51单片机使用TM1638驱动的数码管键盘模块
前几天差不多把清翔的视频教程写完了，然后玩了两天，这次准备把以前买的TM1638芯片驱动的数码管按键模块用在51单片机上。
这个模块我在pdd上买的，用了2块的优惠券后付款7元包邮，价格还行吧，对比了下这个价格几乎就是最低价了。TM1638芯片都要1块多，再加上PCB，焊接，LED，电阻，数码管，还有运费，已经比较划算了。
买模块店家有送显示程序，但是我还是想自己看一下数据手册，趁热打铁，记录下学习过程
一、模块图片
上面的LED全亮是我刚才写的测试程序
最上面是8个LED，下方是8个8段数码管 ，再下方是芯片，芯片右侧是二极管（非发光的普通二极管），左侧是VCC,GND以及3条数据线总共5条线。最下方是8个按键
我的这个模块数码管是共阴极的接法，其实这个芯片可以接共阴极也可以接共阳极数码管，不过我感觉共阳极的接法用起来比较麻烦。
二、TM1638
2.1 管脚定义
带k的都是可以按键扫描的，SEG和GR是数码管段和位，STB,CLK,DIO是与数据相关的引脚
数据手册有说，不管芯片连接的是共阳极数码管还是共阴极数码管，SEG都必须接阳极，GR接阴极，不能反过来，这也是跟他们是P管开漏输出和N管开漏输出有关。
P管开漏输出和N管开漏输出有什么区别，我们不需要关心，这是电路设计才需要考虑的
这一段告诉我们如果要读取数值，需要在上升沿读才稳定。
2.2 按键扫描
一般按键扫描是最多接3*8=24个按键，可能店家为了节省成本，我这里只接了1*8=8个按键。
数据手册推荐按键接法
K1接8个，K2接8个，K3接8个按键。
实际我的模块上只用了K3的8个按键
虽然只接了K3，但是芯片还是考虑全部，所以读取的时候会发送4个字节。
读取方式：先发送读取按键命令，DIO就会按顺序输出4个字节，数据输出也是从低位到高位
输出数据结构
每个字节都是KS(偶）K1 K2 K3 KS（偶-1）K1 K2 K3 的结构，如果按下对应的按键，那么对应的位置就是1.比如我按下了K3和KS4的按键，那么在读取的第2个字节就是1001 0001，在程序里面就可以根据读到的数值判断出按下了哪个键，然后去处理什么事情。
2.3 命令
在管脚定义图里面说了，在STB为低的第一个字节视为命令
2.3.1 显示控制命令
显示控制命令的高4位固定是8，BIT3控制是否打开显示，剩下的控制亮度。这个芯片总共有8档亮度可调.比如我想打开显示，亮度1/16，那么就可以发送0x88（1000 1000）
2.3.2 数据命令
高四位固定是4，低四位设置具体功能。比如我想设置普通模式，自动增加地址，写数据到显示寄存器，就可以发送0x40(0100 0000)，如果我想读取按键数据，就可以发送0x42(0100 0010)
2.3.3 显示地址设置
这个命令的高四位固定是C，低四位设置具体数值，来设置16个显示寄存器地址。其实这个命令的低四位就是对应地址的低四位。上电默认地址是00H。
显示寄存器地址
他这个表官方的就是没有对齐，有点难受。写数据的时候，在某个地址先发送低位再发送高位数据。SEG10后面的X直接写0就行。
根据我的原理图，
SEG1到8控制段选，GR控制位置。
板载的8个红色LED接在SEG9上，所以要想亮就需要把SEG9拉高
2.4 时序图
Twait要求大于1us，但是51单片机1个机器周期1.085us大于1us，所以在51单片机里面可以不考虑这个延时。
驱动共阳极数码管就是没有驱动共阴极方便。
2.5 地址增加模式数据流程
2.6 地址固定模式数据流程
2.7 读按键数据流程
Command1就是发送读按键命令，这个命令由2.3.2 数据命令里面的一个位控制
三、编程
知道理论之后，就可以开启编程了。
3.1 地址自动增加模式
#include
typedef unsigned char uchar;
typedef unsigned char ucahr;
typedef unsigned int uint;
sbit TM1638STB = P1^0;
sbit TM1638CLK = P1^1;
sbit TM1638DIO = P1^2;
void TM1638_WByte(ucahr cmd);
void main()
{
TM1638STB = 0;
TM1638_WByte(0x88);//1000 1000显示开，脉冲宽度为1/16
TM1638STB = 1;
TM1638STB = 0;
TM1638_WByte(0x40);//普通模式，地址自动增加，写显示数据
