前幾天幫朋友弄一個(gè)恒溫箱控制器他手上正好有一塊STM32F103最小系統(tǒng)板和一個(gè)TM1637四位數(shù)碼管模塊讓我?guī)退由巷@示溫度。說(shuō)實(shí)話這類屏幕方案我平時(shí)用OLED比較多但TM1637在工業(yè)小儀表、桌面時(shí)鐘、溫控器、充電器顯示面板這些場(chǎng)景里實(shí)在太常見(jiàn)了成本低、驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單、占用引腳少非常適合STM32F103這種資源不算富裕的MCU。我用了大概十分鐘就把硬件接好二十分鐘把驅(qū)動(dòng)代碼寫完調(diào)通整個(gè)過(guò)程比想象中順很多。這篇東西我把思路從頭到尾整理一遍包括TM1637模塊的通信協(xié)議、STM32F103的GPIO模擬時(shí)序、如何在main函數(shù)里封裝出實(shí)用的顯示接口以及我實(shí)測(cè)中踩過(guò)的幾個(gè)坑。不管你是剛?cè)腴T單片機(jī)還是想快速搭一個(gè)數(shù)碼管顯示功能照著做都能跑起來(lái)。1. 項(xiàng)目背景與模塊選型思路1.1 為什么用TM1637而不是直接驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管很多初學(xué)者看到數(shù)碼管第一反應(yīng)是“直接用單片機(jī)引腳點(diǎn)亮不就行了”。確實(shí)單個(gè)一位數(shù)碼管要顯示0到9至少需要8個(gè)段選引腳如果帶小數(shù)點(diǎn)就是8段再加上位選總引腳數(shù)一下就上去了。STM32F103雖然引腳多但如果你同時(shí)要接按鍵、傳感器、串口、PWM引腳根本不夠分而且動(dòng)態(tài)掃描還需要CPU不斷刷新處理其他事情時(shí)很容易導(dǎo)致顯示閃爍。TM1637這顆芯片最聰明的地方在于它把數(shù)碼管的段選和位選全部接管了單片機(jī)只需要兩根IO線——一個(gè)時(shí)鐘CLK一個(gè)數(shù)據(jù)DIO——就能控制4位甚至6位數(shù)碼管。內(nèi)部自帶顯存和譯碼電路你告訴它“第一位顯示5第二位顯示8”它自己完成動(dòng)態(tài)掃描CPU完全不用操心刷新頻率。對(duì)STM32F103來(lái)說(shuō)GPIO模擬兩根線的時(shí)序毫無(wú)壓力比用硬件I2C還省事。這顆芯片還有個(gè)細(xì)節(jié)值得說(shuō)它內(nèi)部集成了鍵盤掃描功能最多可以接8個(gè)按鍵。很多溫控器產(chǎn)品就是用一個(gè)TM1637同時(shí)搞定數(shù)碼管顯示和按鍵輸入PCB布線和單片機(jī)資源開(kāi)銷都省到極致。1.2 TM1637、74HC595、直接驅(qū)動(dòng)的取舍我做過(guò)的項(xiàng)目里數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)方案基本跑不出下面這幾種這里直接給結(jié)論方案占用引腳顯示位數(shù)CPU負(fù)擔(dān)成本適用場(chǎng)景單片機(jī)直接驅(qū)動(dòng)動(dòng)態(tài)掃描12~16個(gè)4~8位高需頻繁刷新最低引腳充裕、簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)74HC595串轉(zhuǎn)并3個(gè)8位以上中仍需動(dòng)態(tài)掃描很低數(shù)碼管位數(shù)多、要求低成本TM1637驅(qū)動(dòng)芯片2個(gè)4~6位極低芯片自動(dòng)掃描低4位數(shù)碼管、溫控器、桌面時(shí)鐘MAX7219驅(qū)動(dòng)芯片3個(gè)SPI接口8位極低較高8位以上顯示、需要亮度調(diào)節(jié)我的建議很明確如果只顯示4位數(shù)字TM1637是綜合體驗(yàn)最好的選擇模塊價(jià)格幾塊錢代碼量也不大。如果是做8位以上的大屏顯示或者需要精確控制某一位的單獨(dú)開(kāi)關(guān)那老老實(shí)實(shí)上74HC595或者M(jìn)AX7219。2. TM1637模塊工作原理與通信協(xié)議2.1 硬件結(jié)構(gòu)與時(shí)序基礎(chǔ)TM1637外觀上是個(gè)SOP20封裝的芯片市面上常見(jiàn)的四位數(shù)碼管模塊大多直接把芯片貼在一小塊PCB背面正面是共陰數(shù)碼管留出4個(gè)引腳VCC、GND、CLK、DIO。