CH450H

CH450 WCH | Alldatasheet

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CH450中文手册 １ 数码管驱动及键盘控制芯片CH450 手册 版本： 2 http://wch.cn 1、概述 CH450是数码管显示驱动和键盘扫描控制芯片。CH450内置时钟振荡电路，可以动态驱动6 位数 码管或者48 只LED；同时还可以进行48 键的键盘扫描；CH450 通过2 线串行接口与单片机等交换数 据；并且可以对单片机提供上电复位信号。 2、特点

• 内置显示电流驱动级，段电流不小于15mA，字电流不小于80mA。
• 动态显示扫描控制，直接驱动6位数码管或者48只发光管LED。
• 内置48 键键盘控制器，基于8×6 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。
• 提供低电平有效的键盘中断，提供按键释放标志位，可供查询按键按下与释放。
• 高速2 线串行接口，时钟速度从0 到2MHz，兼容两线I C 总线，节约引脚。
• 内置时钟振荡电路，不需要外部提供时钟或者外接振荡元器件，更抗干扰。
• 内置上电复位，可以为单片机提供高电平有效的复位输出。
• 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。
• 提供DIP20 和SOP20两种无铅封装，兼容RoHS，功能和引脚部分兼容CH455 芯片。 3、封装 封装形式 宽度 引脚间距 封装说明 订货型号 SOP20 7.62mm 300mil 1.27mm 50mil 标准的宽20脚贴片 CH450H DIP20 7.62mm 300mil 2.54mm 100mil 标准20脚双列直插 CH450K DIG7～DIG2 SEG7～SEG0 RSTH INT# SCL SDA CH450 芯片 (虚线可选) 单片机 MCU 等 6 位 数码管 或 48个 发光管 8×6 矩阵 48键键盘

CH450中文手册 ２ 4、引脚 引脚号 引脚名称 类型 引脚说明

12 VCC 电源 正电源，持续电流不小于100mA

5 GND 电源 公共接地，持续电流不小于100mA

10、11、13、14、 15、16、17、18 SEG0 ～SEG7 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，内置下拉电阻 20、1、2、 6、7、8 DIG2 ～DIG7 输出 数码管的字驱动，低电平有效， 键盘扫描输出，高电平有效

4 SDA

内置上拉 开漏输出 及输入 2 线串行接口的数据输入和输出

3 SCL 输入 2 线串行接口的数据时钟，内置上拉电阻

9 RSTH 输出 上电复位输出，高电平有效

19 INT# 内置上拉

开漏输出 键盘中断输出，低电平有效 5、功能说明 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。 单片机（也可以是DSP、微处理器等控制器）通过2线串行接口控制CH450芯片，CH450的数码 管显示驱动与键盘扫描控制之间相互独立，单片机可以通过操作命令分别启用、关闭、设定这两个功 能。CH450的2线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，而绝对 不会降低CH450 的工作效率。 5.2. 显示驱动 CH450对数码管和发光管采用动态扫描驱动，顺序为DIG2至DIG7，当其中一个引脚吸入电流时， 其它引脚则不吸入电流。CH450内部具有电流驱动级，可以直接驱动0.5 英寸至1 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～DIG2分别连接6个数码管的阴极；CH450也可以连接8×6矩阵的发光二级管LED阵列 或者48 个独立发光管，或者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。 CH450 内部具有6个8位的数据寄存器，用于保存6个字数据，分别对应于CH450 所驱动的6个 数码管或者6 组每组8个的发光二极管。数据寄存器中字数据的位7～位0 分别对应各个数码管的小 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。 下图是数码管的段名称

