STM32與CH455g通信測試（僅鍵盤）

1、概述

　　CH455是數碼管顯示驅動和鍵盤掃描控制芯片。CH455內置時鍾振盪電路，可以動態驅動4位數碼管或者32只LED；同時還可以進行28鍵的鍵盤掃描；CH455通過SCL和SDA組成的2線串行接口與單片機等交換數據。

2、特點

●內置顯示電流驅動級，段電流不小於25mA，字電流不小於160mA。

●動態顯示掃描控制，支持8×4或者7×4，直接驅動4位數碼管或者32只發光管LED。

●內部限流，通過占空比設定提供8級亮度控制。

●內置28鍵鍵盤控制器，基於7×4矩陣鍵盤掃描。

●內置按鍵狀態輸入的下拉電阻，內置去抖動電路。

●提供低電平有效的鍵盤中斷，提供按鍵釋放標志位，可供查詢按鍵按下與釋放。

●高速2線串行接口，時鍾速度從0到4MHz，兼容兩線I2C總線，節約引腳。

●內置上電復位，支持2.7V～5V電源電壓。

●支持低功耗睡眠，節約電能，可以被按鍵喚醒或者被命令操作喚醒。

●內置時鍾振盪電路，不需要外部提供時鍾或者外接振盪元器件，更抗干擾。

3、引腳介紹

VCC：電源正電源，持續電流不小於150mA

GND：電源公共接地，持續電流不小於150mA

SEG0 ～SEG6：三態輸出及輸入數碼管的段驅動，高電平有效，鍵盤掃描輸入，高電平有效，內置下拉

SEG7：輸出數碼管的小數點段驅動輸出，高電平有效，7段模式下的鍵盤中斷輸出，低電平有效

DIG0 ～DIG3：輸出數碼管的字驅動，低電平有效，鍵盤掃描輸出，高電平有效

SDA：內置上拉開漏輸出及輸入2線串行接口的數據輸入和輸出，內置上拉電阻SCL：輸入2線串行接口的數據時鍾，內置上拉電阻

4、鍵盤掃描功能

　　鍵盤掃描CH455的鍵盤掃描功能支持7×4矩陣的28鍵鍵盤。在鍵盤掃描期間，DIG3～DIG0引腳用於列掃描輸出，SEG6～SEG0引腳都帶有內部下拉電阻，用於行掃描輸入。CH455定期在顯示驅動掃描過程中插入鍵盤掃描。在鍵盤掃描期間，DIG3～DIG0引腳按照DIG0至DIG3的順序依次輸出高電平，其余引腳輸出低電平；SEG6～SEG0引腳的輸出被禁止，當沒有鍵被按下時，SEG6～SEG0都被下拉為低電平；當有鍵被按下時，例如連接DIG1與SEG4的鍵被按下，則當DIG1輸出高電平時SEG4檢測到高電平；為了防止因為按鍵抖動或者外界干擾而產生誤碼，CH455實行兩次掃描，只有當兩次鍵盤掃描的結果相同時，按鍵才會被確認有效。如果CH455檢測到有效的按鍵，則記錄下該按鍵代碼，並通過INT#引腳產生低電平有效的鍵盤中斷，此時單片機可以通過串行接口讀取按鍵代碼；在沒有檢測到新的有效按鍵之前，CH455不再產生任何鍵盤中斷。CH455支持SEG1和SEG0針對同一DIG的組合鍵，組合鍵是最優先的，除此之外，如果多個鍵同時按下，那么按鍵代碼較小的按鍵優先。例如連接DIG1與SEG1及連接DIG1與SEG0的兩個鍵，可作為組合鍵。CH455所提供的按鍵代碼為8位，位7始終為0，位2始終為1，位1～位0是列掃描碼，位5～位3是行掃描碼，位6是狀態碼（鍵按下為1，鍵釋放為0）。例如，連接DIG1與SEG4的鍵被按下，則按鍵代碼是01100101B或者65H，鍵被釋放后，按鍵代碼通常是00100101B或者25H（也可能是其它值，但是肯定小於40H），其中，對應DIG1的列掃描碼為01B，對應SEG4的行掃描碼為100B。單片機可以在任何時候讀取按鍵代碼，但一般在CH455檢測到有效按鍵而產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。下表是在DIG3～DIG0與SEG6～SEG0之間7×4矩陣的按鍵編址，也是數碼管段位和發光管LED陣列的順序編址。由於按鍵代碼是8位，鍵按下時位6總是1，所以當鍵按下時，CH455所提供的實際按鍵代碼是表中的按鍵編址加上40H，也就是說，此時的按鍵代碼應該在44H到7FH之間。

