4位数码管显示模块TM1637芯片C语言驱动程序

2022-09-29 09:22:43

一、概述

TM1637 是一种带键盘扫描接口的LED（发光二极管显示器）驱动控制专用电路，内部集成有MCU 数
字接口、数据锁存器、LED 高压驱动、键盘扫描等电路。芯片手册已上传到资源，需要的可以下载，链接https://download.csdn.net/download/wanglong3713/40836173。
使用的显示模块在某宝、某多价格很便宜，4位数码管，带时间点，适合做电子时钟，另外还有不带时间点的，使用的芯片是GN1637，还有AIP1637，实际与TM1637通用，驱动程序也可以通用。
4位数码管显示模块TM1637芯片C语言驱动程序
本例采用STM32F103C8T6芯片，在IAR环境下编写，配置采用STM32CubeMX，使用了HAL库。

二、 源代码

2.1 IIC接口驱动

4位数码管显示模块TM1637芯片C语言驱动程序
先看数据手册的接口说明，如上图，看这描述，这是IIC啊，因此找来之前写过的IIC驱动函数移植，但是实际在使用的时候发现给TM1637发送命令时并无响应，后来仔细看手册中的下面的内容：
4位数码管显示模块TM1637芯片C语言驱动程序
我们知道，标准的IIC协议是从高位到低位传输的，即MSB方式，而TM1637实际是非标准的IIC协议，而且这个器件连地址都没有，不能多个TM1637同时使用同一条总线！
所以，IIC驱动需要修改，为了方便移植，采用条件编译的方式：

/*
说明：标准IIC协议传输数据时为MSB方式，即高位在前低位在后，但有些器件为LSB方式，
即低位在前，高位在后，如TM1637数码管驱动芯片。
*/
#define IIC_LSB//定义了则IIC在数据传输时低位在前
/*******************************************************************************
  * 函数名：IIC_Start
  * 功  能：起始信号
  * 参  数：无
  * 返回值：无
  * 说  明：无
*******************************************************************************/
void IIC_Start(void)
{
	IIC_SdaModeOut();
	IIC_SdaOutput_H();
	IIC_SclOutput_H();
	delay_us(5);//>4.7us
	IIC_SdaOutput_L();
	delay_us(4);//>4us
	IIC_SclOutput_L();
}
/*******************************************************************************
  * 函数名：IIC_Stop
  * 功  能：结束信号
  * 参  数：无
  * 返回值：无
  * 说  明：无
*******************************************************************************/
void IIC_Stop(void)
{
	IIC_SdaModeOut();
	IIC_SclOutput_L();
	IIC_SdaOutput_L();
	IIC_SclOutput_H();
	delay_us(5);//>4us
	IIC_SdaOutput_H();
	delay_us(4);//>4.7us
	IIC_SdaOutput_L();
}
/*******************************************************************************
  * 函数名：IIC_Ack
  * 功  能：应答信号
  * 参  数：无
  * 返回值：无
  * 说  明：无
*******************************************************************************/
void IIC_Ack(void)
{
	IIC_SdaModeOut();
	IIC_SclOutput_L();
	IIC_SdaOutput_L();
	IIC_SclOutput_H();
	delay_us(4);//>4us
	IIC_SclOutput_L();
}
/*******************************************************************************
  * 函数名：IIC_NoAck
  * 功  能：非应答信号
  * 参  数：无
  * 返回值：无
  * 说  明：无
*******************************************************************************/
void IIC_NoAck(void)
{
	IIC_SdaModeOut();
	IIC_SclOutput_L();
	IIC_SdaOutput_H();
	IIC_SclOutput_H();
	delay_us(4);//>4us
	IIC_SclOutput_L();
}
/*******************************************************************************
  * 函数名：IIC_WaitAck
  * 功  能：等待应答信号
  * 参  数：无
  * 返回值：0应答成功，1应答失败
  * 说  明：从机把总线拉低，为应答成功
*******************************************************************************/
uint8_t IIC_WaitAck(void)
{
	uint8_t u8ErrCnt = 0;
	IIC_SdaModeIn();//输入状态
	IIC_SdaOutput_H();
	IIC_SclOutput_H();
	while (IIC_SdaRead() == 1)
	{
		u8ErrCnt++;
		if (u8ErrCnt > 250)
		{
			IIC_Stop();//发送停止信号
		   	return 1;
		}
	}
	IIC_SclOutput_L();
	return 0;
}
/*******************************************************************************
  * 函数名：IIC_WriteByte
  * 功  能：SDA线上输出一个字节
  * 参  数：u8Data需要写入的数据
  * 返回值：无
  * 说  明：无
*******************************************************************************/
void IIC_WriteByte(uint8_t u8Data)
{
	uint8_t i;
	uint8_t u8Temp;
	IIC_SdaModeOut();
	IIC_SclOutput_L();
	for (i = 0; i < 8; i++)
	{
		delay_us(2);
		#ifdef IIC_LSB//低位在前
		u8Temp = ((u8Data << (7 - i)) & 0x80);
		(u8Temp == 0x80) ? (IIC_SdaOutput_H()) : (IIC_SdaOutput_L());		
		#else//高位在前
		u8Temp = ((u8Data >> (7 - i)) & 0x01);
		(u8Temp == 0x01) ? (IIC_SdaOutput_H()) : (IIC_SdaOutput_L());
		#endif		
		IIC_SclOutput_H();//时钟保持高电平
		delay_us(2);
		IIC_SclOutput_L();//时钟拉低，才允许SDA变化
	}
}
/*******************************************************************************
  * 函数名：IIC_ReadByte
  * 功  能：读一个字节
  * 参  数：无
  * 返回值：读出的数据
  * 说  明：无
*******************************************************************************/
uint8_t IIC_ReadByte(void)
{
	uint8_t i;
	uint8_t bit = 0;
	uint8_t data = 0;
	IIC_SdaModeIn();//输入状态
	for (i = 0; i < 8; i++)
	{
		IIC_SclOutput_L();
		delay_us(2);
		IIC_SclOutput_H();
		bit = IIC_SdaRead();//读出1位
		#ifdef IIC_LSB//低位在前
		data |= (bit << i);		
		#else//高位在前
		data = (data << 1) | bit;
		#endif
		delay_us(2);
	}
	return data;
}