CH450中文手册 ３ 5.3. 键盘扫描 CH450 的键盘扫描功能支持8×6 矩阵的48 键键盘。在键盘扫描期间，DIG7～DIG2 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。 CH450 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～DIG2 引脚按照DIG2 至DIG7 的顺序依次输出高电平，其余引脚输出低电平；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，CH450 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CH450检测到有效的 按键，则记录下该按键代码，并通过INT#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，CH450 不再产生任何键盘中断。CH450 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。 CH450 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（也可能是其它值，但是肯定小于40H），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CH450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。 下表是在DIG7～DIG2 与SEG7～SEG0之间8×6 矩阵的按键编址，也是数码管段位和发光管LED 阵列的顺序编址。由于按键代码是7 位，键按下时位6 总是1，所以当键按下时，CH450 所提供的实 际按键代码是表中的按键编址加上40H，也就是说，此时的按键代码应该在40H 到7FH 之间。 编址 DIG7 DIG6 DIG5 DIG4 DIG3 DIG2 SEG0 07H 06H 05H 04H 03H 02H SEG1 0FH 0EH 0DH 0CH 0BH 0AH SEG2 17H 16H 15H 14H 13H 12H SEG3 1FH 1EH 1DH 1CH 1BH 1AH SEG4 27H 26H 25H 24H 23H 22H SEG5 2FH 2EH 2DH 2CH 2BH 2AH SEG6 37H 36H 35H 34H 33H 32H SEG7 3FH 3EH 3DH 3CH 3BH 3AH 5.4. 附加功能 CH450 可以向单片机提供高电平有效的上电复位。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CH450的RSTH引脚，当CH450通电时，RSTH引脚输出高电平有效的复位脉冲信 号。CH450的上电复位脉冲信号同时作用于CH450 芯片的内部电路。 CH450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CH450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CH450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。 5.5. 串行接口 CH450具有硬件实现的2线串行接口，包含2个主要信号线：串行数据时钟输入线SCL、串行数 据输入和输出线SDA；以及1个辅助信号线：中断输出线INT#。其中，SCL是带上拉的输入信号线， 默认是高电平；SDA是带上拉的准双向信号线，默认是高电平；INT#是带上拉的开漏输出，在启用键 盘扫描功能后作为键盘中断输出线，默认是高电平。 SDA 用于串行数据输入和输出，高电平表示位数据1，低电平表示位数据0，串行数据输入的顺

CH450中文手册 ４ 序是高位在前，低位在后。 SCL 用于提供串行时钟，CH450在其上升沿从SDA 输入数据，在其下降沿从SDA 输出数据。 在SCL 为高电平期间发生的SDA 下降沿定义为串行接口的启动信号，在SCL 为高电平期间发生 的SDA 上升沿定义为串行接口的停止信号。CH450只在检测到启动信号后才接收并分析命令。所以在 单片机I/O引脚资源紧张时，可以在保持SDA 引脚状态不变的情况下，将SCL引脚与其它接口电路共 用；如果能够确保SDA引脚的变化仅在SCL引脚为低电平期间发生，那么SCL引脚和SDA 引脚都可以 与其它接口电路共用。 INT#用于键盘中断输出，默认是高电平。当CH450 检测到有效按键时，INT#输出低电平有效的 键盘中断；单片机被中断后，对CH450执行读操作，CH450将INT#恢复为高电平，并从SDA 输出按键 代码，单片机从SDA获得一个字节的数据，其中低7 位是按键代码。 单片机与CH450 的通讯过程总是分为6 个步骤，按单片机的操作方向分成两种类型，一种是写 操作，用于输出数据，一种是读操作，用于输入数据。具体过程可以参考例子程序中的说明。 写操作包括以下6 个步骤：输出启动信号、输出字节1、应答1、输出字节2、应答2、输出停 止信号。其中，启动信号和停止信号如上所述，应答1 和应答2 总是固定为1，输出字节1和输出字 节2 各自包含8个数据位，即一个字节数据。 读操作包括以下6 个步骤：输出启动信号、输出字节1、应答1、输入字节2、应答2、输出停 止信号。其中，启动信号和停止信号如上所述，应答1 和应答2 总是固定为1，输出字节1和输入字 节2 各自包含8个数据位，即一个字节数据。 下图是一个写操作的实例，字节1为01001000B，即48H；字节2 为00000001B，即01H。 6、操作命令 CH450 的操作命令分为3组。各命令的启动信号、停止信号、应答1 和应答2 都相同，区别在于 输出字节1 和字节2的数据不同以及字节2 的传输方向不同。 6.1. 设置系统参数命令 该命令的输出字节1为01001000B，即48H；输出字节2 为[SLEEP][INTENS]000[KEYB][DISP]B。 设置系统参数命令用于设定CH450 的系统级参数：显示驱动使能DISP、键盘扫描使能KEYB、显 示驱动亮度控制INTENS、低功耗睡眠控制SLEEP。 当DISP 位为1时允许显示输出，当DISP位为0 时关闭显示驱动。 当KEYB 位为1时启用键盘扫描，当KEYB位为0 时关闭键盘扫描。 INTENS 用于控制显示驱动的亮度，包含两位数据，有4 种组合：数据00B、01B、10B 分别设置 显示驱动占空比为4/4、1/4、2/4，并且启用内部的段驱动限流；数据11B 设置显示驱动占空比为4/4， 但是禁止内部的段驱动限流，所以外部需要在段引脚串接限流电阻R0。 SLEEP 用于使CH450 进入低功耗睡眠状态，从而可以节约电能。处于低功耗睡眠状态中的CH450 可以被下述两种事件中的任何一种唤醒，第一种事件是检测到SEG3～SEG0 上的按键，有效按键代码 是42H 到5FH；第二种事件是接收到单片机发出的下一个操作命令。当CH450 被唤醒后，SLEEP 位会 自动清0。睡眠和唤醒操作本身不会影响CH450 的其它工作状态。如果KEYB 位为1 则唤醒后产生按 键中断，如果KEYB位为0则唤醒后不产生按键中断。 该命令不影响内部数据缓冲区中的数据。 6.2. 加载字数据命令 该命令的输出字节1 为地址64H、66H、68H、6AH、6CH 或者6EH，分别对应于DIG2～DIG7引脚 驱动的6 个数码管；输出字节2为[DIG_DATA]B，即00H 到0FFH之间的值，是8 位的字数据。 加载字数据命令用于将字数据DIG_DATA写入字节1指定地址的数据寄存器中。例如，命令数据 01100100B（即64H 对应DIG2）、01111001B表示将字数据79H 写入第1 个数据寄存器，使DIG2引脚