編址	DIG3	DIG2	DIG1	DIG0
SEG0	07H	06H	05H	04H
SEG1	0FH	0EH	0DH	0CH
SEG2	17H	16H	15H	14H
SEG3	1FH	1EH	1DH	1CH
SEG4	27H	26H	25H	24H
SEG5	2FH	2EH	2DH	2CH
SEG6	37H	36H	35H	34H
SEG0+SEG1	3FH	3EH	3DH	3CH

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5、串行接口

　　CH455具有硬件實現的2線串行接口，包含2個主要信號線：串行數據時鍾輸入線SCL、串行數據輸入和輸出線SDA；以及1個輔助信號線：中斷輸出線INT#。其中，SCL是帶上拉的輸入信號線，CH455中文手冊４默認是高電平；SDA是帶上拉的准雙向信號線，默認是高電平；INT#是帶上拉的開漏輸出，在啟用鍵盤掃描功能后作為鍵盤中斷輸出線，默認是高電平。SDA用於串行數據輸入和輸出，高電平表示位數據1，低電平表示位數據0，串行數據輸入的順序是高位在前，低位在后。SCL用於提供串行時鍾，CH455在其上升沿從SDA輸入數據，在其下降沿從SDA輸出數據。在SCL為高電平期間發生的SDA下降沿定義為串行接口的啟動信號，在SCL為高電平期間發生的SDA上升沿定義為串行接口的停止信號。CH455只在檢測到啟動信號后才接收並分析命令。所以在單片機I/O引腳資源緊張時，可以在保持SDA引腳狀態不變的情況下，將SCL引腳與其它接口電路共用；如果能夠確保SDA引腳的變化僅在SCL引腳為低電平期間發生，那么SCL引腳和SDA引腳都可以與其它接口電路共用。INT#用於鍵盤中斷輸出，默認是高電平。當CH455檢測到有效按鍵時，INT#輸出低電平有效的鍵盤中斷；單片機被中斷后，對CH455執行讀操作，CH455將INT#恢復為高電平，並從SDA輸出按鍵代碼，單片機從SDA獲得一個字節的數據，即按鍵代碼。單片機與CH455的通訊過程總是分為6個步驟，按單片機的操作方向分成兩種類型，一種是寫操作，用於輸出數據，一種是讀操作，用於輸入數據。具體過程可以參考例子程序中的說明。寫操作包括以下6個步驟：輸出啟動信號、輸出字節1、應答1、輸出字節2、應答2、輸出停止信號。其中，啟動信號和停止信號如上所述，應答1和應答2總是固定為1，輸出字節1和輸出字節2各自包含8個數據位，即一個字節數據。讀操作包括以下6個步驟：輸出啟動信號、輸出字節1、應答1、輸入字節2、應答2、輸出停止信號。其中，啟動信號和停止信號如上所述，應答1和應答2總是固定為1，輸出字節1和輸入字節2各自包含8個數據位，即一個字節數據。

6、操作命令

　　CH455的操作命令分為3組。各命令的啟動信號、停止信號、應答1和應答2都相同，區別在於輸出字節1和字節2的數據不同以及字節2的傳輸方向不同。

加載字數據命令：該命令的輸出字節1為地址68H、6AH、6CH或者6EH，分別對應於DIG0～DIG3引腳驅動的4個數碼管；輸出字節2為[DIG_DATA]B，即00H到0FFH之間的值，是8位的字數據。加載字數據命令用於將字數據DIG_DATA寫入字節1指定地址的數據寄存器中。例如，命令數據01101100B（即6CH對應DIG2）、01111001B表示將字數據79H寫入第1個數據寄存器，使DIG2引腳驅動的數碼管將顯示E。

