STC15单片机-数码管显示PCB板温度（TM1620驱动芯片使用介绍）

数码管显示PCB板温度、TM1620使用介绍

数码管驱动方式

单片机直接扫描：硬件设备简单，但会耗费大量的单片机CPU时间
专用驱动芯片：内部自带显存、扫描电路，单片机只需告诉它显示什么即可，如TM1620、TM1640

TM1620

TM1620是一种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驱动等电路。多用于数码管或LED显示设备。

工作温度：-0.5V ~ +7.0V

特性说明

1. 采用CMOS工艺
2. 显示模式（8 段×6 位～10段×4位）
3. 辉度调节电路（8 级占空比可调）
4. 串行接口（CLK,STB,DIN）
5. 振荡方式：内置RC振荡
6. 内置上电复位电路
7. 内置数据锁存电路
8. 内置针对LED反偏漏电导致暗亮问题优化电路
9. 抗干扰能力强
10. 封装形式：SOP20

管脚定义

管脚功能

硬件设计电路

DIG1、DIG2连接到了TM1620的位选引脚，分别是GRID1和GRID2，因为数码管就两个，就靠这两个位来进行控制

SEG1 ~ SEG8是段选，就是控制 A ~ DP 8个段哪一个段亮，8个位组成一个字节

STB、CLK、DIN是TM1620接收STC15单片机控制信号的，通过厂商定义的串行协议进行通信

串行通信

在进行通行前，要先将STB拉低，开启数据传输，CLK在低电平时，可以往DIN上放数据，当CLK在高电平时，TM1620就读取DIN上的数据，数据传输是从低位开始，一位一位地传，最高位结束

/*
* @name   TM1620_Write_Byte
* @brief  TM1620写入一个字节
* @param  dat：待写入数据
* @retval None   
*/
static void TM1620_Write_Byte(uint8_t dat)
{
    uint8_t i = 0;
    STB = 0;
    Public.Delay_ms(1);
    for(i=0;i<8;i++)
    {
        //CLK为低电平时往DIN上放数据
         CLK = 0;
		DIN = 0x01 & (dat>>i);	//先取出最低位进行发送，然后dat右移，把最低位移出去，再取补上地低位进行发送
        _nop_();    //延时1us
        
        //CLK为高电平时TM1620读取DIN上的数据
        CLK = 1;
        _nop_();    //延时1us
    }
}
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通信命令

通过上面写好的TM1620_Write_Byte()函数，就可以往TM1620写入数据了，那TM1620怎么识别STC15传输过来的数据是要干嘛的呢？

厂商对TM1620也做了设置，来识别传输过来的数据的目的

简单理解：调用TM1620_Write_Byte()函数往TM1620写入一个字节数据，共8位，而TM1620就是根据最高的两位B7、B6来区别为不同的指令，如上表所示，4种不同的指令分别表示了不同的命令，而这命令的说明也是只有高手才能一眼看出是什么作用的，新手想弄懂还得花点时间

显示模式命令

B7、B6都为0的命令就是显示模式命令，这两位是固定的了，该模式下B5 ~ B2是没用的位，所以就剩下B1、B0来控制，是用来设置TM1620要控制多少位和多少段的，有4位10段，这说明有4个数码管，一个数码管里面有10个段要控制，用函数往TM1620写入0x00就表示设置显示模式为4位10段；

本次实验用的到是6位8段，但实战板数码管只有两个，就是由上面硬件电路图中的DIG1和DIG2位控制，其他的DIG位选引脚不接，8段就是SEG1 ~ SEG8段选全用上，写入0x02就是设置为6位8段

数据命令设置

B7为0，B6为1就是数据命令模式，B5和B4没有用到，靠B3 ~ B0来设置为不同的数据命令；

主要是地址增加模式设置，数据模式设置没用到，测试模式是厂商内部测试用的，做实验也没用到

自动地址增加：后面会介绍到显示寄存器，就是往显示寄存器写入一个地址初值，然后写入数据（要显示的段），每次写入一个字节数据后，地址指针会从初值自动加一，跳到下一个地址，可以不用再设置地址，直接写入数据；就只设置一次地址，可以连续写数据；

