STM32与CH455g通信测试（仅键盘）

1、概述

　　CH455是数码管显示驱动和键盘扫描控制芯片。CH455内置时钟振荡电路，可以动态驱动4位数码管或者32只LED；同时还可以进行28键的键盘扫描；CH455通过SCL和SDA组成的2线串行接口与单片机等交换数据。

2、特点

●内置显示电流驱动级，段电流不小于25mA，字电流不小于160mA。

●动态显示扫描控制，支持8×4或者7×4，直接驱动4位数码管或者32只发光管LED。

●内部限流，通过占空比设定提供8级亮度控制。

●内置28键键盘控制器，基于7×4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4MHz，兼容两线I2C总线，节约引脚。

●内置上电复位，支持2.7V～5V电源电压。

●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。

●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。

3、引脚介绍

VCC：电源正电源，持续电流不小于150mA

GND：电源公共接地，持续电流不小于150mA

SEG0 ～SEG6：三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

SEG7：输出数码管的小数点段驱动输出，高电平有效，7段模式下的键盘中断输出，低电平有效

DIG0 ～DIG3：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

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，内置上拉电阻SCL：输入2线串行接口的数据时钟，内置上拉电阻

4、键盘扫描功能

　　键盘扫描CH455的键盘扫描功能支持7×4矩阵的28键键盘。在键盘扫描期间，DIG3～DIG0引脚用于列扫描输出，SEG6～SEG0引脚都带有内部下拉电阻，用于行扫描输入。CH455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，DIG3～DIG0引脚按照DIG0至DIG3的顺序依次输出高电平，其余引脚输出低电平；SEG6～SEG0引脚的输出被禁止，当没有键被按下时，SEG6～SEG0都被下拉为低电平；当有键被按下时，例如连接DIG1与SEG4的键被按下，则当DIG1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，CH455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CH455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，CH455不再产生任何键盘中断。CH455支持SEG1和SEG0针对同一DIG的组合键，组合键是最优先的，除此之外，如果多个键同时按下，那么按键代码较小的按键优先。例如连接DIG1与SEG1及连接DIG1与SEG0的两个键，可作为组合键。CH455所提供的按键代码为8位，位7始终为0，位2始终为1，位1～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DIG1与SEG4的键被按下，则按键代码是01100101B或者65H，键被释放后，按键代码通常是00100101B或者25H（也可能是其它值，但是肯定小于40H），其中，对应DIG1的列扫描码为01B，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CH455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DIG3～DIG0与SEG6～SEG0之间7×4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8位，键按下时位6总是1，所以当键按下时，CH455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44H到7FH之间。

 

5、串行接口

　　CH455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，CH455中文手册４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，串行数据输入的顺序是高位在前，低位在后。SCL用于提供串行时钟，CH455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。CH455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CH455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CH455执行读操作，CH455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，即按键代码。单片机与CH455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。

6、操作命令

　　CH455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。

加载字数据命令：该命令的输出字节1为地址68H、6AH、6CH或者6EH，分别对应于DIG0～DIG3引脚驱动的4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01101100B（即6CH对应DIG2）、01111001B表示将字数据79H写入第1个数据寄存器，使DIG2引脚驱动的数码管将显示E。

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为按键代码。读取按键代码命令用于获得CH455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CH455从SDA引脚输出按键代码，按键代码的有效数据是位7～位0，其中位6是状态码，位5～位0是扫描码和按键编址。

7、接口时序

　　

TSSTA/THSTA/TSSTO/THSTO/TCLOW/TCHIG：最小时间100ns

TSD：最小时间30ns

THD：最小时间10ns

TAA/TDH：最小时间2ns

Rate：最大速率4Mbps

8、原理图接线

9、程序设计

 　　由于这次只是做个简单的按键检测，所以只用到键盘扫描功能，数码管有需要再做吧。先定义一下系统参数：

// 设置系统参数命令
#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        {}  // 设置SCL为输出方向,对于双向I/O需切换为输出

#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)     //  读取SDA输入电平

#define CH455_BIT_ENABLE    0x01        // 开启/关闭位
#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级亮度
#define CH455_BIT_INTENS2    0x20        // 2级亮度
#define CH455_BIT_INTENS3    0x30        // 3级亮度
#define CH455_BIT_INTENS4    0x40        // 4级亮度
#define CH455_BIT_INTENS5    0x50        // 5级亮度
#define CH455_BIT_INTENS6    0x60        // 6级亮度
#define CH455_BIT_INTENS7    0x70        // 7级亮度
#define CH455_BIT_INTENS8    0x00        // 8级亮度

