8266+DS3231時鐘之顯示TM1638的使用【四】上-有解無憂

今天繼續8266+DS3231時鐘專案的顯示部分功能的詳解，這個時鐘系列的前的三篇分別是：
《8266+DS3231時鐘之開發個時鐘遇到的N個坑【一】》
《8266+ds3231時鐘之arduino官網發布的DS3231庫的分析【二】》
《8266+DS3231時鐘之DS3231具體實作及代碼【三】》
有興趣的可以去看看，如果覺得對你有幫助，請點個贊，

一、概述

時鐘采用TM1638芯片去驅動數碼管和按鍵，由于同時要驅動十個數碼管和8個按鍵，這里采用TM1638這個強大的數碼管驅動芯片，功能上，十個數碼管分別顯示月、日、時、分共8個數碼管，溫度占用2個數碼管，其中月、日、時、分的顯示采用共陰管，而溫度顯示采用共陽管，這里大家可以先看看成品電路的效果，具體如下圖：

由于板子是半成品，還沒有做外殼，所以這里先用紅字標上管的顯示內容，以期能理解，至于為什么有共陰也有共陽的數碼管，這里主要是因為TM1638的顯示能力是8位10段，由于8個數碼管我們實際只用到了7段（a、b、c、d、e、f、g）就夠顯示了，所以每個管還剩3段的顯示能力，也就是3段*8位，這樣我在設計時把這3段的顯示能力中，一段分配給了秒的顯示（如上圖），二段8位用于溫度的顯示，這里看不明白不要緊，具體在下面理解完芯片的引腳能力會，就自然明白了，

二、TM1638的資料手冊介紹

以下內容是摘自TM1638的資料手冊，放在這里是為了方便閱讀，當然也可以自已去度娘下載，要用好TM1638必須清楚資料手冊里講的內容，否則在后面的驅動程式的部分是沒法看明白的，由于原文的例子中有些有錯誤，我在摘錄時已修改，因此有原文的人在閱讀原文時要注意，

TM1638是帶鍵盤掃描介面的LED（發光二極管顯示幕）驅動控制專用電路，內部集
成有MCU 數字介面、資料鎖存器、LED 高壓驅動、鍵盤掃描等電路，

1、特性說明

? 采用功率CMOS 工藝
? 顯示模式 10 段×8 位
? 鍵掃描（8×3bit）
? 輝度調節電路（占空比8 級可調）
? 串行介面（CLK，STB，DIO）
? 振蕩方式：RC 振蕩（450KHz+5%）
? 內置上電復位電路
? 采用SOP28封裝

2、管腳定義

注意：DIO口輸出資料時為N管開漏輸出，在讀鍵的時候需要外接1K-10K的上拉電阻，推薦10K的
上拉電阻，DIO在時鐘的下降沿控制N管的動作，此時讀數時不穩定，你可以參考圖（6），在時鐘的上升沿讀數才時穩定，

3、顯示暫存器地址和顯示模式

顯示暫存器地址和顯示模式：
該暫存器存盤通過串行介面從外部器件傳送到TM1638 的資料，地址從00H-0FH共16位元組單元，
分別與芯片SGE和GRID管腳所接的LED燈對應，分配如下圖：
（寫LED顯示資料的時候，按照從顯示地址從低位到高位，從資料位元組的低位到高位操作，）

（這里表格產生了向左的錯位，我用箭頭標出了錯位的對應界限，看時請注意）
寫LED顯示資料的時候，按照從低位地址到高位地址，從位元組的低位到高位操作；在運用中
沒有使用到的SEG輸出口，在對應的BIT地址位寫0，
這里，我用一個具體的例子來說明，就比較好明白上表的使用方法了，
數碼管的段的定義如下：

如果此時要顯示0這個數，那么對應的需要點亮的段為A、B、C、D、E、F這六個段

4、鍵掃描和鍵掃資料暫存器

鍵掃矩陣為8×3bit，如圖（3）所示：

鍵掃資料儲存地址如下所示，先發讀鍵命令后，開始讀取按鍵資料BYTE1—BYTE4位元組，
讀資料從低位開始輸出；芯片K和KS引腳對應的按鍵按下時，相對應的位元組內的 BIT位為1，

注意：
1、TM1638最多可以讀4個位元組，不允許多讀，
2、讀資料位元組只能按順序從BYTE1-BYTE4讀取，不可跨位元組讀，例如：硬體上的K2與KS8
對應按鍵按下時，此時想要讀到此按鍵資料，必須需要讀到第4個位元組的第5BIT位，才可讀出資料；當K1與KS8，K2與KS8，K3與KS8三個按鍵同時按下時，此時BYTE4所讀資料的B4，B5，B6位均為1
3、組合鍵只能是同一個KS，不同的K引腳才能做組合鍵；同一個K與不同的KS引腳不可以
做成組合鍵使用，

5、指令說明

指令用來設定顯示模式和LED 驅動器的狀態，
在STB下降沿后由DIO輸入的第一個位元組作為一條指令，經過譯碼，取最高B7、B6兩位位元位以區別不同的指令，

如果在指令或資料傳輸時STB被置為高電平，串行通訊被初始化，并且正在傳送的指令或資料
無效（之前傳送的指令或資料保持有效），

資料命令設定

該指令用來設定資料寫和讀，B1和B0位不允許設定01或11，

總結上表，實際用到的命令碼如下：

地址命令設設定

該指令用來設定顯示暫存器的地址，如果地址設為10H 或更高，資料被忽略，直到有效地址被設定，
上電時，地址默認設為00H，
總結：上表由于B7位和B6位設定為1，因此實際就決定了基地址為1100 0000即C0H，B0-B3則定義了偏移地址，在實際地址命令設定時應當是基地址+偏移地址，

顯示控制

【注意】B3位在設定亮度時應置1.

