關(guān)鍵詞：鍵盤顯示控制；單片機；CH451

單片機在開發(fā)過程中，常常會因為資源不足而不得不大量擴展接口芯片以滿足應(yīng)用系統(tǒng)的需要，其中原因之一是人機界面中的鍵盤顯示占用了系統(tǒng)太多資源，從而造成系統(tǒng)龐大，同時降低了系統(tǒng)的可靠性。在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，鍵盤顯示通常可采用以下幾種方式：

(１)采用并行接口的鍵盤顯示專用芯片８２７９。但８２７９所需外圍元件多（顯示驅(qū)動、譯碼等）、占用電路板面積大、綜合成本高，在中小系統(tǒng)中常常大材小用；

(２)采用通用并行Ｉ／Ｏ芯片擴展（如用８１５５等），但此方案同樣需要驅(qū)動顯示，同時鍵盤顯示掃描還需占用ＣＰＵ大量時間；

(３)采用專用顯示控制器，并用ＣＰＵ的Ｉ／Ｏ引腳完成鍵盤輸入（如ＭＣ１４４９９、ＰＳ７２１９、ＭＡＸ７２１９、ＩＣＭ７２１８、ＴＬＣ５９２１等，大多是串行接口并有顯示驅(qū)動能力，Ｉ／Ｏ占用少）。這種接口方式省去了顯示的掃描，而且電路大多也很簡單，通常在系統(tǒng)需要的按鍵較少時比較適用；

(４)采用帶Ｉ２Ｃ總線的鍵盤顯示芯片（如顯示用ＳＡＡ１０６４，鍵盤用ＰＣＦ８５７４），不過這種方式對于無Ｉ２Ｃ總線接口的ＣＰＵ來說，編程顯得有些不便；

(５)采用串行接口的鍵盤顯示專用芯片，如ＢＣ７２８０／８１、ＨＤ７２７９、ＣＨ４５１等。這類芯片占用ＣＰＵ的資源少，傳輸速度較快，外圍器件要求也較少，在中小系統(tǒng)中都可得到廣泛的應(yīng)用。ＢＣ７２８０／８１與ＨＤ７２７９中已有介紹，本文著重介紹ＣＨ４５１的主要特性及接口應(yīng)用方法。

１ ＣＨ４５１的功能與引腳介紹

ＣＨ４５１是一個整合了數(shù)碼管顯示驅(qū)動和鍵盤掃描控制以及μＰ監(jiān)控的多功能外圍芯片。ＣＨ４５１內(nèi)置ＲＣ振蕩電路，可以直接動態(tài)驅(qū)動８位數(shù)碼管或者６４位ＬＥＤ，具有ＢＣＤ譯碼或不譯碼功能，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的左移、右移、左循環(huán)、右循環(huán)、各數(shù)字獨立閃爍等控制功能。ＣＨ４５１內(nèi)置大電流驅(qū)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；在鍵盤控制方面，該器件內(nèi)置６４鍵鍵盤控制器，可實現(xiàn)８×８矩陣鍵盤掃描，并內(nèi)置去抖動電路，可提供按鍵中斷與按鍵釋放標(biāo)志位等功能；在外部接口方面，ＣＨ４５１可選擇簡潔的１線串行接口或高速４線串行接口，且內(nèi)置上電復(fù)位，可提供高電平有效復(fù)位和低電平有效復(fù)位兩種輸出，同時內(nèi)置看門狗電路Ｗａｔｃｈ－Ｄｏｇ。ＣＨ４５１提供有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。

表1 CH451的引腳說明

２?。茫龋矗担钡牟僮髅?

ＣＨ４５１的操作命令均為１２位，其中高４位為標(biāo)識碼，低８位為參數(shù)，各操作命令如下：

●空操作：００００ｘｘｘｘｘｘｘｘＢ（ｘ可為任意值，下同）

空操作命令對ＣＨ４５１不產(chǎn)生任何影響。該命令可以在多個ＣＨ４５１級聯(lián)的應(yīng)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(jīng)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(yīng)用中，空操作命令可只發(fā)送高４位。

● 芯片內(nèi)部復(fù)位：００１００００００００１Ｂ

內(nèi)部復(fù)位命令可將ＣＨ４５１的各個寄存器和各種參數(shù)復(fù)位到默認的狀態(tài)。芯片上電時，ＣＨ４５１均被復(fù)位，此時各個寄存器均復(fù)位為０，各種參數(shù)均恢復(fù)為默認值。

