2021年12月31日 | STM32F103单片机驱动TM1637数码管显示模块

最近项目中需要用到数码管显示，于是买了一个TM1637芯片驱动的四位数码显示模块，现将调试过程记录一下，方便以后参考。

使用的单片机是STM32F103C8T6最小系统

使用的数码管模块是TM1637四位数码管显示模块

实际运行效果

下面先看一下TM1637和数码管连接的具体线路图

实际使用的模块没有带按键，只用了4个数码管，模块和单片机连接只需要4根线VCC、GND、CLK、DIO。芯片和单片机通信使用的是I2C总线，下面就来说一下如何通过I2C总线驱动这个数码管模块。

为了方便移植，这里使用 IO口模拟I2C总线，所以首先要将延时函数准备好，延时函数使用任何一种方式都可以，可以根据自己的习惯使用自己的延时函数。

/*

 * t : 定时时间

 * Ticks : 多少个时钟周期产生一次中断

 * f : 时钟频率 72000000

 * t = Ticks * 1/f = (72000000/1000000) * (1/72000000) = 1us

 */

void SysTick_Delay_Us( __IO uint32_t us )

{

    uint32_t i;

    SysTick_Config( SystemCoreClock / 1000000 );

    for( i = 0; i < us; i++ )

    {

        // 当计数器的值减小到0的时候，CRTL寄存器的位16会置1

        while( !( ( SysTick->CTRL ) & ( 1 << 16 ) ) );

    }

    // 关闭SysTick定时器

    SysTick->CTRL &= ~SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;

}

void SysTick_Delay_Ms( __IO uint32_t ms )

{

    uint32_t i;

    SysTick_Config( SystemCoreClock / 1000 );

    for( i = 0; i < ms; i++ )

    {

        // 当计数器的值减小到0的时候，CRTL寄存器的位16会置1

        // 当置1时，读取该位会清0

        while( !( ( SysTick->CTRL ) & ( 1 << 16 ) ) );

    }

    // 关闭SysTick定时器

    SysTick->CTRL &= ~ SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;

}

这里直接读取系统定时器的标志位来进行延时，设置系统定时器1us中断一次。直接判断系统的中断次数就可以实现us级的延时了。

下来就需要编写I2C的时序了，官方资料上也提提供了参考代码，这个代码也是参考官方代码修改的。

首先要定义需要用到的IO口，为了方便移植，将所用到的IO口直接在头文件中定义，需要更改IO口的时候，只需要在头文件中修改就行。

/* 定义IIC连接的GPIO端口, 用户只需要修改下面的代码即可改变控制的LED引脚 */

#define TM1637_CLK_GPIO_PORT    GPIOB                 /* GPIO端口 */

#define TM1637_CLK_GPIO_CLK     RCC_APB2Periph_GPIOB /* GPIO端口时钟 */

#define TM1637_CLK_GPIO_PIN   GPIO_Pin_6

#define TM1637_DIO_GPIO_PORT    GPIOB               /* GPIO端口 */

#define TM1637_DIO_GPIO_CLK     RCC_APB2Periph_GPIOB /* GPIO端口时钟 */

#define TM1637_DIO_GPIO_PIN     GPIO_Pin_7

在模拟时序的时候为了方便编写代码，将用到的时钟口和数据口也重新定义。

//使用 位带 操作

#define TM1637_CLK           PBout(6)

#define TM1637_DIO           PBout(7)

#define TM1637_READ_DIO      PBin(7)

//IO方向设置     0011输出模式   1000上下拉输入模式

#define TM1637_DIO_IN()      {GPIOB->CRL&=0X0FFFFFFF;GPIOB->CRL|=(u32)8<<28;}

#define TM1637_DIO_OUT()     {GPIOB->CRL&=0X0FFFFFFF;GPIOB->CRL|=(u32)3<<28;}

下来需要初始化 IO口

//端口初始化

void TM1637_Init( void )

{

    GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;

    RCC_APB2PeriphClockCmd( TM1637_CLK_GPIO_CLK | TM1637_DIO_GPIO_CLK, ENABLE );

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = TM1637_CLK_GPIO_PIN | TM1637_DIO_GPIO_PIN;

    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;

    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

    GPIO_Init( TM1637_CLK_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure );

}

下来模拟I2C的时序

//起始位 CLK为高电平时，DIO由高变低

void TM1637_Start( void )

{

    TM1637_DIO_OUT();

    TM1637_CLK = 1;

    TM1637_DIO = 1;

    delay_us( 2 );

    TM1637_DIO = 0;

