CH451手册
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数码管驱动及键盘控制芯片CH451
手册 版本：4D http://wch.cn
1、概述
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。CH451内置RC振荡电路，可以动态驱动8位数码管或者64只LED发光管，具有BCD译码、闪烁、移位等功能；同时还可以进行64键的键盘扫描；CH451通过可以级联的串行接口与单片机等交换数据；并且提供上电复位和看门狗等监控功能。 DCLK SEG [7-0] DIN 8位 LOAD 数码管 CH451 单片机 8×8矩阵 或 外围芯片 DOUT 64键键盘 MCU等 64只 发光管 (虚线可选) RST RST# DIG [7-0]
2、特点
2.1. 显示驱动
● 内置大电流驱动级，段电流不小于25mA，字电流不小于150mA。 ● 动态显示扫描控制，直接驱动8位数码管或者64只发光管LED。 ● 可选数码管的段与数据位相对应的不译码方式或者BCD译码方式。 ● 数码管的字数据左移、右移、左循环、右循环。 ● 各数码管数字独立闪烁控制。
● 任意段位寻址，独立控制各个LED或者各数码管的各个段的亮与灭。 ● 通过占空比设定提供16级亮度控制。
● 支持段电流上限调整，可以省去所有限流电阻。
● 扫描极限控制，支持1到8个数码管，只为有效数码管分配扫描时间。
2.2. 键盘控制
● 内置64键键盘控制器，基于8×8矩阵键盘扫描。 ● 内置按键状态输入的下拉电阻，内置去抖动电路。 ● 键盘中断，低电平有效输出。
● 提供按键释放标志位，可供查询按键按下与释放。
2.3. 其它
● 高速的4线串行接口，支持多片级联，时钟速度从0到10MHz。
● 串行接口中的DIN和DCLK信号线可以与其它接口电路共用，节约引脚。 ● 完全内置时钟振荡电路，不需要外接晶体或者阻容振荡。
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● 内置上电复位和看门狗Watch-Dog，提供高电平有效和低电平有效复位输出。 ● 支持低功耗睡眠，节约电能，可以被按键唤醒或者被命令操作唤醒。 ● 支持3V～5V电源电压。
● 提供SOP28和DIP24S两种无铅封装，兼容RoHS。 ● 引脚及功能基本兼容4线接口方式的CH452芯片。
3、封装
封装形式 SOP28 DIP24S
宽度
7.62mm 300mil 7.62mm 300mil
引脚间距
1.27mm 50mil 2.54mm 100mil
封装说明
标准的28脚贴片 窄24脚双列直插
订货型号 CH451S CH451L
4、引脚
SOP28 的引脚号 23 9 25 26 27 24 22～15 1～8 12 13 28 14 11 10 不支持
DIP24S 的引脚号
2 15 4 5
6 3 1、 24～18 7～14 16 不支持 不支持 不支持 不支持 不支持 17
引脚名称 VCC GND LOAD DIN DCLK DOUT SEG7 ～SEG0 DIG7 ～DIG0 RST RST# RSTI ADJ CLKO GND NC.