● 字?jǐn)?shù)據(jù)移位：００１１００００００[Ｄ１][Ｄ０]Ｂ

字?jǐn)?shù)據(jù)移位命令共有４個：開環(huán)左移、右移，閉環(huán)左移、右移。Ｄ０為０時為開環(huán)，為１時為閉環(huán)，Ｄ１為０時左移，為１時為右移。開環(huán)左移時ＤＩＧ０引腳對應(yīng)的單元補００Ｈ，此時不譯碼方式顯示為空格，ＢＣＤ譯碼方式時顯示為０；開環(huán)右移時，ＤＩＧ７引腳對應(yīng)的單元補００Ｈ；而在閉環(huán)時ＤＩＧ０與ＤＩＧ７頭尾相接，閉環(huán)移位。

● 設(shè)定系統(tǒng)參數(shù)：０１０００００００[ＷＤＯＧ][ＫＥＹＢ][ＤＩＳＰ]Ｂ

該命令用于設(shè)定ＣＨ４５１的系統(tǒng)級參數(shù)如看門狗使能ＷＤＯＧ、鍵盤掃描使能ＫＥＹＢ、顯示驅(qū)動使能ＤＩＳＰ等。各個參數(shù)均可通過１位數(shù)據(jù)來進行控制，將相應(yīng)的數(shù)據(jù)位置為１可啟用該功能，否則關(guān)閉該功能（默認值）。

● 設(shè)定顯示參數(shù)：０１０１[ＭＯＤＥ][ＬＩＭＩＴ][ＩＮＴＥＮＳＩＴＹ]Ｂ

此命令用于設(shè)定ＣＨ４５１的顯示參數(shù)，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(shù)據(jù)寄存器中字節(jié)數(shù)據(jù)的位７～位０分別對應(yīng)８個數(shù)碼管的小數(shù)點和段Ｇ～段Ａ，當(dāng)數(shù)據(jù)位為１時，對應(yīng)的數(shù)據(jù)段（或發(fā)光管）點亮；數(shù)據(jù)位為０時熄滅。ＣＨ４５１工作于ＢＣＤ譯碼方式主要應(yīng)用于數(shù)碼管驅(qū)動，單片機只要給出二進制數(shù)的ＢＣＤ碼，便可由ＣＨ４５１將其譯碼并直接驅(qū)動數(shù)碼管以顯示對應(yīng)的字符。ＢＣＤ譯碼方式是對數(shù)據(jù)寄存器中字節(jié)數(shù)據(jù)的位４～位０進行兼容ＢＣＤ的譯碼，可用于控制段驅(qū)動引腳ＳＥＧ６～ＳＥＧ０的輸出，它們對應(yīng)于數(shù)碼管的段Ｇ～段Ａ，同時可用字節(jié)數(shù)據(jù)的位７控制段來驅(qū)動引腳ＳＥＧ７的輸出以對應(yīng)數(shù)碼管的小數(shù)點，字節(jié)數(shù)據(jù)的位６和位５不影響ＢＣＤ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(yīng)于“０～Ｆ”、１００００Ｂ～１１０１０Ｂ分別對應(yīng)于“ ”空格 、“＋”＋或加號 、“－”負號或減號 、“＝”等于號 、“＂左方括號 、“”右方括號 、“＿”下劃線 、“Ｈ” 、“Ｌ” 、“Ｐ” 、“．”小數(shù)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(shè)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(shè)定顯示驅(qū)動占空比１／１６～１５／１６ 和１６／１６，以實現(xiàn)１６級顯示亮度控制。

●設(shè)定閃爍控制：０１１０[Ｄ７Ｓ][Ｄ６Ｓ][Ｄ５Ｓ][Ｄ４Ｓ][Ｄ３Ｓ][Ｄ２Ｓ][Ｄ１Ｓ][Ｄ０Ｓ]Ｂ

設(shè)定閃爍控制命令用于設(shè)定ＣＨ４５１的閃爍顯示屬性，其中Ｄ７Ｓ～Ｄ０Ｓ 分別對應(yīng)于８個字驅(qū)動ＤＩＧ７～ＤＩＧ０。閃爍屬性Ｄ７Ｓ～Ｄ０Ｓ分別通過１位數(shù)據(jù)控制，將相應(yīng)的數(shù)據(jù)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?jǐn)?shù)據(jù)：１[ＤＩＧ＿ＡＤＤＲ][ＤＩＧ＿ＤＡＴＡ]Ｂ