#define CH455_SYSOFF    0x0400            // 关闭显示、关闭键盘
#define CH455_SYSON        ( CH455_SYSOFF | CH455_BIT_ENABLE )    // 开启显示、键盘
#define CH455_SLEEPOFF    CH455_SYSOFF    // 关闭睡眠
#define CH455_SLEEPON    ( CH455_SYSOFF | CH455_BIT_SLEEP )    // 开启睡眠
#define CH455_7SEG_ON    ( CH455_SYSON | CH455_BIT_7SEG )    // 开启七段模式
#define CH455_8SEG_ON    ( CH455_SYSON | 0x00 )    // 开启八段模式
#define CH455_SYSON_4    ( CH455_SYSON | CH455_BIT_INTENS4 )    // 开启显示、键盘、4级亮度
#define CH455_SYSON_8    ( CH455_SYSON | CH455_BIT_INTENS8 )    // 开启显示、键盘、8级亮度

// CH455接口定义
#define        CH455_I2C_ADDR        0x40            // CH455的地址
#define        CH455_I2C_MASK        0x3E            // CH455的高字节命令掩码

// 读取按键代码命令
#define CH455_GET_KEY    0x0700                    // 获取按键,返回按键代码

define

另外，用的是stm32的HAL库，但是IIC通讯依然用的是IO口模拟IIC的，主要是因为CH455g的器件地址没有找到，其次是HAL库自带的IIC模块不太可靠。

//--------------------------------------------i2c-------------------------------------------
// 设置SDA为输出方向,对于双向I/O需切换为输出
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);

}

// 设置SDA为输入方向,对于双向I/O需切换为输入
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;  //禁止键盘中断,防止开始时被CH455中断而进入中断服务程序中的START

    CH455_SDA_SET;   /*发送起始条件的数据信号*/
    CH455_SDA_D_OUT();   /* 设置SDA为输出方向 */
    CH455_SCL_SET;
    CH455_SCL_D_OUT;   /* 设置SCL为输出方向 */
    HAL_Delay(10);
    CH455_SDA_CLR;   /*发送起始信号*/
    HAL_Delay(10);
    CH455_SCL_CLR;   /*钳住I2C总线，准备发送或接收数据 */
}

void CH455_I2c_Stop( void )  // 操作结束
{
    CH455_SDA_CLR;
    CH455_SDA_D_OUT();   /* 设置SDA为输出方向 */
    HAL_Delay(10);
    CH455_SCL_SET;
    HAL_Delay(10);
    CH455_SDA_SET;  /*发送I2C总线结束信号*/
    HAL_Delay(10);
    CH455_SDA_D_IN();   /* 设置SDA为输入方向 */
    //ENABLE_KEY_INTERRUPT;
}

void CH455_I2c_WrByte( uint8_t dat )    //写一个字节数据
{
    uint8_t i;
    CH455_SDA_D_OUT();   /* 设置SDA为输出方向 */
    for( i = 0; i != 8; i++ )  // 输出8位数据
    {
        if( dat & 0x80 )
        {
            CH455_SDA_SET;
        }
        else
        {
            CH455_SDA_CLR;
        }
        HAL_Delay(10);
        CH455_SCL_SET;
        dat <<= 1;
        HAL_Delay(10);  // 可选延时
        CH455_SCL_CLR;
    }
    CH455_SDA_D_IN();   /* 设置SDA为输入方向 */
    CH455_SDA_SET;
    HAL_Delay(10);
    CH455_SCL_SET;  // 接收应答
    HAL_Delay(10);
    CH455_SCL_CLR;
}

uint8_t  CH455_I2c_RdByte( void )        //读一个字节数据
{
    uint8_t dat,i;
    CH455_SDA_SET;
    CH455_SDA_D_IN();   /* 设置SDA为输入方向 */
    dat = 0;
    for( i = 0; i != 8; i++ )  // 输入8位数据
    {
        HAL_Delay(10);  // 可选延时
        CH455_SCL_SET;
        HAL_Delay(10);  // 可选延时
        dat <<= 1;
        if( CH455_SDA_IN ) dat++;  // 输入1位
        CH455_SCL_CLR;
    }
    CH455_SDA_SET;
    HAL_Delay(10);
    CH455_SCL_SET;  // 发出无效应答
    HAL_Delay(10);
    CH455_SCL_CLR;
    return dat;
}

void CH455_Write( uint16_t cmd )    //写命令
{
    CH455_I2c_Start();               //启动总线
  CH455_I2c_WrByte(((uint8_t)(cmd>>7)&CH455_I2C_MASK)|CH455_I2C_ADDR);
  CH455_I2c_WrByte((uint8_t)cmd);               //发送数据
  CH455_I2c_Stop();                 //结束总线 
}

uint8_t CH455_Read( void )        //读取按键
{
    uint8_t keycode;
       CH455_I2c_Start();                //启动总线
       CH455_I2c_WrByte((uint8_t)(CH455_GET_KEY>>7)&CH455_I2C_MASK|0x01|CH455_I2C_ADDR);
       keycode=CH455_I2c_RdByte();      //读取数据
    CH455_I2c_Stop();                //结束总线
    return keycode;
}

IO口模拟IIC

 主函数开启中断和键盘：

HAL_ADC_Start_IT(&hadc1);
CH455_Write( CH455_7SEG_ON );// 开启显示和键盘，8段显示方式

 写完回调函数，即可打印输出键码：

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

完了给大伙看看按键打印结果：

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