以上代码中的delay_us()函数，如果使用的是STM32F103单片机，可参考通用定时器实现STM32单片机微秒级延时函数
其中的SCL/SDA引脚的操作，采用宏定义：

#define IIC_SdaModeOut()					Port_SetMode(GPIOB, GPIO_PIN_7, GPIO_MODE_OUTPUT_OD)
#define IIC_SdaModeIn()						Port_SetMode(GPIOB, GPIO_PIN_7, GPIO_MODE_INPUT)
#define IIC_SdaOutput_H()					HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_7, GPIO_PIN_SET)
#define IIC_SdaOutput_L()					HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_7, GPIO_PIN_RESET)
#define IIC_SdaRead()						HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, GPIO_PIN_7)

#define IIC_SclModeOut()					Port_SetMode(GPIOB, GPIO_PIN_6, GPIO_MODE_OUTPUT_OD)
#define IIC_SclModeIn()						Port_SetMode(GPIOB, GPIO_PIN_6, GPIO_MODE_INPUT)
#define IIC_SclOutput_H()					HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_6, GPIO_PIN_SET)
#define IIC_SclOutput_L()					HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_6, GPIO_PIN_RESET)

Port_SetMode()函数：

/*******************************************************************************
  * 函数名：Port_SetMode
  * 功  能：GPIO设置输入或输出模式
  * 参  数：*GPIOx 引脚组号
			GPIO_Pin引脚号
			u32Mode输入或输出模式
  * 返回值：无
  * 说  明：无
*******************************************************************************/
void Port_SetMode(GPIO_TypeDef *GPIOx, uint16_t GPIO_Pin, uint32_t u32Mode)
{
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
	GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_Pin;
	GPIO_InitStruct.Mode = u32Mode;
	//GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
	GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
	HAL_GPIO_Init(GPIOx, &GPIO_InitStruct);
}