}

//等待应答 传输数据正确时，在第八个时钟下降沿，芯片内部会产生一个ACK信号，将DIO管脚拉低，在第九个时钟结束之后释放DIO总线。

void TM1637_Ack( void )

{

    TM1637_DIO_IN();

    TM1637_CLK = 0;

    delay_us( 5 ); //在第八个时钟下降沿之后延时 5us，开始判断 ACK 信号

    while( TM1637_READ_DIO ); //等待应答位  这一行代码也可以不要 不影响实际使用效果 在使用软件仿真的时候需要屏蔽这句代码，否则程序就会卡在这里。

    TM1637_CLK = 1;

    delay_us( 2 );

    TM1637_CLK = 0;

}

//停止位 CLK为高电平时，DIO由低变高

void TM1637_Stop( void )

{

    TM1637_DIO_OUT();

    TM1637_CLK = 0;

    delay_us( 2 );

    TM1637_DIO = 0;

    delay_us( 2 );

    TM1637_CLK = 1;

    delay_us( 2 );

    TM1637_DIO = 1;

}

//输入数据在CLK的低电平变化，在CLK的高电平被传输。

//每传输一个字节，芯片内部在第八个时钟下降沿产生一个ACK

// 写一个字节

void TM1637_WriteByte( unsigned char oneByte )

{

    unsigned char i;

    TM1637_DIO_OUT();

    for( i = 0; i < 8; i++ )

    {

        TM1637_CLK = 0;

        if( oneByte & 0x01 ) //低位在前

        {

            TM1637_DIO = 1;

        }

        else

        {

            TM1637_DIO = 0;

        }

        delay_us( 3 );

        oneByte = oneByte >> 1;

        TM1637_CLK = 1;

        delay_us( 3 );

    }

}

需要用到的时序主要有开始位、停止位、等待应答位、写一个字节。通过上面这四个函数就可以直接操作TM1637芯片了。

根据官方的资料，有两种写数据的方式，第一种是地址自加，第二种是地址固定。先来实现

根据这个时序看，首先要发送起始位，接着发送设置数据命令，下来等待应答，最后发送停止位。下来在发送起始位、设置地址命令、等待应答，发送显示数据1、等待应答、发送显示数据2，等待应答，……发送显示数据N、等待应答、停止位、起始位、发送显示命令、等待应答、停止位。

下面看看官方的命令表

根据上面命令表可以看出，数据命令中，自动地址增加命令 B6为1，其他的都为0。也就是0x40就是地址自增命令。接下来看地址命令，显示地址从00---05表示6个数码管的地址，此时B7和B6必须为1，也就是显示地址范围是0xC0-----0xC5。最后是显示控制，这个命令是控制开关显示和亮度的。开显示需要B7和B3为1，也就是0x88,最后3位0--7表示8级亮度。这样显示控制的值的范围就是0x88-----0x8F。

命令分析完之后就可以编写代码了

//写显示寄存器  地址自增

void TM1637_Display_INC( void )

{

    unsigned char i;

    TM1637_Start();

    TM1637_WriteByte( 0x40 ); //写数据到显示寄存器 40H 地址自动加1 模式,44H 固定地址模式,本程序采用自加1模式

    TM1637_Ack();

    TM1637_Stop();

    TM1637_Start();

    TM1637_WriteByte( 0xC0 ); //地址命令设置 显示地址 00H

    TM1637_Ack();

    for( i = 0; i < 6; i++ ) //地址自加，不必每次都写地址

    {

        TM1637_WriteByte( disp_num[i] ); //发送数据   disp_num[]中存储6个数码管要显示的内容

        TM1637_Ack();

    }

    TM1637_Stop();

    TM1637_Start();

    TM1637_WriteByte( 0x88 | 0x07 ); //开显示，最大亮度-----调节脉冲宽度控制0---7  脉冲宽度14/16

    TM1637_Ack();

    TM1637_Stop();

}

发送数据显示命令和显示亮度命令时都需要停止位，但是发送地址命令和显示数据内容时，是不需要停止位的，可以连续发送。数据循环发送结束后再发送停止位就行。其中 disp_num[]数组中依次存放6个数码管需要显示的内容。这样如下需要改变哪个数码管显示的内容是，只需要给disp_num[]数组中的对应位置重新赋值就行。

下面编写地址固定的写数据模式

时序和上面地址自增的基本一样，只是设置数据的命令不同，根据上面的命令表格可以看出，地址固定命令B6和B2都为1，也就是0x44。  

//写显示寄存器  地址不自增

// add 数码管的地址 0--5

// value 要显示的内容

void TM1637_Display_NoINC( unsigned char add, unsigned char value )

{

    unsigned char i;

    TM1637_Start();

