Arduino环境使用TM1638扩展版

TM1638深圳天微生产的一种带键盘扫描接口的LED（发光二极管显示器）驱动控制专用IC,内部集成有MCU数字接口、数据锁存器、LED驱动、键盘扫描等电路。使用TM1638的显式模块在市场上非常多，价格也很便宜。某宝10元左右就可以买到。例如下面的数码管+LED+按键模块(可以使用TM1638+led+key进行搜索)：

本文通过简单示例介绍Arduino环境中使用ESP32开发板驱动TM1638的方法。其中也包含作者本人踩过的坑，希望可以对读者有些帮助。

连接UNO D1 R32和TM1638扩展板

下图的连法不是必须，只是后续程序的基础，由于拍照角度，文字和端口位置稍微有些偏差，实际的接法以后面的连接表为准。

连接表

Arduino D1 R32	TM1638 Led Key Board
3V3	VCC
GND	GND
IO16	STB
IO17	CLK
IO25	DIO

代码说明

首先定义使用的每个引脚。如果读者希望使用其他的引脚，只要代码中的定义和前面的接续方式一致即可。：

const int strobe = 16;
const int clk = 17;
const int dio = 25;

从连接方式应该可以看出，数据线只有一根，也就是说所有的数据都是以串行方式传送的。第一段代码就是以串行方式写入数据的函数，内容就是从低位开始的移位和输出操作。

void writeByte(int value)     //write a byte.
{
  unsigned char i;
  pinMode(dio,OUTPUT);
  for(i=0;i<8;i++)
  {
    digitalWrite(clk,LOW);
    if(value&0X01){
      digitalWrite(dio,HIGH);
    }
    else{
      digitalWrite(dio,LOW);
    }
    value>>=1;
    digitalWrite(clk,HIGH);
  }
  digitalWrite(clk,LOW);
}

发送命令的函数就是在发送数据操作的前后有增加了strobe端的控制。

void sendCommand(uint8_t value)
{
  digitalWrite(strobe, LOW);
  writeByte(value);
  digitalWrite(strobe, HIGH);
}

初始化TM1638。首先发送两个命令：一个是设定数码管和LED的亮度；另一个是设定地址自动增加模式，这样可以简化连续/接受数据时的操作。最后TM1638的所有寄存器。

void reset()
{
  sendCommand(0x8b); //set light,0x88-0x8f
  sendCommand(0x40); // set auto increment mode
  digitalWrite(strobe, LOW);
  writeByte(0xc0);   // set starting address to 0
  for(uint8_t i = 0; i < 16; i++)
  {
    writeByte(0x00);
  }
  digitalWrite(strobe, HIGH);
}

接下来是数据读入函数，内容是从DIO端口按位接受数据并合成为一个字节。

int readByte(void)          //read a byte.
{
  unsigned char i;
  int value=0;;
  pinMode(dio,INPUT);//set input mode.
  for(i=0;i<8;i++)
  {
    value>>=1;
    digitalWrite(clk,LOW);
    delay(1);                           //if CUP is veryfast.
    if(digitalRead(dio)==HIGH)
      value|=0x80;
    digitalWrite(clk,HIGH);
  }
  digitalWrite(clk,LOW);
  pinMode(dio,OUTPUT);//set output mode.
  return value;
}

这里作者遇到了本文开头时提到的那个坑：显示都正常，只是读按钮函数只能检测到S1到S4，S5到S8无论如何也检测不到。后来经过分析觉得应该是发出clk之后，马上去读数据，由于间隔太短导致一个字节中的后面几位不能正确读出（别问为什么，我真不知道），因此在这个地方增加的一个1ms等待，就所有都OK了。原因可能是CPU太快，也可能是连线状态不好，也可能是芯片本身的问题。总之加了个1毫秒的等待就一切都好了。这个问题无论是国外还是国内的资料都没提到。

实际上可能不需要1ms，但是没有找到更短的delay函数，先凑合着用。

读按键操作会调用这个readByte函数，读出4个字节并合成一个字节。

int readButtons(void)
{
  int buttons = 0;
  digitalWrite(strobe, LOW);
  pinMode(dio, OUTPUT);
  shiftOut(dio, clk, LSBFIRST, 0x42);
  pinMode(dio, INPUT);
  for (uint8_t i = 0; i < 4; i++)
  {
    int v = readByte() << i;
    buttons |= v;
  }
  pinMode(dio, OUTPUT);
  digitalWrite(strobe, HIGH);
  return buttons;
}

指定位置设定LED状态。LED的地址在0xC1开始的奇数地址。

void setLed(int value, int position)
{
  pinMode(dio, OUTPUT);
  sendCommand(0x44);
  digitalWrite(strobe, LOW);
  writeByte(0xC1 + (position << 1));
  writeByte(value);
  digitalWrite(strobe, HIGH);
}

在数码管上显示数字。数码管的地址在0xC0开始的偶数地址。本函数将数字按照10进制位拆分并显示在数码管上。

void showNumber(int number)
{
  const int digital[]={0x3F, 0x06, 0x5B, 0x4F, 0x66, 0x6D, 0x7D, 0x07, 0x7F, 0x6F};
  int pos = 7;
  while(pos >=0){
    digitalWrite(strobe, LOW);
    writeByte(0xc0 + pos * 2);
    if(number > 0){
      int dig = number % 10;
      writeByte(digital[dig]);
      number /= 10;
    }
    else{
      writeByte(0);
    }
    digitalWrite(strobe, HIGH);
    pos--;
  }
}

buttonLoop读出8个按键状态并显示在对应的LED上。

void buttonLoop()
{
  int buttons = readButtons();
 
  for(int position = 0; position < 8; position++)
  {
    int mask = 0x1 << position;
    setLed(buttons & mask ? 1 : 0, position);
  }
}

setup和loop就简单了。

void setup()
{
  pinMode(strobe, OUTPUT);
  pinMode(clk, OUTPUT);
  pinMode(dio, OUTPUT);
  reset();
}

loop函数根据使用数码管显示循环变量同时读按键并显示到LED上。

void loop()
{
  for(int i = 0;i < 10000000; i++)
  {
    showNumber(i);
    buttonLoop();
  }
}

国外的网页使用shiftIn和shiftOut函数实现数据的写入和读出，这两个函数和readByte/writeByte是一回事。如果不是因为加那个1ms等待，shiftIn/shiftOut也很好。

动作状态

https://github.com/xueweiguo/EmbeddedCpp/blob/master/Arduino/TM1638/images/running.gif

参考资料

UNO D1 R32开发环境准备：

https://github.com/xueweiguo/EmbeddedCpp/blob/master/Arduino/ESP32/Startup/ESP32Startup.md

USING A TM1638 BASED BOARD WITH ARDUINO：

https://blog.3d-logic.com/2015/01/10/using-a-tm1638-based-board-with-arduino/

TM1638芯片资料

http://www.titanmec.com/index.php/project/download/id/532.html

原文链接：

https://github.com/xueweiguo/EmbeddedCpp/blob/master/Arduino/TM1638/TM1638.md

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