类型 电源 电源 输入 输入 输入 输出 三态输出 及输入 输出 输出 输出 输入 输入 输出 电源 空脚
引脚说明
正电源端，持续电流不小于200mA 公共接地端，持续电流不小于200mA 串行接口的数据加载，内置上拉电阻 串行接口的数据输入，内置上拉电阻 串行接口的数据时钟，内置上拉电阻
同时用于看门狗的清除输入 串行接口的数据输出和键盘中断 数码管的段驱动，高电平有效， 键盘扫描输入，高电平有效，内置下拉 数码管的字驱动，低电平有效， 键盘扫描输出，高电平有效 上电复位和看门狗复位，高电平有效 上电复位和看门狗复位，低电平有效
外部手工复位输入， 高电平有效，内置下拉电阻 段电流上限调整，内置强下拉电阻
内部系统时钟输出
建议接GND 未使用，禁止连接
5、功能说明
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5.1. 一般说明
本手册中的数据，以B结尾的为二进制数，以H结尾的为十六进制数，否则为十进制数，标注为x的位表示该位可以是任意值。
CH451是一个多功能外围芯片，通过可以级联的4线串行接口与单片机、DSP、微处理器等交换数据。CH451包含三个功能：数码管显示驱动、键盘扫描控制、μP监控，三个功能之间相互独立，单片机可以通过操作命令分别启用、关闭、设定CH451的任何一个功能。CH451的串行接口是由硬件实现的，单片机可以频繁地通过串行接口进行高速操作，而绝不会降低CH451的工作效率。
5.2. 显示驱动
CH451对数码管和发光管采用动态扫描驱动，顺序为DIG0至DIG7，当其中一个引脚吸入电流时，其它引脚则不吸入电流。CH451内部具有大电流驱动级，可以直接驱动0.5英寸至2英寸的共阴数码管，段驱动引脚SEG6～SEG0分别对应数码管的段G～段A，段驱动引脚SEG7对应数码管的小数点，字驱动引脚DIG7～DIG0分别连接8个数码管的阴极；CH451也可以连接8×8矩阵的发光二级管LED阵列或者64个独立发光管；CH451还可以通过外接反相驱动器支持共阳数码管，或者外接大功率管支持大尺寸的数码管。
CH451支持扫描极限控制，并且只为有效数码管分配扫描时间。当扫描极限设定为1时，唯一的数码管DIG0将得到所有的动态驱动时间，从而等同于静态驱动；当扫描极限设定为8时，8个数码管DIG7～DIG0各得到1/8的动态驱动时间；当扫描极限设定为4时，4个数码管DIG3～DIG0各得到1/4的动态驱动时间，此时各数码管的平均驱动电流将比扫描极限为8时增加一倍，所以降低扫描极限可以提高数码管的显示亮度。
CH451将分配给每个数码管的显示驱动时间进一步细分为16等份，通过设定显示占空比支持16级亮度控制。占空比的值从1/16至16/16，占空比越大，数码管的平均驱动电流越大，显示亮度也就越高，但占空比与显示亮度之间是非线性关系。
CH451内部具有8个8位的数据寄存器，用于保存8个字数据，分别对应于CH451所驱动的8个数码管或者8组每组8个的发光二极管。CH451支持数据寄存器中的字数据左移、右移、左循环、右循环，并且支持各数码管的独立闪烁控制，在字数据左右移动或者左右循环移动的过程中，闪烁控制的属性不会随数据移动。
CH451默认情况下工作于不译码方式，此时8个数据寄存器中字数据的位7～位0分别对应8个数码管的小数点和段G～段A，对于发光二极管阵列，则每个字数据的数据位唯一地对应一个发光二级管。当数据位为1时，对应的数码管的段或者发光管就会点亮；当数据位为0时，则对应的数码管的段或者发光管就会熄灭。例如，第三个数据寄存器的位0为1，所以对应的第三个数码管的段A点亮。通过设定，CH451还可以工作于BCD译码方式，该方式主要应用于数码管驱动，单片机只要给出二进制数BCD码，由CH451将其译码后直接驱动数码管显示对应的字符。BCD译码方式是指对数据寄存器中字数据的位4～位0进行BCD译码，控制段驱动引脚SEG6～SEG0的输出，对应于数码管的段G～段A，同时用字数据的位7控制段驱动引脚SEG7的输出，对应于数码管的小数点，字数据的位6和位5不影响BCD译码。下表为数据寄存器中字数据的位4～位0进行BCD译码后，所对应的段G～段A以及数码管显示的字符。参考下表，如果需要在数码管上显示字符0，只要置入数据0xx00000B或者00H；需要显示字符0.（0带小数点），只要置入数据1xx00000B或者80H；类似地，数据1xx01000B或者88H对应于字符8.（8带小数点）；数据0xx10011B或者13H对应于字符=；数据0xx11010B或者1AH对应于字符.（小数点）；数据0xx10000B或者10H对应于字符 （空格，数码管没有显示）。
位4～位0
00000B 00001B 00010B 00011B 00100B 00101B
段G～段A 0111111B 0000110B 1011011B 1001111B 1100110B 1101101B
显示的字符
0 1 2 3 4 5 位4～位0 10000B 10001B 10010B 10011B 10100B 10101B 段G～段A 0000000B 1000110B 1000000B 1000001B 0111001B 0001111B 显示的字符 空格 -| -1或加号 - 负号减号 = 等于号 [ 左方括号 ] 右方括号