CH450中文手册 ５ 驱动的数码管将显示E。 上电复位后CH450 内部数据寄存器中的数据是不确定的，所以在开启显示之前，应该先清空数 据寄存器中的数据，或者直接加载将要显示的数据，复位过程不影响数据寄存器中的数据。 6.3. 读取按键代码命令 该命令的输出字节1为01001111B，即4FH；输入字节2 的低7 位为按键代码。 读取按键代码命令用于获得CH450 最近检测到的有效按键的按键代码。该命令属于读操作，是 唯一的具有数据返回的命令，单片机必须先释放SDA 引脚（三态输出禁止或者上拉到高电平），然后 CH450从SDA引脚输出按键代码，按键代码的有效数据是位6～位0，其中位6 是状态码，位5～位0 是扫描码和按键编址。 7、参数 7.1. 绝对最大值（临界或者超过绝对最大值将可能导致芯片工作不正常甚至损坏） 名称 参数说明 最小值 最大值 单位 TA 工作时的环境温度 -40 85 ℃ TS 储存时的环境温度 -55 125 ℃ VCC 电源电压（VCC接电源，GND 接地） -0.5 6.0 V VIO 输入或者输出引脚上的电压 -0.5 VCC+0.5 V IMdig 单个DIG引脚的连续驱动电流 0 120 mA IMseg 单个SEG引脚的连续驱动电流 0 25 mA IMall 所有SEG引脚的连续驱动电流的总和 0 130 mA 7.2. 电气参数（测试条件：TA=25℃，VCC=5V） 名称 参数说明 最小值 典型值 最大值 单位 VCC 电源电压 3 5 5.5 V ICC 电源电流 0.2 80 150 mA ICCs5 5V 时静态电流（输入引脚均为高电平） 0.4 1 mA ICCs3 3.3V 时静态电流（输入引脚均为高电平） 0.1 0.3 mA VIL SCL和SDA引脚低电平输入电压 -0.5 0.8 V VIH SCL和SDA引脚高电平输入电压 2.0 VCC+0.5 V VILseg SEG引脚低电平输入电压 -0.5 0.5 V VIHseg SEG引脚高电平输入电压 1.8 VCC+0.5 V VOLdig DIG引脚低电平输出电压（-80mA） 0.8 V VOHdig DIG引脚高电平输出电压（8mA） 4.5 V VOLseg SEG引脚低电平输出电压（-18mA） 0.5 V VOHseg SEG引脚高电平输出电压（15mA） 4.5 V VOL 其余引脚低电平输出电压（-4mA） 0.5 V VOH 其余引脚高电平输出电压（4mA） 4.5 V IDN1 SEG引脚的输入下拉电流 -50 uA IUP1 SCL引脚的输入上拉电流 100 300 uA IUP2 SDA引脚的输入上拉电流 250 400 uA IUP3 INT#引脚的输出上拉电流 500 5000 uA VR 上电复位的默认电压门限 2.3 2.6 2.9 V