固定地址：先写入地址，再写入数据，写下一个数据前，要先再写入一个地址，就每次写数据前都要先写地址

显示控制命令

这个命令比较简单，就是用来设置数码管显示的亮度，B7为1，B6为0，B5和B4没用，用剩余位进行选择控制

亮度调整是用了PWM，是TM1620内部自动发出的PWM波，只要写入不同的命令就能控制输出不同的占空比，这不需要额外的控制线

注意B3是控制显示开关的，要数码管亮起来，B3必须为1，也就是设置脉冲宽度的命令中，B3都是1，如设置脉冲宽度为1/16，那写入的命令就是0x88；让数码管不亮，则B3位清0，写入的命令就是0x80

显示寄存器地址

我觉得在看地址命令设置之前，要先看懂显示寄存器地址的说明，所以先把显示寄存器地址解释一下

对这个显示寄存器的简单理解就是：数码管的位选，选择哪一个数码管亮起

GRID1 ~ GRID6 共6个位选引脚，一个位选引脚控制一个数码管；那数码管有可能接到GRID1，也有可能接到GRID6，当然也可以6个数码管分别接完6个GRID引脚，那想指定某一个数码管亮起来该怎么设置？这就要通过往TM1620写入上表中的地址数据来进行选择某一位选引脚

先看表右边的位选，再水平着向左看，HL（低四位）和HU（高四位）是对段选SEG来说的，和位选GRID的地址设置没关系，先不用管。

GRID1对应的地址是01和00，也就是说可以往TM1620写入0x01或者0x00来选择是GRID1这个位选引脚，那为什么两个地址都是选择这个位选引脚呢？因为地址00对应了SEG1 ~ SEG8这8个段选，地址01对应了SEG13和SEG14这两个段选（表的上半部分），因为TM1620是可以控制9段或者10段的，所以复用了SEG13和SEG14这两个段选引脚；但本次实验中的数码管是8段的，分别接到了SEG1 ~ SEG8，而位选引脚接到了GRID1，所以位选就是GRID1，再根据段选，GRID1的地址就设置为0x00，没有用到SEG13和SEG14，所以不用管0x01；其他位选引脚同理

而图片开头的文字说明说12个字节单元也能理解了，就6个位选，每个位选对应两种不同的地址，6 * 2 = 12，所以是12个字节单元

这就相当于一步把位选和段选都确定了，因为确定位选引脚后，那也要确定段选引脚吧，段选选好后，后续再写入数据控制哪几个段亮起，就可以显示数字了

地址命令设置

经过上面的显示寄存器地址解释，就可以理解这个地址命令设置是什么东西了；上面的位选地址00和01等的地址怎么来，就是在这里进行设置的

B7、B6固定都为1，B3 ~ B0不同的组合就表示不同的地址，这些地址在程序中最好先用宏定义写好，在后面想设置位选和段选时，就直接把这些地址写入到TM1620就行了；可以说这些地址就是为了设置显示寄存器而准备的

---

前面介绍的都是一些命令或地址，TM1620收到了这些命令会做出相应的设置，把这些命令都通过TM1620_Write_Byte()函数发送给TM1620即可，数码管就会亮起；那具体怎么个发送法呢，厂商也给出了通信的图示，如下面介绍到的

---

数据传输（地址自动增加模式）

按照厂商给的这个数据传输图，首先在STB为低电平时，才开始往DIN上发送命令，每一步命令是设置什么的图上有说明，注意每次传输完一个命令后，STB要拉高，下次发送命令时要先再次拉低再发送命令；在发送段选数据的时候STB就不用再拉高了

注意：TM1620的数据手册上有这样一句话：芯片显示寄存器在上电瞬间其内部保存的值可能是随机不确定的，此时客户直接发送开屏命令，将有可能出现显示乱码。所以我司建议客户对显示寄存器进行一次上电清零操作，即上电后向12位显存地址(00H-0BH)中全部写入数据0x00

清零操作就可以设置为地址自动增加模式，然后写入位选初始地址是0x00，从GRID1开始，然后用循环不断写入段选数据0x00，进行清零操作，后续代码中有这一步

数据传输（固定地址模式）

固定地址模式就是每次写入段选数据前都要先确定位选，而且写完段选数据后STB要拉高，写下一个位选地址时STB要再次拉低

程序

文件结构

main.c ->主函数文件，包含main函数等;

Public.c ->公共函数文件，包含Delay延时函数等;

Sys_init ->系统初始化函数，包含GPIO初始化函数等;