TM1638_WByte(0x3f);//数字0------------------------此时地址为0x00
TM1638_WByte(0x00);//让SEG9为0，这样上方LED就不会亮
TM1638_WByte(0x06);//数字1------------------------此时地址为0x01
TM1638_WByte(0x00);//让SEG9为0，这样上方LED就不会亮
TM1638_WByte(0x5b);//数字2------------------------此时地址为0x02
TM1638STB = 1;
while(1);
}
//TM1638写一个字节（只负责送数据到线上）
void TM1638_WByte(ucahr cmd)
{
uchar i;
for (i = 0; i < 8; i++)
{
TM1638CLK = 0;
TM1638DIO = cmd & 0x01;
cmd >>= 1;
TM1638CLK = 1;
}
}
先写一个简单的程序测试一下。数码管前3个显示123，上方8个LED全不亮。在这里我没有设置显示地址，是因为默认地址就是0x00,也就是第一个数码管，当写入一个命令，后面跟一个显示数据后，地址会自动增加1个（0x01），但是这个时候地址就增加到了SEG9和SEG10这一块了，其中SEG9是控制LED的，其余没用全为0就行了，如果再继续写入一个数据，才会到0x02，这个是和第二个数码管显示内容相关的数据，以此类推。
如果使用的是固定地址模式，那么每次每次发送显示数据前都要指明显示地址。
如果想让数码管模块在单片机按下复位键还能正常显示，那么就需要一个初始化函数，也就是清屏函数，如下：
void TM1638_clear()
{
uchar i;
TM1638STB = 1;
TM1638STB = 0;
TM1638_WByte(0x40);
for (i = 0; i < 16; i ++)
TM1638_WByte(0x00);//在所有16个地址中写入0x00
TM1638STB = 1;
TM1638STB = 0;
TM1638_WByte(0xc0);//设置显示地址为0x00
TM1638STB = 1;
}
void main()
{
TM1638_clear();
TM1638STB = 0;
TM1638_WByte(0x88);//1000 1000显示开，脉冲宽度为1/16
TM1638STB = 1;
TM1638STB = 0;
TM1638_WByte(0x40);//普通模式，地址自动增加，写显示数据
TM1638_WByte(0x3f);//数字0------------------------此时地址为0x00
TM1638_WByte(0x00);//让SEG9为0，这样上方LED就不会亮
TM1638_WByte(0x06);//数字1------------------------此时地址为0x01
TM1638_WByte(0x00);//让SEG9为0，这样上方LED就不会亮
TM1638_WByte(0x5b);//数字2------------------------此时地址为0x02
TM1638STB = 1;
while(1);
}写一个清屏函数，在主函数调用一下就可以了
写一个命令还需要自己先把STB拉低，写完再拉高，比较麻烦，封装一下
void TM1638_Wcmd(ucahr cmd)
{
TM1638STB = 0;
TM1638_WByte(cmd);
TM1638STB = 1;
}
3.2 现象
显示出了123，但是我没有设置地址，这就是地址增加模式。肉眼看到的是和LED一样的红色，但是拍出来颜色编程黄白色了。
3.3 固定地址模式
void main()
{
TM1638_clear();
TM1638STB = 0;
TM1638_WByte(0x88);//1000 1000显示开，脉冲宽度为1/16
TM1638STB = 1;
TM1638STB = 0;
TM1638_WByte(0x44);//普通模式，地址固定，写显示数据
TM1638STB = 1;
TM1638STB = 0;
TM1638_WByte(0xc0);//设置显示地址为0x00
TM1638_WByte(0x3f);//数字0------------------------此时地址为0x00
TM1638STB = 1;
TM1638STB = 0;
TM1638_WByte(0xc2);//设置显示地址为0x02
