作者：李浩 祁雋燕等　

引言

在水泥生料率值配料系統(tǒng)中需要監(jiān)控水泥廠的多條生產(chǎn)線。它的硬件單元率值配料下位機(jī)硬件系統(tǒng)需要多個(gè)數(shù)碼管和二極管來顯示工況，并且還需要鍵盤控制。如果采用一般的顯示方案則元器件多且復(fù)雜，導(dǎo)致系統(tǒng)可靠性降低，成本加大。采用集成了鍵盤顯示功能的驅(qū)動芯片CH451后使設(shè)計(jì)方案大大簡化，更具經(jīng)濟(jì)性和可靠性。

1 鍵盤顯示方案比較

很多以單片機(jī)為核心的儀器儀表都需要數(shù)碼管顯示和鍵盤掃描。在單片機(jī)的開發(fā)過程中，常常會因?yàn)橘Y源不足而不得不大量擴(kuò)展接口芯片以滿足應(yīng)用系統(tǒng)的需要，從而造成系統(tǒng)龐大，同時(shí)也降低了系統(tǒng)的可靠性。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，鍵盤顯示通�？刹捎萌缦�3種方案。

1.1 經(jīng)典方案：使用8279芯片

采用并行接口的鍵盤顯示專用芯片8279，該芯片是Intel于20世紀(jì)80年代首先推出的，應(yīng)用較成熟，但所需外圍元件(顯示驅(qū)動、譯碼等)多、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。

1.2 自由方案：使用輔助單片機(jī)

在儀器的主控單片機(jī)之外，另外使用一個(gè)輔助的單片機(jī)專門做顯示驅(qū)動和鍵盤掃描。為了提高串行接口的速度，輔助單片機(jī)需要盡可能高的系統(tǒng)時(shí)鐘，而參考單片機(jī)廠商的說明，采用低成本的外部阻容振蕩很難穩(wěn)定地工作在10 MHz以上。所以在工業(yè)現(xiàn)場，輔助單片機(jī)很可能因?yàn)樽枞菡袷庮l率太高而受到干擾，甚至內(nèi)部程序跑飛或者意外死鎖。其優(yōu)點(diǎn)是靈活，缺點(diǎn)是元器件多，速度慢，易受干擾，綜合成本高。

1.3 新方案：使用CH451芯片

CH451由南京沁恒電子公司生產(chǎn)，是以硬件實(shí)現(xiàn)的多功能外圍芯片，使用串行接口，支持顯示驅(qū)動和鍵盤掃描以及μP監(jiān)控，外圍元器件極少，非常適合作為單片機(jī)的外圍輔助芯片，工作原理如圖1所示。

CH451的特點(diǎn)是：

a) 具有大電流驅(qū)動能力，段電流不小于25 mA，字電流不小于150 mA，平均段電流是輔助單片機(jī)方案的8倍，而且非連續(xù)的電流驅(qū)動能力更高。

b) 用硬件實(shí)現(xiàn)，串行接口、顯示驅(qū)動、鍵盤掃描、μP監(jiān)控之間相互獨(dú)立不受干擾，串行接口的位時(shí)鐘能夠支持到10 MHz，數(shù)據(jù)傳輸速度比輔助單片機(jī)方案提高40倍，即使主控單片機(jī)頻繁操作也完全不會影響顯示驅(qū)動和鍵盤掃描以及μP監(jiān)控。

c) 串行接口以硬件實(shí)現(xiàn)，不需要時(shí)鐘；而顯示驅(qū)動和鍵盤掃描使用約0.75 MHz的全內(nèi)置主時(shí)鐘多次分頻后的掃描時(shí)鐘，所以在工業(yè)現(xiàn)場不易受到干擾。即使受到強(qiáng)干擾，也能夠在干擾后立即正常工作，不會影響串行接口、顯示驅(qū)動和鍵盤掃描的后續(xù)操作。

d) 內(nèi)置振蕩和上電復(fù)位以及看門狗電路，不但不需要外部提供時(shí)鐘和外部復(fù)位輸入，還能夠向外部的主控單片機(jī)提供上電復(fù)位和看門狗電路，進(jìn)一步降低產(chǎn)品的成本，提供產(chǎn)品的可靠性。

現(xiàn)在與CH451類似的還有北京凌志比高科技的BC7281、hd7279a等，這些都是相當(dāng)不錯(cuò)的顯示和鍵盤接口芯片。

2 硬件設(shè)計(jì)

選用AMEG32作為主控芯片，晶振為8 MHz，因AVR單片機(jī)大多數(shù)指令僅需要1個(gè)時(shí)鐘周期，而很多MCS-51類型的單片機(jī)指令為12個(gè)時(shí)鐘周期，所以AVR單片機(jī)在同樣晶振條件下比MCS-51快得多。CH451的串行接口的位時(shí)鐘最快能支持10 MHz，所以用8 MHz的AMEGA32能夠與CH451進(jìn)行通信。

CH451芯片連線簡單，一片CH451僅需要4根信號線就可以實(shí)現(xiàn)。4根信號線包括：串行數(shù)據(jù)輸入線DIN、串行數(shù)據(jù)時(shí)鐘線DCLK、串行數(shù)據(jù)加載線LOAD、串行數(shù)據(jù)輸出線DOUT。每增加一片CH451只需要增加一根串行數(shù)據(jù)加載線即可。在率值配料硬件系統(tǒng)中應(yīng)用2片CH451進(jìn)行并行級聯(lián)，一片用來直接驅(qū)動6個(gè)共陰極數(shù)碼管和讀取8個(gè)按鈕信息，另一片用來驅(qū)動24個(gè)發(fā)光二極管。硬件電路如圖2所示。