ADC.c ->ADC初始化，采集ADC值等;

NTC.c ->NTC外设函数，包含查表，获取环境温度等;

TM1620.c ->驱动IC初始化，协议，温度显示等函数;

实验现象

每间隔 500ms 通过ADC获取一次PCB板温度，数码管显示PCB板温度，数码管亮度会自动变化。

TM1620.h

主要是定义4种不同命令的枚举类型，将所有的十六进制的命令都写成能看懂的名称，不然在c文件里发送0x00根本不知道是什么命令，还得去看手册

#ifndef __TM1620_H_
#define __TM1620_H_

//显示模式枚举类型
typedef enum
{
    Disp_Mode_GRID4_SEG10 = 0x00,       //4位10段
    Disp_Mode_GRID5_SEG9  = 0x01,       //5位9段
    Disp_Mode_GRID6_SEG8  = 0x02        //6位8段
}Disp_Mode_t;

//写数据地址模式枚举类型
typedef enum
{
    Write_Data_Addr_Auto_Add = 0x40,    //自动地址增加
    Write_Data_Addr_Fix      = 0x44     //固定地址
}Write_Data_Addr_Mode_t;

//辉度等级枚举类型
typedef enum
{
    Brightness_level_0  =   0x80,       //显示关
    Brightness_level_1  =   0x88,       //脉冲宽度为1/16
    Brightness_level_2  =   0x89,       //脉冲宽度为2/16
    Brightness_level_3  =   0x8A,       //脉冲宽度为4/16
    Brightness_level_4  =   0x8B,       //脉冲宽度为10/16
    Brightness_level_5  =   0x8C,       //脉冲宽度为11/16
    Brightness_level_6  =   0x8D,       //脉冲宽度为12/16
    Brightness_level_7  =   0x8E,       //脉冲宽度为13/16
    Brightness_level_8  =   0x8F,       //脉冲宽度为14/16
}Brightness_level_t;

//显示寄存器地址枚举类型    —>    位选GRID的地址
typedef enum
{
    Disp_SFR_Addr_Num   =   (uint8_t)12,

    Disp_SFR_Addr_00H   =   0xC0, 
    Disp_SFR_Addr_01H   =   0xC1,
    Disp_SFR_Addr_02H   =   0xC2,
    Disp_SFR_Addr_03H   =   0xC3,
    Disp_SFR_Addr_04H   =   0xC4,
    Disp_SFR_Addr_05H   =   0xC5,
    Disp_SFR_Addr_06H   =   0xC6,
    Disp_SFR_Addr_07H   =   0xC7,
    Disp_SFR_Addr_08H   =   0xC8,
    Disp_SFR_Addr_09H   =   0xC9,
    Disp_SFR_Addr_0AH   =   0xCA,
    Disp_SFR_Addr_0BH   =   0xCB,
}Disp_SFR_Addr_t;

//定义结构体类型
typedef struct
{
    Brightness_level_t  Brightness;	//辉度变量
    void (*TM1620_Init)();          //TM1620初始化
    void (*Disp_Tempareture)();     //数码管显示温度
}TM1620_t;

/* extern variables-----------------------------------------------------------*/
extern TM1620_t idata TM1620;
/* extern function prototypes-------------------------------------------------*/ 

#endif
/********************************************************
  End Of File
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TM1620.c

实现三个函数，第一个是TM162通过串行通行发送一个字节的函数，要注意STB拉低后要适当延时，不然数据通信会出错；

第二个函数是TM1620的初始化，先设置为地址自动增加，然后循环写入0x00清零显示寄存器，然后再设置为固定地址模式，给左右两个数码管初始化为全亮；

第三个函数是读取温度值并显示，把浮点型的温度值先转为整型，再分别取出十位和个位，分别显示在左边和右边的数码管上

注意：TM1620_Write_Byte()函数只是在TM1620.c文件里使用，并不提供给外部使用，所以不用声明函数指针指向该函数

/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
#include 

/* Private define-------------------------------------------------------------*/
#define DIN     P24
#define CLK     P25
#define STB     P26

