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TM1638芯片 LED数码管驱动器 详细介绍

2023-11-15
相比MAX7219，TM1638的操作更加复杂，但是功能也更加强大

TM1638简介

  TM1638是深圳市天微电子有限公司设计的一款带键盘扫描接口的LED（发光二极管显示器）驱动控制专用芯片，内部集成有MCU数字接口、数据锁存器、LED高压驱动、键盘扫描等电路。主要应用于冰箱、空调 、家庭影院等产品的高段位显示屏驱动。

器件特性

  • 采用功率CMOS 工艺
  • 显示模式 10 段×8 位
  • 键扫描（8×3bit）
  • 8级辉度可调
  • 串行接口（CLK，STB，DIO）
  • 振荡方式：RC 振荡（450KHz+5%）
  • 内置上电复位电路
  • 采用SOP28封装

TM1638引脚图

TM1638引脚图

引脚功能说明

  • STB：片选端；在上升或下降沿初始化串行接口，随后等待接收指令。当STB 为高时，CLK被忽略
  • DIO：数据端；在时钟上升沿输入/输出串行数据
  • CLK：时钟端；输入时钟信号
  • K1~K3：键扫输入；输入该脚的数据在显示周期结束后被锁存
  • SEG1/KS1~SEG8/KS8：段输出；P管开漏输出，也用作键扫描
  • SEG9,SEG10：段输出；P管开漏输出
  • GRID1~GRID8：位输出；N管开漏输出
  • VDD：电源端；功能
  • GND：逻辑地；功能

TM1638地址组

 显存地址

在这里插入图片描述
  显存地址中，如果GRIDn和SEGn对应的地址里数据为1，则连接到GRIDn和SEGn上的LED段落将会被点亮。 例如00H的数据为0X0F，则连到GIRD1和SEG1、SEG2、SEG3、SEG4上的LED段落将会被点亮

 键值地址

在这里插入图片描述
  每个Byte里储存6个键值数据，相对应的位置为1则代表对应位置有键按下。

TM1638指令表

 指令分类

TM1638通过传送的8位指令的B7,B6两位来区分指令类型：

B7 B6 指令类型
0 1 数据命令
1 1 地址命令
1 0 显示控制命令

 数据命令

在这里插入图片描述

 地址命令

在这里插入图片描述
  地址命令用来设置要写入的数据的地址。数据写入有自增址和固定址两种，固定址每次写入数据需要指定要写入数据的地址。

 显示控制命令

在这里插入图片描述
  显示控制命令主要是用来设置LED的亮度，以及显示开关。

TM1638的两种数码管使用方式

  TM1638的一个优点是：不区分共阴/共阳，两种数码管都可以使用，但是使用方法有所不同。
  这里涉及到TM1638的显示原理：TM1638的GRIDn端是始终保持低电平的，当显存地址里对应的数据为1时，TM1638令与其对应的SEGn端为高电平来使LED导通发光。

共阴方式

  共阴数码管使用同一个阴极和多个阳极，因为GRID始终为低电平，所以只能由1个GRIDn端作为共阴极，而8个SEG端作为阳极。在这里插入图片描述
  这时每个数码管的显示数据由8个SEGn对应1个GRIDn端组成，由显存地址关系图可知每个非奇数地址便储存着1个数码管的显示数据。
  共阴数码管的显存数据写入比共阳方便很多，只用向一个地址写入8位数据即可。例如GRID1和SEG1~SEG8对应共阴LED1，要让其显示 0 则只用向 00H 地址写入 0X3F;
  如下图所示:
在这里插入图片描述
  共阴方式的不足则是无法使用SEG9和SEG10来组成共阴数码管，所以共阴方式最多可以使用8个数码管。多余的SEG9和SEG10仍可以使用，但必须采用共阳方式。