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00110B 00111B 01000B 01001B 01010B 01011B 01100B 01101B 01110B 01111B
1111101B 0000111B 1111111B 1101111B 1110111B 1111100B 1011000B 1011110B 1111001B 1110001B
6 7 8 9 A b c d E F
４
10110B 10111B 11000B 11001B 11010B 其余值
0001000B 1110110B 0111000B 1110011B 0000000B 0000000B
_ 下划线
H L P . 小数点 空格
下图是CH451的段驱动引脚SEG7～SEG0的内部电路简图。
下图是CH451的字驱动引脚DIG7～DIG0的内部电路简图。
5.3. 键盘扫描
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CH451的键盘扫描功能支持8×8矩阵的64键键盘。在键盘扫描期间，DIG7～DIG0引脚用于列扫描输出，SEG7～SEG0引脚都带有内部下拉电阻，用于行扫描输入；当启用键盘扫描功能后，DOUT引脚的功能由串行接口的数据输出变为键盘中断以及数据输出。
CH451定期在显示驱动扫描过程中插入键盘扫描。在键盘扫描期间，DIG7～DIG0引脚按照DIG0至DIG7的顺序依次输出高电平，其余7个引脚输出低电平；SEG7～SEG0引脚的输出被禁止，当没有键被按下时，SEG7～SEG0都被下拉为低电平；当有键被按下时，例如连接DIG3与SEG4的键被按下，则当DIG3输出高电平时SEG4检测到高电平；为了防止因为按键抖动或者外界干扰而产生误码，CH451实行两次扫描，只有当两次键盘扫描的结果相同时，按键才会被确认有效。如果CH451检测到有效的按键，则记录下该按键代码，并通过DOUT引脚产生低电平有效的键盘中断，此时单片机可以通过串行接口读取按键代码；在没有检测到新的有效按键之前，CH451不再产生任何键盘中断。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；如果多个键同时按下，那么按键代码较小的按键优先。
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，则按键代码是1100011B或者63H，键被释放后，按键代码通常是0100011B或者23H，其中，对应DIG3的列扫描码为011B，对应SEG4的行扫描码为100B。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。
下表是连接在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，则将表中的按键代码的位6置0，也就是将表中的按键代码减去40H。 按键代码 SEG0 SEG1 SEG2 SEG3 SEG4 SEG5 SEG6 SEG7
DIG7 47H 4FH 57H 5FH 67H 6FH 77H 7FH
DIG6 46H 4EH 56H 5EH 66H 6EH 76H 7EH
DIG5 45H 4DH 55H 5DH 65H 6DH 75H 7DH
DIG4 44H 4CH 54H 5CH 64H 6CH 74H 7CH
DIG3 43H 4BH 53H 5BH 63H 6BH 73H 7BH
DIG2 42H 4AH 52H 5AH 62H 6AH 72H 7AH
DIG1 41H 49H 51H 59H 61H 69H 71H 79H
DIG0 40H 48H 50H 58H 60H 68H 70H 78H
5.4. μP监控
CH451提供的μP监控包括上电复位和看门狗Watch-Dog。单片机、DSP、微处理器的复位输入引脚可以根据需要直接连接到CH451的RST引脚或者RST#引脚，当CH451通电或者看门狗溢出时，RST引脚输出高电平有效的复位脉冲信号，RST#引脚输出低电平有效的复位脉冲信号。CH451的上电复位脉冲信号同时作用于CH451芯片的内部电路，而看门狗复位脉冲信号不会对CH451芯片的内部电路起作用。
CH451的上电复位是指上电过程（从断电状态变为正常供电状态的过程）中产生的复位脉冲。为了减少CH451驱动大电流而产生的电源干扰，在设计印制电路板PCB时，应该紧靠CH451芯片，在正负电源之间并联一组电源退耦电容，包括至少一个容量不小于0.1uF的独石或者瓷片电容和一个容量不小于100uF的电解电容。
CH451在启用看门狗功能后，只要清除输入引脚DCLK的电平没有变化，看门狗计时器就会计时，当计满溢出周期时，就会产生看门狗复位脉冲信号。为了避免计时溢出而产生复位信号，单片机应该定期变化DCLK的电平，及时清除看门狗的计时。CH451的看门狗计时可以被下述的任何一个操作清除：上电复位、RSTI引脚的手工复位、DCLK从低变为高、DCLK从高变为低等。启用看门狗功能后，当单片机程序失控而使DCLK的电平长时间保持不变时，CH451就会输出看门狗复位脉冲信号。
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