VCC我實(shí)測(cè)3.3V和5V都能正常工作STM32F103的IO輸出高電平是3.3VTM1637的邏輯高電平閾值大約2.0V所以直接用3.3V供電、用GPIO直連CLK和DIO沒(méi)有任何電平匹配問(wèn)題。這里有個(gè)非常關(guān)鍵的細(xì)節(jié)TM1637的DIO引腳不是純粹的雙向IO它是開(kāi)漏輸出結(jié)構(gòu)芯片內(nèi)部有上拉電阻但上拉能力比較弱。所以我們?cè)赟TM32F103初始化GPIO時(shí)DIO必須配置為開(kāi)漏輸出模式而且必須開(kāi)啟內(nèi)部上拉。提示如果你把DIO配置成推挽輸出通信大概率仍然能工作但一旦TM1637拉低DIO表示應(yīng)答時(shí)兩邊就會(huì)發(fā)生電平?jīng)_突輕則數(shù)據(jù)錯(cuò)亂重則長(zhǎng)期工作后GPIO口損壞。開(kāi)漏加外部上拉才是最穩(wěn)妥的做法。時(shí)序上TM1637是一種類I2C但不完全兼容I2C的協(xié)議。它的基本單位是8位數(shù)據(jù)從最低位開(kāi)始傳輸。CLK為高時(shí)DIO上的電平就是有效數(shù)據(jù)CLK下降沿寫入數(shù)據(jù)。每次傳輸8位之后第9個(gè)CLK時(shí)鐘周期用于應(yīng)答——注意這里的應(yīng)答是DIO被從機(jī)拉低跟I2C的應(yīng)答方向一致但電平極性稍有差異實(shí)際用的時(shí)候直接模擬“發(fā)完8位后釋放DIO檢測(cè)它是否為低電平”就能通過(guò)。我把完整時(shí)序歸納成下面幾個(gè)環(huán)節(jié)起始信號(hào)CLK高電平時(shí)DIO由高變低數(shù)據(jù)寫入每個(gè)CLK下降沿前先設(shè)置好DIO電平然后拉低CLK應(yīng)答檢測(cè)在第8個(gè)數(shù)據(jù)位之后釋放DIO產(chǎn)生第9個(gè)下降沿讀DIO是否被拉低停止信號(hào)CLK高電平時(shí)DIO由低變高2.2 命令格式與顯存映射TM1637的命令按其功能分成三類每一條都是單獨(dú)發(fā)送的一字節(jié)數(shù)據(jù)命令設(shè)置比如“寫數(shù)據(jù)到顯示寄存器”“讀按鍵掃描值”最常用的是0x40含義是自動(dòng)地址遞增方式寫顯存地址命令設(shè)置指定接下來(lái)從哪一位顯存開(kāi)始寫地址范圍是0xC0到0xC5對(duì)應(yīng)從左邊數(shù)第1位到第6位顯示控制命令高四位是固定1000接下來(lái)是亮度等級(jí)最低位是開(kāi)關(guān)控制。比如0x8F表示開(kāi)顯示且亮度最大0x88表示關(guān)顯示0x8A是亮度最低但保持顯示這里要注意一下很多模塊背面標(biāo)注的是4位數(shù)碼管這時(shí)有效地址只有0xC0到0xC3四個(gè)。但TM1637芯片最多支持6位所以如果你手上是6位模塊地址就可以寫到0xC5。數(shù)據(jù)寫入的流程是這樣的發(fā)送起始信號(hào)發(fā)送0x40告訴芯片“我要寫顯存”發(fā)送停止信號(hào)再次發(fā)送起始信號(hào)發(fā)送地址0xC0連續(xù)發(fā)送N個(gè)字節(jié)的段碼數(shù)據(jù)芯片內(nèi)部地址自動(dòng)遞增發(fā)送停止信號(hào)發(fā)送起始信號(hào)發(fā)送顯示控制命令比如0x8F發(fā)送停止信號(hào)很多人第一次寫代碼容易漏掉第8到第10步結(jié)果是數(shù)據(jù)全部寫進(jìn)顯存了但芯片顯示控制位還處于關(guān)閉狀態(tài)數(shù)碼管就是死活不亮。這個(gè)問(wèn)題我后面還會(huì)在問(wèn)題排查里專門提。3. STM32F103驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)3.1 引腳分配與GPIO初始化我的接線方案非常直接選用PA0和PA1這兩個(gè)引腳理由是它們默認(rèn)就是普通GPIO不涉及JTAG、串口下載、ADC等復(fù)用功能改起來(lái)不會(huì)影響調(diào)試器的連接。模塊引腳STM32F103引腳備注VCC3.3V模塊內(nèi)部邏輯供電與MCU同電源GNDGND共地必須保證CLKPA0推挽輸出DIOPA1開(kāi)漏輸出并啟用內(nèi)部上拉這里說(shuō)明一下為什么CLK用推挽而DIO用開(kāi)漏。CLK始終由單片機(jī)主動(dòng)驅(qū)動(dòng)方向不會(huì)變推挽輸出能提供更強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力上升沿更陡峭在長(zhǎng)線連接時(shí)抗干擾性更好。DIO需要雙向傳輸必須開(kāi)漏加外部上拉這是硬件層面決定的不是代碼習(xí)慣問(wèn)題。