讀取按鍵代碼命令：該命令的輸出字節1為01001111B，即4FH；輸入字節2為按鍵代碼。讀取按鍵代碼命令用於獲得CH455最近檢測到的有效按鍵的按鍵代碼。該命令屬於讀操作，是唯一的具有數據返回的命令，單片機必須先釋放SDA引腳（三態輸出禁止或者上拉到高電平），然后CH455從SDA引腳輸出按鍵代碼，按鍵代碼的有效數據是位7～位0，其中位6是狀態碼，位5～位0是掃描碼和按鍵編址。

7、接口時序

　　

TSSTA/THSTA/TSSTO/THSTO/TCLOW/TCHIG：最小時間100ns

TSD：最小時間30ns

THD：最小時間10ns

TAA/TDH：最小時間2ns

Rate：最大速率4Mbps

8、原理圖接線

9、程序設計

 　　由於這次只是做個簡單的按鍵檢測，所以只用到鍵盤掃描功能，數碼管有需要再做吧。先定義一下系統參數：

// 設置系統參數命令
#define CH455_SCL_SET         HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_8,GPIO_PIN_SET)
#define CH455_SCL_CLR         HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_8,GPIO_PIN_RESET)
#define CH455_SCL_D_OUT        {}  // 設置SCL為輸出方向,對於雙向I/O需切換為輸出

#define CH455_SDA_SET         HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_9,GPIO_PIN_SET)
#define CH455_SDA_CLR         HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_9,GPIO_PIN_RESET)
#define CH455_SDA_IN           HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB,GPIO_PIN_9)     //  讀取SDA輸入電平

#define CH455_BIT_ENABLE    0x01        // 開啟/關閉位
#define CH455_BIT_SLEEP        0x04        // 睡眠控制位
#define CH455_BIT_7SEG        0x08        // 7段控制位
#define CH455_BIT_INTENS1    0x10        // 1級亮度
#define CH455_BIT_INTENS2    0x20        // 2級亮度
#define CH455_BIT_INTENS3    0x30        // 3級亮度
#define CH455_BIT_INTENS4    0x40        // 4級亮度
#define CH455_BIT_INTENS5    0x50        // 5級亮度
#define CH455_BIT_INTENS6    0x60        // 6級亮度
#define CH455_BIT_INTENS7    0x70        // 7級亮度
#define CH455_BIT_INTENS8    0x00        // 8級亮度

#define CH455_SYSOFF    0x0400            // 關閉顯示、關閉鍵盤
#define CH455_SYSON        ( CH455_SYSOFF | CH455_BIT_ENABLE )    // 開啟顯示、鍵盤
#define CH455_SLEEPOFF    CH455_SYSOFF    // 關閉睡眠
#define CH455_SLEEPON    ( CH455_SYSOFF | CH455_BIT_SLEEP )    // 開啟睡眠
#define CH455_7SEG_ON    ( CH455_SYSON | CH455_BIT_7SEG )    // 開啟七段模式
#define CH455_8SEG_ON    ( CH455_SYSON | 0x00 )    // 開啟八段模式
#define CH455_SYSON_4    ( CH455_SYSON | CH455_BIT_INTENS4 )    // 開啟顯示、鍵盤、4級亮度
#define CH455_SYSON_8    ( CH455_SYSON | CH455_BIT_INTENS8 )    // 開啟顯示、鍵盤、8級亮度

// CH455接口定義
#define        CH455_I2C_ADDR        0x40            // CH455的地址
#define        CH455_I2C_MASK        0x3E            // CH455的高字節命令掩碼

// 讀取按鍵代碼命令
#define CH455_GET_KEY    0x0700                    // 獲取按鍵,返回按鍵代碼

另外，用的是stm32的HAL庫，但是IIC通訊依然用的是IO口模擬IIC的，主要是因為CH455g的器件地址沒有找到，其次是HAL庫自帶的IIC模塊不太可靠。

//--------------------------------------------i2c-------------------------------------------
// 設置SDA為輸出方向,對於雙向I/O需切換為輸出
void CH455_SDA_D_OUT()
{  
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_9;
  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
  GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
  GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
    HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);
    
}

// 設置SDA為輸入方向,對於雙向I/O需切換為輸入
void CH455_SDA_D_IN()
{  
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
  GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_9;
  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
  GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
  HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);
    
}

void CH455_I2c_Start( void )  // 操作起始
{
    //DISABLE_KEY_INTERRUPT;  //禁止鍵盤中斷,防止開始時被CH455中斷而進入中斷服務程序中的START
    