TM1638_WByte(0x06);//数字1------------------------此时地址为0x02
TM1638STB = 1;
TM1638STB = 0;
TM1638_WByte(0xc4);//设置显示地址为0x04
TM1638_WByte(0x5b);//数字2------------------------此时地址为0x04
TM1638STB = 1;
TM1638STB = 0;
TM1638_WByte(0xc8);//设置显示地址为0x08
TM1638_WByte(0x4f);//数字3------------------------此时地址为0x08
TM1638STB = 1;
while(1);
}固定地址模式，就是在每次发送显示数据之前都要发送显示位置地址
3.4 现象
我在代码里面跳过了第4个数码管的显示地址，所以第四个数码管没有显示。
经过对比发现，如果用地址自动增加模式，我也可以实现发一次地址写一个数据，相当于拥有固定地址模式可以实现的功能，也可以指定一个起始地址然后连续发送数据，可见地址自动增加模式似乎更有优势。
3.5 按键扫描
我这个按键扫描读取到的数值和数据手册不一样，不知道为什么，我实际读取到的值与对应按键关系如下表
| 按键 \数据 | byte1 | byte2 | byte3 | byte4 |
|---|---|---|---|---|
| S1 | 01 | 00 | 00 | 00 |
| S2 | 00 | 01 | 00 | 00 |
| S3 | 00 | 00 | 01 | 00 |
| S4 | 00 | 00 | 00 | 01 |
| S5 | 10 | 00 | 00 | 00 |
| S6 | 00 | 10 | 00 | 00 |
| S7 | 00 | 00 | 10 | 00 |
| S8 | 00 | 00 | 00 | 10 |
我就按我的情况来编程了。我判断键值的想法是先把读取到的4个字节数据存放在一个数组里面，然后判断数组里面的数是否有0x01或者0x10，如果有这两个任何一个，说明有按键被按下了，再看如果有的是0x01，那么说明前4个按键里面的某个按键被按下了，直接跳出数组循环，当前循环次数就是按键序号。如果检测到0x10，说明后4个按键被按下，当前循环次数+4就是对应的按键序号。
读取数据并判断键值的函数
uchar TM1638_RByte()
{
uchar temp,i;
temp = 0;
TM1638DIO = 1;//释放数据线
for (i = 0; i < 8; i++)
{
temp >>= 1;
TM1638CLK = 0;
TM1638CLK = 1;
if (TM1638DIO) temp |= 0x80;
}
return temp;
}
uchar TM1638_keyscan()
{
uchar i,temp[4];
TM1638STB = 0;
TM1638_WByte(0x42);
for (i = 0; i < 4; i++)
temp[i] = TM1638_RByte();
TM1638STB = 1;
for (i = 0; i < 4; i++)
{
if (temp[i] == 0x01 || temp[i] == 0x10)
return ((temp[i] == 0x01) ? i:(4+i));
}
return 8;
}如果有按键被按下，返回值哪里用了三元运算符。
完整代码如下。我的程序写的是按下S1让LED8翻转，按下S2让蜂鸣器翻转。
在main函数里面我对按键进行了消抖
#include
typedef unsigned char uchar;
typedef unsigned char ucahr;
typedef unsigned int uint;
sbit TM1638STB = P1^0;
sbit TM1638CLK = P1^1;
sbit TM1638DIO = P1^2;
sbit LED8 = P1^7;
sbit beep = P2^3;
uchar code du[23];
void TM1638_clear();
void TM1638_WByte(ucahr cmd);
void TM1638_Wcmd(ucahr cmd);
uchar TM1638_RByte();
uchar TM1638_keyscan();
void delay(unsigned int i);
void main()
{
uchar key_val;
TM1638_clear();
