了数码管显示驱动和键盘扫描控制以及μP监控的多功能外围芯片。用CH451扩展键盘显示接口，具有接口简单、占用CPU资源少、外围器件简单、性价比高等优点，可在各种单片机系统中得到广泛的应用。

功能说明

CH451内置RC振荡电路，可以直接动态驱动８位数码管或者64位LED，具有BCD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。CH451内置大电流驱动级，段电流不小于30ｍＡ，字电流不小于160ｍＡ，并有16级亮度控制功能。该器件内置64键键盘控制器，可实现８×８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。CH451可选择简洁的1线串行接口或高速４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。

封装及引脚功能

CH451有28引脚的DIP28与SOP28封装以及DIP24S封装形式，28脚与24脚在功能上稍有差别，它们的引脚定义见表１所列。

操作命令

CH451共有11条操作命令，每条操作命令均为12位，其中高４位为标识码，低８位为参数，ｘ可为任意值(下同)。

空操作（0000xxxxxxxxB）空操作命令对CH451不产生任何影响，该命令可以在多个CH451级联的应用中透过前级CH451向后级CH451发送操作命令，而不影响前级CH451的状态。例如，要将操作命令001000000001Ｂ发送给两级级联电路中的后级CH451（后级CH451的DIN引脚连接到前级CH451的DOUT引脚），只要在该操作命令后添加空操作命令000000000000Ｂ再发送，那么，该操作命令将经过前级CH451到达后级CH451，而空操作命令留给了前级CH451。另外，为了在不影响CH451的前提下变化DCLK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４位。

芯片内部复位（001000000001Ｂ） 内部复位命令可将CH451的各个寄存器和各种参数复位到默认的状态。芯片上电时，CH451均被复位，此时各个寄存器均复位为0，各种参数均恢复为默认值。

字数据左移（001100000000Ｂ）字数据左移命令将CH451的字数据左移一次，即从DIG0向DIG7移动一位，然后最右边的DIG0补进数据00H。例如，在数码管DIG7～DIG0 显示“87654321”时，执行字数据左移命令，显示变为“7654321 ”（不译码方式）或者“76543210”（BCD 译码方式）。

字数据右移（001100000010B） 字数据右移命令将CH451的字数据右移一次，即从DIG7向DIG0移动一位，然后最左边的DIG7补进数据00H。例如，在数码管DIG7～DIG0 显示“87654321”时，执行字数据右移命令，显示变为“8765432”（不译码方式）或者“08765432”（BCD 译码方式）。

字数据左循环（001100000001B） 字数据左循环命令将CH451的字数据左循环一次，即从DIG0向DIG7移动一位，然后最右边的DIG0补进原DIG7的数据。例如，在数码管DIG7～DIG0显示“87654321”时，执行字数据左循环命令，显示变为“76543218”。

字数据右循环（001100000011B） 字数据右循环命令将CH451的字数据右循环一次，即从DIG7向DIG0移动一位，然后最左边的DIG7补进原DIG0的数据。例如，在数码管DIG7～DIG0显示“87654321”时，执行字数据右循环命令，显示变为“18765432”。

设定系统参数（010000000[WDOG][KEYB][DISP]Ｂ）该命令用于设定CH451的系统级参数，如看门狗使能WDOG，键盘扫描使能KEYB，显示驱动使能DISP。各个参数均可通过１位数据来进行控制，将相应的数据位置为１可启用该功能，否则关闭该功能（默认值）。

设定显示参数（0101[MODE][LIMIT][INTENSITY]Ｂ） 此命令用于设定CH451的显示参数，如译码方式MODE（１位）、扫描极限LIMIT（３位）、显示亮度INTENSITY（４位）等。译码方式MODE为１时选择BCD译码方式，为０时选择不译码方式。CH451默认工作于不译码方式，此时８个数据寄存器中字节数据的位7~位0分别对应８个数码管的小数点和段Ｇ～段Ａ，当数据位为１时，对应的数据段（或发光管）点亮；数据位为０时熄灭。CH451工作于BCD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BCD码，便可由CH451将其译码，并直接驱动数码管以显示对应的字符。BCD译码方式是对数据寄存器中字节数据的位４～位０进行兼容BCD的译码，可用于控制段驱动引脚SEG6~SEG0的输出，它们对应于数码管的段Ｇ～段Ａ，同时可用字节数据的位７控制段来驱动引脚SEG7的输出以对应数码管的小数点，字节数据的位６和位５不影响BCD译码的输出，它们可以是任意值。将位４～位０进行BCD译码可显示以下28个字符，其中00000B～01111B分别对应于“0~F”，10000B～11010B分别对应于“”空格、“+”、＋或加号、“-”或减号、“=”等于号、“左方括号”、“右方括号”、“_”下划线、“H”、“L”、“P”、“.”小数点、其余值为空格。