    TM1637_WriteByte( 0x44 ); //写数据到显示寄存器 40H 地址自动加1 模式,44H 固定地址模式,本程序采用自加1模式

    TM1637_Ack();

    TM1637_Stop();

    TM1637_Start();

    TM1637_WriteByte( 0xC0 | add ); //地址命令设置 显示地址 C0H---C5H

    TM1637_Ack();

    TM1637_WriteByte( value ); //发送数据   value存储要显示的内容

    TM1637_Ack();

    TM1637_Stop();

    TM1637_Start();

    TM1637_WriteByte( 0x88 | 0x07 ); //开显示，最大亮度-----调节脉冲宽度控制0---7  脉冲宽度14/16

    TM1637_Ack();

    TM1637_Stop();

}

      地址固定模式每次只写一个固定的地址，地址值是由低三位值控制的，所以这里将高5位的值固定不变，只需要将低3位的值和高5位的值进行位或运算就行。这样在传递地址参数的时候，只需要发送0--5就可以了。同样亮度的设置也是用这个方法，亮度值由低3位值决定，将低3位值和高5位值进行位或运算。设置亮度的时候直接发送0--7就行。这里亮度没有使用参数，直接使用的是定值。想要改变亮度，可以把亮度也设置为参数传递进来。

      到这里就可以直接调用这两个函数，控制数码管显示了。

为了方便查看代码，下面贴出完整代码TM1637.c完整代码

#include "TM1637.h"

#include "bsp_SysTick.h"

unsigned char tab[] =

{

    0x3F,/*0*/

    0x06,/*1*/

    0x5B,/*2*/

    0x4F,/*3*/

    0x66,/*4*/

    0x6D,/*5*/

    0x7D,/*6*/

    0x07,/*7*/

    0x7F,/*8*/

    0x6F,/*9*/

    0x77,/*10 A*/

    0x7C,/*11 b*/

    0x58,/*12 c*/

    0x5E,/*13 d*/

    0x79,/*14 E*/

    0x71,/*15 F*/

    0x76,/*16 H*/

    0x38,/*17 L*/

    0x54,/*18 n*/

    0x73,/*19 P*/

    0x3E,/*20 U*/

    0x00,/*21 黑屏*/

};

// 最高位设置为1时显示 数码管上的":" 符号

unsigned char disp_num[] = {0x3F, 0x06 | 0x80, 0x5B, 0x4F, 0x66, 0x6D}; //存放6个数码管要显示的内容

//端口初始化

void TM1637_Init( void )

{

    GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;

    RCC_APB2PeriphClockCmd( TM1637_CLK_GPIO_CLK | TM1637_DIO_GPIO_CLK, ENABLE );

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = TM1637_CLK_GPIO_PIN | TM1637_DIO_GPIO_PIN;

    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;

    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

    GPIO_Init( TM1637_CLK_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure );

}

//起始位 CLK为高电平时，DIO由高变低

void TM1637_Start( void )

{

    TM1637_DIO_OUT();

    TM1637_CLK = 1;

    TM1637_DIO = 1;

    delay_us( 2 );

    TM1637_DIO = 0;

}

//等待应答 传输数据正确时，在第八个时钟下降沿，芯片内部会产生一个ACK信号，将DIO管脚拉低，在第九个时钟结束之后释放DIO总线。

void TM1637_Ack( void )

{

    TM1637_DIO_IN();

    TM1637_CLK = 0;

    delay_us( 5 ); //在第八个时钟下降沿之后延时 5us，开始判断 ACK 信号

    while( TM1637_READ_DIO ); //等待应答位  这一行代码也可以不要 不影响实际使用效果 在使用软件仿真的时候需要屏蔽这句代码，否则程序就会卡在这里。

    TM1637_CLK = 1;

    delay_us( 2 );

    TM1637_CLK = 0;

}

//停止位 CLK为高电平时，DIO由低变高

void TM1637_Stop( void )

{

    TM1637_DIO_OUT();

    TM1637_CLK = 0;

    delay_us( 2 );

    TM1637_DIO = 0;

    delay_us( 2 );

    TM1637_CLK = 1;

    delay_us( 2 );

    TM1637_DIO = 1;

}

//输入数据在CLK的低电平变化，在CLK的高电平被传输。

//每传输一个字节，芯片内部在第八个时钟下降沿产生一个ACK

// 写一个字节

void TM1637_WriteByte( unsigned char oneByte )

{

    unsigned char i;

    TM1637_DIO_OUT();

    for( i = 0; i < 8; i++ )

    {

        TM1637_CLK = 0;

        if( oneByte & 0x01 ) //低位在前

        {