TM1638_Wcmd(0x8A);//亮度4/16
TM1638STB = 0;
TM1638_WByte(0X40);//普通模式，地址自动增加，写显示数据
TM1638_WByte(du[0]);//在默认的0x00地址写数字0
TM1638STB = 1;
while(1)
{
key_val = TM1638_keyscan();
delay(20);
if (TM1638_keyscan() != key_val)
key_val = 8;
if (key_val != 8)
{
switch (key_val)
{
case 0: LED8 = !LED8; key_val = 8;break;
case 1: beep = !beep; key_val = 8;break;
}
}
delay(50);
}
}
//TM1638写一个字节（只负责送数据到线上）
void TM1638_WByte(ucahr cmd)
{
uchar i;
for (i = 0; i < 8; i++)
{
TM1638CLK = 0;
TM1638DIO = cmd & 0x01;
cmd >>= 1;
TM1638CLK = 1;
}
}
void TM1638_Wcmd(ucahr cmd)
{
TM1638STB = 0;
TM1638_WByte(cmd);
TM1638STB = 1;
}
uchar TM1638_RByte()
{
uchar temp,i;
temp = 0;
TM1638DIO = 1;//释放数据线
for (i = 0; i < 8; i++)
{
temp >>= 1;
TM1638CLK = 0;
TM1638CLK = 1;
if (TM1638DIO) temp |= 0x80;
}
return temp;
}
uchar TM1638_keyscan()
{
uchar i,temp[4];
TM1638STB = 0;
TM1638_WByte(0x42);
for (i = 0; i < 4; i++)
temp[i] = TM1638_RByte();
TM1638STB = 1;
for (i = 0; i < 4; i++)
{
if (temp[i] == 0x01 || temp[i] == 0x10)
return ((temp[i] == 0x01) ? i:(4+i));
}
return 8;
}
void TM1638_clear()
{
uchar i;
TM1638STB = 1;
TM1638STB = 0;
TM1638_WByte(0x40);
for (i = 0; i < 16; i ++)
TM1638_WByte(0x00);//在所有16个地址中写入0x00
TM1638STB = 1;
TM1638STB = 0;
TM1638_WByte(0xc0);//设置显示地址为0x00
TM1638STB = 1;
}
void delay(unsigned int i)
{
unsigned int j;
for (; i > 0; i--)
for (j = 114; j > 0; j--);
}
uchar code du[]={
//0 1 2 3 4 5 6 7 8
0x3F, 0x06, 0x5B, 0x4F, 0x66, 0x6D, 0x7D, 0x07, 0x7F,
//9 A(10) B(11) C(12) D(13) E(14) F(15) H(16) L(17)
0x6F, 0x77, 0x7C, 0x39, 0x5E, 0x79, 0x71, 0x76, 0x38,
//n(18) u(19) -(20) 熄灭(21) .(22)
0x37, 0x3E, 0x40, 0x00, 0x80}; 3.6 LED控制
控制LED，只需要 在对应地址让SEG9=0，比如我想让第2个LED亮，那么我就先把地址设置为0x03，然后发送数据0x01，这样就可以了。
TM1638模块差不多都说完了，我没有逻辑分析仪，示波器之类的工具，在分析获取到的数据的时候费点时间，我是把接收到的4个字节数据放在数组里面，然后把数组4个字节通过串口发送到电脑来看我到底接受到了什么信息，然后根据键值的特点来写的程序，我还不清楚为什么我收到的数据跟手册里写的不一样，不过还是用起来了。
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在自己使用时，还可以把显示函数封装起来，以及LED控制封装，用起来更方便。