共阳方式

  共阴数码管使用同一个阳极和多个阴极，因为GRID始终为低电平，所以只能由8个GRIDn端作为阴极，1个SEG端作为共阳极。
在这里插入图片描述  这时每个数码管的显示数据由8个GRIDn对应1个SEGn端组成，由显存地址关系图可知：由8个偶数/奇数地址的共同一位组成一个数码管的8位显示数据。
  共阳数码管的数据写入比较麻烦，每为一个数码管写入一次数据都要向8个地址分别写入1位数据。例如GRID1~GRID8和SEG1对应共阴LED1，要让其显示0则要00H,02H,04H,06H,08H,0AH都写入1，向0CH和0EH中写入0
  如下图所示:
在这里插入图片描述
  共阳方式的优点是可以使用多至10个数码管；缺点啧是数据的写入方式比较繁琐，并且需要额外增加数据转换。

TM1638数据格式

  • TM1638的数据读取和发送都在CLK的上升沿进行，因为DIO在时钟的下降沿控制N管动作，此时读数不稳定。
  • TM1638采取低位在前的数据格式，每次发送和读取都是1byte长度，即8位二进制数据
  • 每次STB拉低之后的第一个字节作为指令，处理指令时当前其它处理被终止。

串行数据传输格式

  • 自增址模式下，只用写入一次地址即首地址，之后依次写入数据，每次写入数据，地址自动增加0X01。数据全部写入之后，上拉STB来作为结束的信号。
    在这里插入图片描述
  • 固定址模式下，每次写入数据需要先写入一次地址，为要写入的数据指定写入的地址，之后写入数据，然后上拉STB结束一次写入。
    在这里插入图片描述
  • 读数据以拉低STB写入读键值指令（0X42）作为开始，之后TM1638会依次按从低到高的顺序传送4byte的键值数据。读取4byte数据之后上拉STB结束读取。
    在这里插入图片描述

按键扫描和键扫复用

按键扫描电路

  电路的连接方式如下图，Kn端作为列线，KSn端作为行线，当有键按下被扫描到，数据被存入键值寄存器。
在这里插入图片描述
  按键扫描时在端口上的波形：

在这里插入图片描述

按键复用

  SEG1/KS1~SEG8/KS8是复用的端口，作为显示输出同时作为键扫输出端口。当存在按钮同时按下时，如S1,S2，SEG1和SEG2相当于被短路，此时D1,2D两个LED都会被点亮，从而造成显示错误。
  解决方法之一是在每个按键上串联一个二极管，如下图所示，也可以换成510Ω大小的电阻。
在这里插入图片描述

自己编写的驱动程序（C51）

/**********************************************************************************
 * 程序名:    TM1638驱动程序
 * 作者:      DaveoCKII
 * 日期:      2020.2.29
 * 版本:      STC12C5A60S2
 **********************************************************************************/

#ifndef _TM1638_H_
#define _TM1638_H_

#include <STC12C5A60S3.H>		// 自己修改过的STC12C5A60S2的头文件,为了区分原头文件改名S3
//------------------------------------定义列表------------------------------------//
sbit STB = P1^1;        // 片选线
sbit CLK = P1^2;        // 时钟线
sbit DIO = P1^3;        // 数据线
unsigned char ledb[16]={0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0}; 			// 显示数据缓冲区
unsigned char LED_CC[16]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71};  // 共阴LED显示数据 '0~F'
unsigned char LED_CA[16]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e};  // 共阳LED显示数据 '0~F'
unsigned char x[8]={0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x80};   	// 数据转换中用来提取各位的数据
//------------------------------------函数列表------------------------------------//

void TM1638_LEDCC(unsigned char LEDnums);   // TM1638 LED显示(共阴)

void TM1638_LEDCA(unsigned char LEDnums);   // TM1638 LED显示(共阳)