2.2 TM1637驱动函数

根据手册，写SRAM数据时，我们采用固定地址的方式，这样可以方便地对任意一个数码管写入数据，
再构造写命令、写数据、设置亮度、开关等功能的函数：
4位数码管显示模块TM1637芯片C语言驱动程序
4位数码管显示模块TM1637芯片C语言驱动程序
4位数码管显示模块TM1637芯片C语言驱动程序
TM1637.h文件：

/*******************************************************************************
  * 文件：TM1637.h
  * 作者：https://blog.csdn.net/wanglong3713
  * 版本：v1.0
  * 日期：2021-11-2
  * 说明：TM1637驱动
*******************************************************************************/
#ifndef _TM1637_H_
#define _TM1637_H_

#include "Typedefine.h"
#define TUBE_DISPLAY_NULL							26//不显示
#define TUBE_DISPLAY_DECIMAL_PIONT_OFFSET			16//带小数点的偏移量
/*******************************************************************************
Typedefine
*******************************************************************************/
typedef struct 
{
	uint8_t tube0;
	uint8_t tube1;
	uint8_t tube2;
	uint8_t tube3;
}TM1637Tube_ts;
/*******************************************************************************
Global Functions
*******************************************************************************/
void TM1637_WriteCmd(uint8_t u8Cmd);
void TM1637_WriteData(uint8_t u8Addr, uint8_t u8Data);
void TM1637_TubeDisplay(TM1637Tube_ts sData);
void  TM1637_SetBrightness(uint8_t u8Brt);
void  TM1637_Switch(bool bState);
#endif

TM637.c文件：

/*******************************************************************************
  * 文件：TM1637.c
  * 作者：https://blog.csdn.net/wanglong3713
  * 版本：v1.0
  * 日期：2021-11-2
  * 说明：TM1637驱动
*******************************************************************************/
#include "IIC.h"
#include "TM1637.h"

//段码表
const uint8_t u8NumTab[] = 
{
	//0,	1,	2,	3,	4,	   5,	6,   7,  8,   9,    A,   b,  C,   d,   E,   F,  	
	0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F,0x77,0x7C,0x39,0x5E,0x79,0x71,
	//0., 1.,	2.,	3.,	 4.,  5.,   6.,  7.,  8.,  9. Null
	0xBF,0x86,0xDB,0xCF,0xE6,0xED,0xFD,0x87,0xFF,0xEF,0x00
};
//最左至最右数码管 ，依次为0-3号，对应的显示寄存器地址
const uint8_t u8TubeAddrTab[] = 
{
	0xC0,0xC1,0xC2,0xC3
};
/*******************************************************************************
  * 函数名：TM1637_WriteCmd
  * 功  能：写命令
  * 参  数：无
  * 返回值：无
  * 说  明：无
*******************************************************************************/
void TM1637_WriteCmd(uint8_t u8Cmd)
{
	IIC_Start();
	IIC_WriteByte(u8Cmd);
	IIC_Ack();
	IIC_Stop();
}
/*******************************************************************************
  * 函数名：TM1637_WriteData
  * 功  能：向地址中写入数据
  * 参  数：u8Addr地址，u8Data数据
  * 返回值：无
  * 说  明：用于数码管固定地址写入显示数据
*******************************************************************************/
void TM1637_WriteData(uint8_t u8Addr, uint8_t u8Data)
{
	IIC_Start();
	IIC_WriteByte(u8Addr);
	IIC_Ack();
	IIC_WriteByte(u8Data);
	IIC_Ack();
	IIC_Stop();
}
/*******************************************************************************
  * 函数名：TM1637_TubeDisplay
  * 功  能：4个数码管显示
  * 参  数：sData显示数据结构体
  * 返回值：无
  * 说  明：无
*******************************************************************************/
void TM1637_TubeDisplay(TM1637Tube_ts sData)
{
	uint8_t temp[4], i;
	temp[0] = u8NumTab[sData.tube0];
	temp[1] = u8NumTab[sData.tube1];
	temp[2] = u8NumTab[sData.tube2];
	temp[3] = u8NumTab[sData.tube3];
	for (i = 0; i < 4; i++)
	{
		TM1637_WriteData(u8TubeAddrTab[i], temp[i]);
	}
}
/*******************************************************************************
  * 函数名：TM1637_SetBrightness
  * 功  能：设置亮度
  * 参  数：u8Brt亮度
  * 返回值：无
  * 说  明：0x88为开显示
*******************************************************************************/
void  TM1637_SetBrightness(uint8_t u8Brt)
{
	TM1637_WriteCmd(0x88 | u8Brt);
}
/*******************************************************************************
  * 函数名：TM1637_Switch
  * 功  能：显示开关
  * 参  数：0关，1开
  * 返回值：无
  * 说  明：0x88为开显示，0x80关显示
*******************************************************************************/
void  TM1637_Switch(bool bState)
{
	bState ? TM1637_WriteCmd(0x88) : TM1637_WriteCmd(0x80);
}