//左右两个数码管显示寄存器地址宏定义
#define Disp_Position_Left      Disp_SFR_Addr_00H
#define Disp_Position_Right     Disp_SFR_Addr_02H
/* Private variables----------------------------------------------------------*/
uint8_t Disp_SEG[10] = {0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F};   //数码管显示0 ~ 9

static void TM1620_Write_Byte(uint8_t );
static void TM1620_Init();
static void Disp_Tempareture();
/* Public variables-----------------------------------------------------------*/
TM1620_t idata TM1620 = 
{
    Brightness_level_3,
    TM1620_Init,
    Disp_Tempareture
};
/* Private function prototypes------------------------------------------------*/

/*
* @name   TM1620_Write_Byte
* @brief  TM1620写入一个字节
* @param  dat：待写入数据
* @retval None   
*/
static void TM1620_Write_Byte(uint8_t dat)
{
    uint8_t i = 0;
    STB = 0;
    Public.Delay_ms(1);	//需要加延时等待，不然数码管显示会出异常
    for(i=0;i<8;i++)
    {
        //CLK为低电平时往DIN上放数据
        CLK = 0;
		DIN = 0x01 & (dat>>i);  //先取出最低位进行发送，然后dat右移，把最低位移出去，再取补上地低位进行发送
        _nop_();    //延时1us
        
        //CLK为高电平时TM1620读取DIN上的数据
        CLK = 1;
        _nop_();    //延时1us
    }
}

/*
* @name   TM1620_Init
* @brief  TM1620初始化
* @param  None
* @retval None   
*/
static void TM1620_Init()
{
    uint8_t i = 0;
    //设置显示模式：6位8段
    TM1620_Write_Byte(Disp_Mode_GRID6_SEG8);
    STB = 1;

    //设置地址模式：自动地址增加
    TM1620_Write_Byte(Write_Data_Addr_Auto_Add);
    STB = 1;

    //清除显示寄存器，厂商要求
    TM1620_Write_Byte(Disp_SFR_Addr_00H);
    for(i=0;i<Disp_SFR_Addr_Num;i++)
    {
        TM1620_Write_Byte(0x00);
    }
    STB = 1;

    //显示默认辉度：level3
    TM1620_Write_Byte(TM1620.Brightness);
    STB = 1;

    //设置显示模式：6位8段
    TM1620_Write_Byte(Disp_Mode_GRID6_SEG8);
    STB = 1;

    //设置地址模式：固定地址
    TM1620_Write_Byte(Write_Data_Addr_Fix);
    STB = 1;

    //写显示寄存器
    //先设置位选，设置为左边的数码管，再写入段选的数据0xFF，数码管8个段全亮
    TM1620_Write_Byte(Disp_Position_Left);
    TM1620_Write_Byte(0xFF);
    STB = 1;
	//然后设置位选为右边的数码管，同样写入段选数据0xFF,8个段全亮
    TM1620_Write_Byte(Disp_Position_Right);
    TM1620_Write_Byte(0xFF);
    STB = 1;

    //显示辉度
    TM1620_Write_Byte(TM1620.Brightness);
    STB = 1;
}

/*
* @name   Disp_Tempareture
* @brief  数码管显示温度
* @param  None
* @retval None   
*/
static void Disp_Tempareture()
{
    uint8_t temp = 0;
    
    //因为获取到的温度是浮点型，而数码管只有两位，不够显示，所以要转为无符号整型数据
    temp = (uint8_t)NTC.fTemperature;

    TM1620_Write_Byte(Disp_Position_Left);  //选择左边的数码管
    TM1620_Write_Byte(Disp_SEG[temp/10]);   //取出温度值的十位作为下标去找段码表对应的段选数据
    STB = 1;

    TM1620_Write_Byte(Disp_Position_Right); //选择右边的数码管
    TM1620_Write_Byte(Disp_SEG[temp%10]);   //取出温度值的个位作为下标去找段码表对应的段选数据
    STB = 1;
    
    //显示辉度
    TM1620_Write_Byte(TM1620.Brightness);
    STB = 1;
}
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main.c

主函数中先预编译串口打印初始化信息，然后while循环内不断获取温度值，再调用TM1620的Disp_Tempareture()函数来在数码管上显示两位温度值；

用switch语句来切换数码管的辉度，数码管的亮度就会一节一节地从暗到亮

/*
* @name   main
* @brief  主函数
* @param  void	
* @retval int      
*/
int main(void)
{
	//系统初始化
	Hradware.Sys_Init();

	//串口1发送初始化信息
	#ifdef Monitor_Run_Code
		printf("Initialization completed,system startup!\r\n\r\n");
	#endif
	