CH450中文手册 ６ 7.3. 内部时序参数（测试条件：TA=25℃，VCC=5V） （注：本表时序参数都是内置时钟周期的倍数，内置时钟的频率随着电源电压的降低而降低） 名称 参数说明 最小值 典型值 最大值 单位 TPR 电源上电检测产生的复位时间 6 20 50 mS TDP 显示扫描周期 8 mS TKS 按键响应时间（两次键盘扫描） 20 50 mS 7.4. 接口时序参数（测试条件：TA=25℃，VCC=5V，参考附图） （注：本表计量单位以纳秒即10 秒为主，未注明最大值则理论值可以无穷大） 名称 参数说明 最小值 典型值 最大值 单位 TSSTA SDA下降沿启动信号的建立时间 100 nS THSTA SDA下降沿启动信号的保持时间 100 nS TSSTO SDA上升沿停止信号的建立时间 100 nS THSTO SDA上升沿停止信号的保持时间 100 nS TCLOW SCL时钟信号的低电平宽度 100 nS TCHIG SCL时钟信号的高电平宽度 100 nS TSDA SDA输入数据对SCL上升沿的建立时间 30 nS THDA SDA输入数据对SCL上升沿的保持时间 10 nS TAA SDA输出数据有效对SCL下降沿的延时 2 30 nS TDH SDA输出数据无效对SCL下降沿的延时 2 40 nS Rate 平均数据传输速率 0 2M bps 8、应用 8.1. 数码管显示驱动（下图） CH450通过2线串行接口SCL和SDA 与外部的单片机相连接。电容C1和C2布置于CH450的电源 引脚附近，用于电源退耦，减少驱动大电流产生的干扰。 CH450可以直接动态驱动6个共阴数码管，所有数码管的相同段引脚（段A～段G以及小数点） 并联后通过串接的限流电阻R0 连接CH450 的段驱动引脚SEG0～SEG7，各数码管的公共阴极分别由 CH450的DIG2～DIG7引脚进行驱动。 段引脚串接的电阻R0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 段电流13mA。CH450内部可以对段驱动电流进行限制，所以R0可以省掉。

CH450中文手册 ７ 8.2. 数码管驱动和键盘扫描（下图）

CH450中文手册 ８ CH450 具有48键的键盘扫描功能，如果应用中只需要很少的按键，那么可以在8×6矩阵中任意 去掉不用的按键。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显示，一般应 该在CH450 的DIG2～DIG7 引脚与键盘矩阵之间串接限流电阻R1-R6，其阻值可以从1KΩ至10KΩ。 当使用键盘功能时，CH450的INT#引脚可以连接到单片机的中断输入引脚，如果连接到普通I/O引脚， 那么应该使用查询方式确定CH450是否检测到有效按键。 图中，单片机U2通过CH450驱动6个共阴数码管显示，并同时扫描48个按键。由于某些数码管 在较高工作电压时存在反向漏电现象，容易被CH450误认为是某个按键一直按下，所以建议使用二级 管D1-D6 防止数码管反向漏电，并提高键盘扫描时SEG0～SEG7 输入信号的电平，确保键盘扫描更可 靠。当电源电压较低时（例如VCC=3.3V），这些二级管应该去掉以避免影响显示亮度。 8.3. 驱动共阳数码管（下图） 在为DIG2～DIG7 字引脚增加反相器后，CH450 可以驱动共阳数码管。图中是由6 只PNP 三极管 T1～T6（型号为9012或8550等）和6只电阻R1（阻值300Ω～3KΩ）构成6 组反相器，分别驱动6 只共阳数码管的公共端阳极。由于该共阳接法中CH450的SEG 段引脚是反相驱动，所以加载字数据命 令中的字数据应该按位取反，数据位为0 则点亮，数据位为1 则熄灭。 如果需要驱动大尺寸高压数码管或者需要增加驱动电流提高亮度，那么可以参考CH452 芯片的 数据手册中的方法处理。 8.4. 抗干扰（重要） 由于CH450驱动数码管或者LED的电流较大，会在电源上产生较大的毛刺电压，所以如果电源线 或者地线的PCB布线不合理，将有可能影响单片机或者CH450 的稳定性，有关电源干扰的解决措施： ①、建议使用较短的和较粗的电源线和地线，尤其当CH450 和单片机分属两块PCB 时； ②、靠近CH450在正负电源之间并联电源退耦电容，至少一只0.1uF的独石或者瓷片电容和一只 容量不小于100uF的电解电容。 对于信号线较长时的外来干扰，参考下图解决： ①、 在信号线的靠近CH450 引脚端，增加电容C3 和C4，电容值可以是47pF 到470pF，电容越 大，与单片机通讯接口的传输速度越慢； ②、 可选地增加电阻R3和R4，电阻值可以是100Ω到470Ω； ③、 降低单片机与CH450之间的传输速度（因为增加了电阻电容）； ④、 如果是由准双向I/O 引脚驱动（例如标准MCS51 单片机），建议增加电阻R1 和R2，电阻值 可以是500Ω到10KΩ，以加强MCS-51 单片机的准双向I/O 引脚的上拉能力，以便在远距 离传输时保持较好的数字信号波形；信号线较短时无需上拉电阻R1和R2，对于图腾柱驱动 方式的双向I/O引脚，无需上拉电阻R1和R2。

CH450中文手册 ９ 另外，对于强干扰的应用环境，单片机可以每隔数秒定期对CH450进行刷新，包括重新加载各个 数码管的数据寄存器，以及重新开启显示。 8.5. 单片机接口程序 网站上提供了部分单片机的C语言和ASM 汇编接口程序。