6、串行資料傳輸格式

讀取和接收1個BIT都在時鐘的上升沿操作，

6.1 資料接收（寫資料）

注意：位元組寫入時，是按B0-B7的低位到高位的順序，

6.2 資料讀取（讀資料）

▲注意：讀取資料時，從串行時鐘CLK 的第8 個上升沿開始設定指令到CLK 下降沿讀資料之間需要
一個等待時間Twait(最小1μS)，
注意：位元組讀入時，是按B0-B7的低位到高位的順序，

7、顯示和按鍵：

（1）顯示：

1、驅動共陰數碼管：

圖7給出共陰數碼管的連接示意圖，如果讓該數碼管顯示“0”，那你需要在GRID1為低電平
的時候讓SEG1，SEG2，SEG3，SEG4，SEG5，SEG6為高電平，SEG7為低電平，
查看圖（2）顯示地址表格，只需在00H地址單元里面寫資料3FH就可以讓數碼管顯示“0”，
2、驅動共陽數碼管

圖8給出共陽數碼管的連接示意圖，如果讓該數碼管顯示“0”，那你需要在GRID1，GRID2，
GRID3，GRID4，GRID5，GRID6為低電平的時候讓SEG1為高電平，在GRID7為低電平的時候讓SEG1為低電平，要向地址單元00H，02H，04H，06H，08H，0AH里面分別寫資料01H，其余的地址單元全部寫資料00H，

注意：SEG1-10為P管開漏輸出，GRID1-8為N管開漏輸出，在使用時候，SEG1-10只能接LED的陽極，GRID只能接LED的陰極，不可反接，

（2）鍵盤掃描：

你可以按照圖（9）用示波器觀察觀察SEG1/KS1和SEG2/KS2的輸出波形，SEGN/KSN
輸出的波形見圖（10），

IC在鍵盤掃描的時候SEGN/KSN的波形：

Tdisp和IC作業的振蕩頻率有關，TM1638經過多次完善，振蕩頻率不完全一致，500US
僅僅提供參考，以實際測量為準，
一般情況下使用圖（11），可以滿足按鍵設計的要求，

當S1被按下的時候，在第1個位元組的B2讀到“1”，如果多個按鍵被按下，將會讀到多個“1”，
當S2，S3被按下的時候，可以在第1個位元組的B1，B6讀到“1”，
▲注意：復合鍵使用注意事項：
SEG1/KS1-SEG10/KS10是顯示和按鍵掃描復用的，以圖（12）為例子，顯示需要D1亮，D2滅，需要讓SEG1為“0”，SEG2為“1”狀態，如果S1，S2同時被按下，相當于SEG1，SEG2被短路，這時D1，D2都被點亮，

解決方案：
1、在硬體上，可以將需要同時按下的鍵設定在不同的K線上面如圖（13）所示，

2、在SEG1—SEG N上面串聯電阻如圖（14）所示，電阻的阻值應選在510歐姆，太大會造成
按鍵的失效，太小可能不能解決顯示干擾的問題，

3、或者串聯二極管如圖（15）所示，

8、應用時串行資料的傳輸：

1 地址增加模式

使用地址自動加1模式，設定地址實際上是設定傳送的資料流存放的起始地址，起始地址命令
字發送完畢，“STB”不需要置高緊跟著傳資料，最多14BYTE，資料傳送完畢才將“STB”置高，

2 固定地址模式

使用固定地址模式，設定地址其實際上是設定需要傳送的1BYTE資料存放的地址，地址發送完
畢，“STB”不需要置高，緊跟著傳1BYTE資料，資料傳送完畢才將“STB”置高，然后重新設定第2
個資料需要存放的地址，最多14BYTE資料傳送完畢，“STB”置高，

3 讀按鍵時序

4 程式設計流程圖

采用地址自動加1的程式設計流程圖：

采用固定地址的程式設計流程圖：

9、應用電路

1 TM1638驅動共陽數碼屏硬體電路，如圖（16）：

2 TM1638驅動共陰數碼屏硬體電路，如圖（17）：

▲注意： 1、VDD、GND之間濾波電容在PCB板布線應盡量靠近TM1629芯片放置，加強濾波效果，
2、連接在DIO、CLK、STB通訊口上三個100P電容可以降低對通訊口的干擾，
3、因藍光數碼管的導通壓降壓約為3V，因此TM1629供電應選用5V，