	//系统主循环
	while(1)
	{
		NTC.Get_Temperature_Value();
		Public.Delay_ms(500);

		//数码管显示温度
		TM1620.Disp_Tempareture();
		//调整亮度
		switch (TM1620.Brightness)
		{
			case Brightness_level_1:TM1620.Brightness = Brightness_level_2;break;
			case Brightness_level_2:TM1620.Brightness = Brightness_level_3;break;
			case Brightness_level_3:TM1620.Brightness = Brightness_level_4;break;
			case Brightness_level_4:TM1620.Brightness = Brightness_level_5;break;
			case Brightness_level_5:TM1620.Brightness = Brightness_level_6;break;
			case Brightness_level_6:TM1620.Brightness = Brightness_level_7;break;
			case Brightness_level_7:TM1620.Brightness = Brightness_level_8;break;
			case Brightness_level_8:TM1620.Brightness = Brightness_level_1;break;
			default:TM1620.Brightness = Brightness_level_1;break;
		}
		Public.Delay_ms(500);
	}
}
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出现问题

如果定义函数指针指向TM1620_Write_Byte()函数，那在TM1620初始化和显示温度的函数中全都用TM1620.TM1620_Write_Byte()的形式来调用该函数往TM1620写数据的话，烧录后数码管是没有亮的；

但只要把任意一个TM1620.TM1620_Write_Byte()改为TM1620_Write_Byte()，即本来通过函数指针调用的，改为直接用函数名调用，烧录后数码管居然是可以亮的；或者全部改为直接用函数名也是可以亮

找了几个小时也没发现问题出在哪，这种现象也是第一次遇见，按理说通过函数指针调用和直接用函数名调用是没有区别的，但为什么在这个实验中就出现问题，而且还只要改其中任意一个就行，改了之后数码管就显示了，说明两种调用方式都可以用，混着用也行，说明代码逻辑是没有问题的

另外我把教程的代码也全改为了用函数指针调用，也是不亮的，网上也没查到这个问题，只能留着以后再看看有什么解决办法了

TM1620.h

//定义结构体类型
typedef struct
{
    Brightness_level_t Brightness;
    
    void (*TM1620_Write_Byte)(uint8_t);	//指向TM1620初始化函数的函数指针
    void (*TM1620_Init)();
    void (*Disp_Tempareture)();
}TM1620_t;
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TM1620.c

TM1620_t idata TM1620 = 
{
    Brightness_level_3,

    TM1620_Write_Byte,		
    TM1620_Init,
    Disp_Tempareture
};

//函数指针调用方式，全部使用这种调用方式，则数码管不亮
TM1620.TM1620_Write_Byte();
    
//函数名调用方式，只要有一个函数名调用方式，则数码管能亮
TM1620_Write_Byte();
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看教程时注意的点

驱动数码管也可以用三极管，但这样就需要单片机不断的进行扫描才能显示，使用专用的IC，如TM1620，就能实现自动扫描并显示

项目的TM1620显示模式命令设置是6位8段

根据TM1620的手册将寄存器的值进行定义封装，32的库就类似这样，不用每次使用时都要去看手册配寄存器

TM1620也相当于一个小MCU，也有自己的寄存器，STC15MCU通过串行协议与TM1620进行通信，对TM1620内部寄存器进行配置，让TM1620自动工作

当写很多地址时，选用地址增加模式，当写一两个地址时，选用固定地址模式

TM1620写入字节函数是内部函数，不需要被其他函数调用，所以不用写在结构体里

单片机引脚P24、P25、P26设置为开漏输出，因为这是给一个信号，不是进行驱动，如果要驱动的话，就要设置为推挽输出，输出信号控制的话，开漏和准双向口都可以

显示寄存器地址：GRID是位选，SEG是段选，根据硬件电路，第一个数码管接到了GRID1上，并且用到了SEG1 ~ SEG8，并没有用到SEG13和SEG14，所以GRID1的地址就是00H，GRID2同理

GRID位选最多是6个，每一个位选可以选择SEG1 ~SEG8 或者SEG13 ~SEG14两种段选，该两种段选所对应的GRID位选寄存器的地址又是不同的，两种段选不能一起使用，所以便有6 x 2 = 12个位选的地址

TM1620会根据写入数据的首两位判断为不同的命令