加載字?jǐn)?shù)據(jù)命令用于將字節(jié)數(shù)據(jù)ＤＩＧ＿ＤＡＴＡ（８位）寫入ＤＩＧ＿ＡＤＤＲ（３位）指定的數(shù)據(jù)寄存器中。ＤＩＧ＿ＡＤＤＲ的０００Ｂ～１１１Ｂ分別用于指定數(shù)據(jù)寄存器的地址０～７，并分別對應(yīng)于ＤＩＧ０～ＤＩＧ７引腳驅(qū)動的８個數(shù)碼管。ＤＩＧ＿ＤＡＴＡ為待寫入的字節(jié)數(shù)據(jù)。

●讀取按鍵代碼：０１１１ｘｘｘｘｘｘｘｘＢ

讀取按鍵代碼命令用于獲得ＣＨ４５１近檢測到的有效按鍵的按鍵代碼。該命令是的具有數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(chǎn)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(yīng)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。

表2 CH451的鍵盤編碼表

３　串行接口應(yīng)用電路

ＣＨ４５１與ＭＣＳ－５１單片機的連接如圖１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(yīng)按鍵。如果連接到非中斷輸入引腳，則應(yīng)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(fù)位信號ＲＥＳＥＴ并帶Ｗａｔｃｈ－Ｄｏｇ功能。ＣＨ４５１的段驅(qū)動引腳串接的電阻Ｒ１（２００Ω）用于限制和均衡段驅(qū)動電流。在５Ｖ電源電壓下，串接２００Ω電阻通常對應(yīng)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(shù)碼管顯示，一般應(yīng)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１ｋΩ至１０ｋΩ。

將Ｐ１．０與ＤＩＮ連接可用于輸入串行數(shù)據(jù)，串行數(shù)據(jù)輸入的順序是低位在前，高位在后。另外，在上電復(fù)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(yīng)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Ｐ１．１與ＤＣＬＫ連接可提供串行時鐘，以使ＣＨ４５１在其上升沿從ＤＩＮ輸入數(shù)據(jù)，并在其下降沿從ＤＯＵＴ輸出數(shù)據(jù)。ＬＯＡＤ用于加載串行數(shù)據(jù)，ＣＨ４５１一般在其上升沿加載移位寄存器中的１２位數(shù)據(jù)以作為操作命令進行分析并處理。也就是說，ＬＯＡＤ的上升沿是串行數(shù)據(jù)幀的幀完成標(biāo)志，此時無論移位寄存器中的１２位數(shù)據(jù)是否有效，ＣＨ４５１都會將其當(dāng)作操作命令來處理。應(yīng)注意的是，在級聯(lián)電路中，單片機每次輸出的串行數(shù)據(jù)必須是單個ＣＨ４５１的串行數(shù)據(jù)的位數(shù)乘以級聯(lián)的級數(shù)。

下面是該電路的驅(qū)動程序：

；主程序需要定義的參數(shù)

ＤＣＬＫ ＢＩＴ Ｐ１．１ ；串行數(shù)據(jù)時鐘，上升沿激活

ＤＩＮ ＢＩＴ Ｐ１．０ ；串行數(shù)據(jù)輸入

ＬＯＡＤ ＢＩＴ Ｐ１．２ ；串行命令加載，上升沿激活

ＤＯＵＴ ＢＩＴ Ｐ３．２ ；接ＩＮＴ０，鍵盤中斷和鍵值數(shù)據(jù)輸出

ＫＥＹ ＤＡＴＡ ７ＦＨ ；存放鍵盤中斷時讀取的鍵值

；＊＊＊＊＊＊＊ 初始化子程序 ＊＊＊＊＊＊＊

ＩＮＩＴ ＣＬＲ ＤＩＮ ；先低后高，輸出上升沿通知

ＣＨ４５１選擇４線串行接口

ＳＥＴＢ ＤＣＬＫ ；置為默認的高電平

ＳＥＴＢ ＤＩＮ

ＳＥＴＢ ＬＯＡＤ

ＳＥＴＢ ＤＯＵＴ ；置為輸入

ＭＯＶ Ｂ＃０４Ｈ ；設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)命令

ＭＯＶ Ａ＃０７Ｈ ； Ｗａｔｃｈ－Ｄｏｇ使能，開鍵盤、顯示功能

ＬＣＡＬＬ ＷＲＩＴＥ

ＭＯＶ Ｂ＃０３Ｈ ；設(shè)置移位命令

ＭＯＶ Ａ＃００Ｈ ；開環(huán)左移

ＬＣＡＬＬ ＷＲＩＴＥ

ＭＯＶ Ｂ＃０５Ｈ ；設(shè)置顯示參數(shù)