void TM1638_Write(unsigned char	DATA);      // TM1638 写数据函数

void TM1638_WriteCOM(unsigned char cmd);    // TM1638 写命令函数

unsigned char TM1638_Read(void);            // TM1638 读数据函数

unsigned char TM1638_ReadKey(void);         // TM1638 读键函数

//------------------------------------函数内容------------------------------------//

void TM1638_Write(unsigned char	DATA)	
{
	unsigned char i;
	for(i=0;i<8;i++)     // 1Byte 8位数据
	{
		CLK=0;           // 拉低时钟线
		DIO=DATA&0X01;   // 发送数据
		DATA>>=1;        // 数据格式:低位在前
		CLK=1;           // 拉高时钟线,写入数据
	}
}

void TM1638_WriteCOM(unsigned char cmd)
{
	STB=0;               // 拉低片选线
	TM1638_Write(cmd);   // 写命令
	STB=1;               // 拉高片选线
}

unsigned char TM1638_Read(void)
{
	unsigned char i,Data=0;
    
	DIO=1;               // 初始化数据线
	for(i=0;i<8;i++)    
	{
		Data>>=1;        // 数据格式:低位在前
		CLK=0;
		if(DIO)
			Data|=0x80;
		CLK=1;
	}
	return Data;
}

unsigned char TM1638_ReadKey(void)
{
    unsigned char c[4];         // 4Byte数据储存
    unsigned char i=999;		// 先用作延时
    unsigned char key_value=0;  
    
    STB=0;                      // 拉低片选线,开始读键值
    TM1638_Write(0x42);         // 写'读数据'命令
	while(i--)                  // 等待准备完毕
	for(i=0;i<4;i++)            // 读取4个Byte
		c[i]=TM1638_Read();   
	STB=1;                      // 拉高片选线,读键值结束
    // 8键  col:K3  row:KS1~KS8
    if(c[0]==0x01)  key_value=1;
	if(c[0]==0x10)  key_value=5;
	if(c[1]==0x01)  key_value=2;
	if(c[1]==0x10)  key_value=6;
	if(c[2]==0x01)  key_value=3;
	if(c[2]==0x10)  key_value=7;
	if(c[3]==0x01)  key_value=4;
	if(c[3]==0x10)  key_value=8;
    
    return (key_value);         // 返回键值
}

void TM1638_LEDCC(unsigned char LEDnums)
{
	unsigned char i; 
    
    TM1638_WriteCOM(0x40);      	// 设置地址自增
    
    STB=0;				// 拉低片选线,开始写数据
    TM1638_Write(0xc0);             // 写首地址
    for(i=0; i<LEDnums; i++) {      // 写显示数据
        TM1638_Write(ledb[i]); 
        TM1638_Write(ledb[i+8]);
    }
    for(i=LEDnums; i<8; i++) {      
        TM1638_Write(0); 
        TM1638_Write(0); 
    }    
    STB=1;				// 拉高片选线,结束写数据
}

void TM1638_LEDCA(unsigned char LEDnums)
{
	unsigned char i;
    unsigned char datas[16];
    
    // 数据转换
    for(i=0; i<8; i++){
        datas[i]=(ledb[0]&x[i])+(ledb[1]&x[i])+(ledb[2]&x[i])+(ledb[3]&x[i])+
                 (ledb[4]&x[i])+(ledb[5]&x[i])+(ledb[6]&x[i])+(ledb[7]&x[i]);
    }
    if(LEDnums>8){
        for(i=0; i<8; i++)
            datas[i+8]=(ledb[8]&x[i])+(ledb[9]&x[i]);
    }
    else {
        for(i=0; i<8; i++)
            datas[i]=0x00;
    }
        
    TM1638_WriteCOM(0x40);			// 设置地址自增
    
    STB=0;				// 拉低片选线,开始写数据
    TM1638_Write(0xc0);             // 写首地址
    for(i=0; i<LEDnums; i++) {      // 写显示数据
        TM1638_Write(datas[i]); 
        TM1638_Write(datas[i+8]);
    }
    for(i=LEDnums; i<8; i++) {
        TM1638_Write(0); 
        TM1638_Write(0); 
    }
    STB=1;				// 拉低片选线,结束写数据
}


//--------------------------------------------------------------------------------//


#endif


  DaveoCKII
2020.3.5

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