2.3 应用层显示控制

应用层函数，用TM1637.h中的类型TM1637Tube_ts定义一个结构体，用来存放4个数码管的显示数据：

static TM1637Tube_ts sDisplayData;
/*******************************************************************************
  * 函数名：Display_Init
  * 功  能：初始化
  * 参  数：无
  * 返回值：无
  * 说  明：无
*******************************************************************************/
void Display_Init(void)
{
	TM1637_Switch(0);//关显示
	TM1637_SetBrightness(0x87);//设置亮度，开显示
	TM1637_WriteCmd(0x44);//写数据到寄存器，固定地址模式
	memset(&sDisplayData, 0xFF, sizeof(sDisplayData));
}

例如显示数据1234，则运行以下函数即可：

/*******************************************************************************
  * 函数名：Display_TubeDataProcess
  * 功  能：显示数据处理
  * 参  数：无
  * 返回值：无
  * 说  明：4位数码管，根据十进制数据位数，不需要的不显示
*******************************************************************************/
void Display_TubeDataProcess(void)
{
	uint16_t u16Data = 1234;//需要显示的数据，自定义，或者从其他接口函数获得，本例程直接赋值为1234
	memset(&sDisplayData, 0xFF, sizeof(sDisplayData));
	if (u16Data > 9999)
	{
		u16Data = 9999;//最多四位数
	}
	if (u16Data > 999)//四位数
	{
		sDisplayData.tube0 = (uint8_t)(u16Data / 1000);//千位
		sDisplayData.tube1 = (uint8_t)(u16Data / 100 % 10);//百位
		sDisplayData.tube2 = (uint8_t)(u16Data % 100 / 10);//十位
	    sDisplayData.tube3 = (uint8_t)(u16Data % 10);//个位
	}else if (u16Data > 99)//三位数
	{
		sDisplayData.tube0 = TUBE_DISPLAY_NULL;//不显示
		sDisplayData.tube1 = (uint8_t)(u16Data / 100);//百位
		sDisplayData.tube2 = (uint8_t)(u16Data / 10 % 10);//十位
	    sDisplayData.tube3 = (uint8_t)(u16Data % 10);//个位	   
	}else if (u16Data > 9)//两位数
	{
		sDisplayData.tube0 = TUBE_DISPLAY_NULL;//不显示
	    sDisplayData.tube1 = TUBE_DISPLAY_NULL;//不显示
		sDisplayData.tube2 = (uint8_t)(u16Data / 10);//十位
	    sDisplayData.tube3 = (uint8_t)(u16Data % 10);//个位
	}else//一位数
	{
		sDisplayData.tube0 = TUBE_DISPLAY_NULL;//不显示
	    sDisplayData.tube1 = TUBE_DISPLAY_NULL;//不显示
		sDisplayData.tube2 = TUBE_DISPLAY_NULL;//不显示
	    sDisplayData.tube3 = (uint8_t)u16Data;//个位
	}
	TM1637_TubeDisplay(sDisplayData);
}

显示效果如图：
4位数码管显示模块TM1637芯片C语言驱动程序

三、总结

  1. 采用模拟IIC的方式，STM322CubeMX配置IIC的引脚时，需要配置为开漏输出模式；
  2. 带时间点的模块，中间的时间点，是它前面的数码管的小数点位。
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