ＭＯＶ Ａ＃００Ｈ ；不譯碼，８位顯示，亮

ＬＣＡＬＬ ＷＲＩＴＥ

ＭＯＶ Ｂ＃０６Ｈ ；設(shè)置閃爍控制

ＭＯＶ Ａ＃００Ｈ ；不閃爍

ＬＣＡＬＬ ＷＲＩＴＥ

ＣＬＲ ＩＴ０ ；置外部信號為低電平觸發(fā)

ＣＬＲ ＩＥ０ ；清中斷標(biāo)志

ＳＥＴＢ ＥＸ０ ；允許鍵盤中斷

ＳＥＴＢ ＥＡ

ＲＥＴ

；＊＊＊＊＊＊＊ 輸出命令子程序 ＊＊＊＊＊＊

；入?yún)ⅲ海隆ⅲ粒茫么龑懙模保参粩?shù)據(jù) 低８位在ＡＣＣ中 高４位在Ｂ的低４位中

ＷＲＩＴＥ ＣＬＲ ＥＸ０ ；禁止鍵盤中斷

ＣＬＲ ＬＯＡＤ ；命令開始，此命令可以放在后面

ＭＯＶ Ｒ７＃０８Ｈ ；將ＡＣＣ中８位送出

ＷＲＩＴＥ＿８ＲＲＣ Ａ ；低位在前，高位在后

ＣＬＲ ＤＣＬＫ

ＭＯＶ ＤＩＮＣ ；送出一位數(shù)據(jù)

ＳＥＴＢ ＤＣＬＫ ；產(chǎn)生時鐘上升沿通知

ＣＨ４５１輸入位數(shù)據(jù)

ＤＪＮＺ Ｒ７ ＷＲＩＴＥ ８ ；位數(shù)據(jù)未完，繼續(xù)

ＭＯＶ ＡＢ

ＭＯＶ Ｒ７＃０４Ｈ ；將Ｂ中４位送出

ＷＲＩＴＥ ４ＲＲＣ Ａ ；低位在前高位在后

ＣＬＲ ＤＣＬＫ

ＭＯＶ ＤＩＮＣ

ＳＥＴＢ ＤＣＬＫ

ＤＪＮＺ Ｒ７ ＷＲＩＴＥ ４

ＳＥＴＢ ＬＯＡＤ ；產(chǎn)生加載上升沿通知

ＣＨ４５１處理命令數(shù)據(jù)

ＳＥＴＢ ＥＸ０ ；允許鍵盤中斷

ＲＥＴ

＊＊＊＊＊＊＊ 輸入鍵值子程序 ＊＊＊＊＊＊

 出參 ＡＣＣ鍵值數(shù)據(jù)

ＲＥＡＤ ＣＬＲ ＥＸ０ ；禁止鍵盤中斷

ＣＬＲ ＬＯＡＤ ；命令開始

ＭＯＶ Ａ＃０７Ｈ ；讀取鍵值命令的高４

位０１１１Ｂ

ＭＯＶ Ｒ７＃０４Ｈ ；忽略１２位命令的低

８位

ＲＥＡＤ ４ ＲＲＣ Ａ ；低位在前，高位在后

ＣＬＲ ＤＣＬＫ

ＭＯＶ ＤＩＮＣ

ＳＥＴＢ ＤＣＬＫ

ＤＪＮＺ Ｒ７ ＲＥＡＤ ４

ＳＥＴＢ ＬＯＡＤ ；產(chǎn)生加載上升沿通知

ＣＨ４５１處理命令數(shù)據(jù)

ＣＬＲ Ａ ；先清除鍵值單元以便移位

ＭＯＶ Ｒ７＃０７Ｈ ；讀入７位鍵值

ＲＥＡＤ＿７ ＭＯＶ ＣＤＯＵＴ ；讀入一位數(shù)據(jù)

ＣＬＲ ＤＣＬＫ ；產(chǎn)生時鐘下降沿通知

ＣＨ４５１輸出下一位

ＲＬＣ Ａ ；數(shù)據(jù)移入ＡＣＣ，高位

在前，低位在后

ＳＥＴＢ ＤＣＬＫ

ＤＪＮＺ Ｒ７ ＲＥＡＤ＿７ ；位數(shù)據(jù)未完繼續(xù)

ＣＬＲ ＩＥ０ ；清中斷標(biāo)志，讀操作

過程中有低電平脈沖

ＳＥＴＢ ＥＸ０ ；允許鍵盤中斷

ＲＥＴ

４　結(jié)束語

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、性能價格比高等優(yōu)點，可在各種單片機系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。