    CH455_SDA_SET;   /*發送起始條件的數據信號*/
    CH455_SDA_D_OUT();   /* 設置SDA為輸出方向 */
    CH455_SCL_SET;
    CH455_SCL_D_OUT;   /* 設置SCL為輸出方向 */
    HAL_Delay(10);
    CH455_SDA_CLR;   /*發送起始信號*/
    HAL_Delay(10);      
    CH455_SCL_CLR;   /*鉗住I2C總線，准備發送或接收數據 */
}

void CH455_I2c_Stop( void )  // 操作結束
{
    CH455_SDA_CLR;
    CH455_SDA_D_OUT();   /* 設置SDA為輸出方向 */
    HAL_Delay(10);
    CH455_SCL_SET;
    HAL_Delay(10);
    CH455_SDA_SET;  /*發送I2C總線結束信號*/
    HAL_Delay(10);
    CH455_SDA_D_IN();   /* 設置SDA為輸入方向 */
    //ENABLE_KEY_INTERRUPT;
}

void CH455_I2c_WrByte( uint8_t dat )    //寫一個字節數據
{
    uint8_t i;
    CH455_SDA_D_OUT();   /* 設置SDA為輸出方向 */
    for( i = 0; i != 8; i++ )  // 輸出8位數據
    {
        if( dat & 0x80 ) 
        {
            CH455_SDA_SET;
        }
        else 
        {
            CH455_SDA_CLR;
        }
        HAL_Delay(10);
        CH455_SCL_SET;
        dat <<= 1;
        HAL_Delay(10);  // 可選延時
        CH455_SCL_CLR;
    }
    CH455_SDA_D_IN();   /* 設置SDA為輸入方向 */
    CH455_SDA_SET;
    HAL_Delay(10);
    CH455_SCL_SET;  // 接收應答
    HAL_Delay(10);
    CH455_SCL_CLR;
}

uint8_t  CH455_I2c_RdByte( void )        //讀一個字節數據
{
    uint8_t dat,i;
    CH455_SDA_SET;
    CH455_SDA_D_IN();   /* 設置SDA為輸入方向 */
    dat = 0;
    for( i = 0; i != 8; i++ )  // 輸入8位數據
    {
        HAL_Delay(10);  // 可選延時
        CH455_SCL_SET;
        HAL_Delay(10);  // 可選延時
        dat <<= 1;
        if( CH455_SDA_IN ) dat++;  // 輸入1位
        CH455_SCL_CLR;
    }
    CH455_SDA_SET;
    HAL_Delay(10);
    CH455_SCL_SET;  // 發出無效應答
    HAL_Delay(10);
    CH455_SCL_CLR;
    return dat;
}

void CH455_Write( uint16_t cmd )    //寫命令
{
    CH455_I2c_Start();               //啟動總線
  CH455_I2c_WrByte(((uint8_t)(cmd>>7)&CH455_I2C_MASK)|CH455_I2C_ADDR);
  CH455_I2c_WrByte((uint8_t)cmd);               //發送數據
  CH455_I2c_Stop();                 //結束總線 
}

uint8_t CH455_Read( void )        //讀取按鍵
{
    uint8_t keycode;
       CH455_I2c_Start();                //啟動總線
       CH455_I2c_WrByte((uint8_t)(CH455_GET_KEY>>7)&CH455_I2C_MASK|0x01|CH455_I2C_ADDR);
       keycode=CH455_I2c_RdByte();      //讀取數據
    CH455_I2c_Stop();                //結束總線
    return keycode;
}

 主函數開啟中斷和鍵盤：

HAL_ADC_Start_IT(&hadc1);
CH455_Write( CH455_7SEG_ON );// 開啟顯示和鍵盤，8段顯示方式

 寫完回調函數，即可打印輸出鍵碼：

void HAL_ADC_ConvCpltCallback(ADC_HandleTypeDef* AdcHandle)
{
    RX_AD = HAL_ADC_GetValue(&hadc1);
    if(RX_AD == 0)
    {
        RX_CH455 = CH455_Read();
        printf("鍵碼：%x\r\n",RX_CH455);
    }
}

完了給大伙看看按鍵打印結果：

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