扫描极限LIMIT控制位001B～111Ｂ和000B（默认值）可分别设定扫描极限1~7和８。显示亮度INTENSITY控制位的0001B～1111B和0000B（默认值）则用于分别设定显示驱动占空比1/16~15/16和16/16，以实现16级显示亮度控制。

设定闪烁控制（0110[D7S][D6S][D5S][D4S][D3S][D2S][D1S][D0S]Ｂ） 设定闪烁控制命令用于设定CH451的闪烁显示属性，其中D7S～D0S分别对应于８个字驱动DIG7～DIG0。闪烁属性D7S～D0S分别通过１位数据控制，将相应的数据位置为１可使能闪烁显示，否则为正常显示，不闪烁（默认值）。

加载字数据（1[DIG＿ADDR]DIG＿DATA]Ｂ） 加载字数据命令用于将字节数据DIG＿DATA（８位）写入DIG＿ADDR（３位）指定的数据寄存器中。DIG＿ADDR的000B～111B分别用于指定数据寄存器的地址0~7，并分别对应于DIG0~DIG7引脚驱动的８个数码管。DIG＿DATA为待写入的字节数据。

读取按键代码（0111xxxxxxxxB）读取按键代码命令用于获得CH451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，CH451通常从DOUT引脚输出按键代码，按键代码总是7位数据，最高位是状态码，位5~位0是扫描码。读取按键代码命令的位数据B7～B0可以是任意值，所以控制器可以将该操作命令缩短为４位数据B11～B8。例如，CH451检测到有效按键并中断时，如按键代码是5EH，则先向CH451发出读取按键代码命令0111B，然后再从DOUT获得按键代码5EH。

CH451所提供的按键代码为7位，位２～位０是列扫描码，位５～位３是行扫描码，位６是状态码（键按下为１，键释放为０）。例如，连接DIG3与SEG4的键被按下时，按键代码为63H，键被释放后，按键代码是23H。单片机可以在任何时候读取按键代码，但一般在CH451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6总是1。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6为0。表2是连接在DIG7～DIG0与SEG7～SEG0之间的键被按下时，CH451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2中的按键代码的位6 置0，也可将表中的按键代码减去40H。应注意的是CH451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。

串行接口应用电路

CH451与AT89C2051单片机的连接如附图所示，其中DOUT引脚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CH451是否检测到有效按键，同时还可向单片机提供复位信号RESET并带Watch－Dog功能。CH451的段驱动引脚串接的电阻R1（200Ω）用于限制和均衡段驱动电流。在5V电源电压下，串接200Ω电阻通常对应13ｍＡ段电流。CH451具有64键的键盘扫描功能，为了防止键被按下后在SEG信号线与DIG信号线之间形成短路而影响数码管显示，一般应在CH451的DIG0～DIG7引脚与键盘矩阵之间串接限流电阻R2，其阻值可以从１~10kΩ。

将P1.6与DIN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，CH451默认选择１线串行接口，如需选择４线串行接口，则应在DCLK输出串行时钟之前，先在DIN上输出一个低电平脉冲，以通知CH451为４线串行接口。将P1.7与DCLK连接可提供串行时钟，以使CH451在其上升沿从DIN输入数据，并在其下降沿从DOUT输出数据。LOAD用于加载串行数据，CH451一般在其上升沿加载移位寄存器中的12位数据以作为操作命令进行分析并处理。LOAD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12位数据是否有效，CH451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CH451的串行数据的位数乘以级联的级数。软件程序见本刊网站。