GPIO初始化代碼直接用標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫(kù)寫void TM1637_GPIO_Init(void) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); // CLK 推挽輸出 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin GPIO_Pin_0; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode GPIO_Mode_Out_PP; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOA, GPIO_InitStructure); // DIO 開(kāi)漏輸出內(nèi)部上拉 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin GPIO_Pin_1; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode GPIO_Mode_Out_OD; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOA, GPIO_InitStructure); GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0); // CLK 默認(rèn)高 GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_1); // DIO 默認(rèn)高釋放總線 }初始化完成之后DIO默認(rèn)狀態(tài)是高電平等于釋放了總線。接下來(lái)就可以寫底層時(shí)序函數(shù)了。我建議把時(shí)鐘延時(shí)放在GPIO翻轉(zhuǎn)之間而不是用死循環(huán)的delay()這樣代碼在不同主頻下都有更好的可移植性。我用的是SysTick微秒級(jí)延時(shí)函數(shù)STM32F103跑72MHz時(shí)每翻轉(zhuǎn)一次引腳之后延時(shí)5微秒就非常穩(wěn)定。這個(gè)速度不算快但絕對(duì)夠用數(shù)碼管刷新不需要高頻操作。3.2 用模擬時(shí)序?qū)崿F(xiàn)通信底層核心函數(shù)就四個(gè)起始信號(hào)、停止信號(hào)、寫一個(gè)字節(jié)并讀應(yīng)答、發(fā)送命令。我先把代碼放出來(lái)然后逐行解釋。#define TM1637_CLK_HIGH() GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0) #define TM1637_CLK_LOW() GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0) #define TM1637_DIO_HIGH() GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_1) #define TM1637_DIO_LOW() GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_1) static void TM1637_Delay(void) { delay_us(5); } void TM1637_Start(void) { TM1637_DIO_HIGH(); TM1637_CLK_HIGH(); TM1637_Delay(); TM1637_DIO_LOW(); TM1637_Delay(); TM1637_CLK_LOW(); TM1637_Delay(); } void TM1637_Stop(void) { TM1637_CLK_LOW(); TM1637_DIO_LOW(); TM1637_Delay(); TM1637_CLK_HIGH(); TM1637_Delay(); TM1637_DIO_HIGH(); TM1637_Delay(); } uint8_t TM1637_WriteByte(uint8_t data) { uint8_t i; uint8_t ack 0; for (i 0; i 8; i) { // 先拉低CLK再改變DIO避免數(shù)據(jù)在時(shí)鐘高電平時(shí)跳變 TM1637_CLK_LOW(); if (data 0x01) { TM1637_DIO_HIGH(); } else { TM1637_DIO_LOW(); } TM1637_Delay(); TM1637_CLK_HIGH(); TM1637_Delay(); data 1; } // 第9個(gè)時(shí)鐘釋放DIO讀取應(yīng)答 TM1637_CLK_LOW(); TM1637_Delay(); TM1637_DIO_HIGH(); // 釋放總線切換為輸入態(tài) TM1637_Delay(); TM1637_CLK_HIGH(); TM1637_Delay(); if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_1) 0) { ack 1; } else { ack 0; } TM1637_CLK_LOW(); TM1637_Delay(); return ack; }這個(gè)代碼里有幾個(gè)地方必須強(qiáng)調(diào)。第一寫數(shù)據(jù)之前必須先拉低CLK這時(shí)候DIO的變化不會(huì)被芯片誤判為起始信號(hào)因?yàn)槠鹗夹盘?hào)的判定條件是CLK高電平時(shí)DIO由高變低。第二數(shù)據(jù)是從最低位開(kāi)始發(fā)的所以if (data 0x01)然后右移這個(gè)順序千萬(wàn)別反了反了顯示出來(lái)的數(shù)字完全是亂的。第三第9個(gè)時(shí)鐘采樣應(yīng)答之前DIO要先釋放為高阻狀態(tài)然后才拉高CLK這樣才能在CLK高電平期間穩(wěn)定讀到DIO的電平。如果順序搞反可能在CLK上升沿瞬間DIO還沒(méi)被釋放讀到的永遠(yuǎn)是自己的高電平。有的模塊上TM1637沒(méi)有接應(yīng)答上拉電阻或者DIO開(kāi)漏后上拉不夠強(qiáng)的時(shí)候讀應(yīng)答可能不穩(wěn)定。處理方法是如果應(yīng)答檢測(cè)失敗可以不理會(huì)它繼續(xù)往下發(fā)數(shù)據(jù)。因?yàn)閷?shí)際工作中寫顯存很少出現(xiàn)尋址錯(cuò)誤只要時(shí)序?qū)?shù)據(jù)就能進(jìn)去。我在代碼里把應(yīng)答結(jié)果返回出來(lái)但上層調(diào)用時(shí)只做打印提示不阻塞流程。3.3 段碼表與顯示函數(shù)封裝TM1637內(nèi)部不負(fù)責(zé)把ASCII字符或數(shù)字轉(zhuǎn)換成段碼它只負(fù)責(zé)把顯存里的8位數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)到數(shù)碼管的a到g段和小數(shù)點(diǎn)。所以我們需要自己維護(hù)一張段碼表。共陰數(shù)碼管段碼表如下位序是從最低位開(kāi)始依次是a、b、c、d、e、f、g、dpconst uint8_t TM1637_SegTable[] { 0x3F, // 0 0x06, // 1 0x5B, // 2 0x4F, // 3 0x66, // 4 0x6D, // 5 0x7D, // 6 0x07, // 7 0x7F, // 8 0x6F, // 9 0x77, // A 0x7C, // b 0x39, // C 0x5E, // d 0x79, // E 0x71, // F 0x00, // 熄滅 0x80, // 小數(shù)點(diǎn) };為什么0是0x3F從最低位開(kāi)始a段1、b段1、c段1、d段1、e段1、f段1、g段0合起來(lái)就是0b00111111也就是0x3F。如果你手頭的數(shù)碼管是共陽(yáng)或者段序引腳不一致這個(gè)表要重新推導(dǎo)不要直接抄。接下來(lái)寫顯示函數(shù)。我的設(shè)計(jì)思路很簡(jiǎn)單調(diào)用方向某個(gè)位置寫入一個(gè)字符或數(shù)字底層自動(dòng)更新顯存。先封裝一個(gè)單字節(jié)寫顯存接口void TM1637_WriteData(uint8_t addr, uint8_t data) { TM1637_Start(); TM1637_WriteByte(0x40); // 數(shù)據(jù)命令自動(dòng)地址遞增寫顯存 TM1637_Stop(); TM1637_Start(); TM1637_WriteByte(0xC0 | addr); // 地址命令 TM1637_WriteByte(data); // 段碼數(shù)據(jù) TM1637_Stop(); TM1637_Start(); TM1637_WriteByte(0x8F); // 顯示控制開(kāi)顯示最大亮度 TM1637_Stop(); }有人可能會(huì)問(wèn)為什么不一次把所有位的數(shù)據(jù)連續(xù)寫完非要一位一位寫如果每次寫一位都發(fā)一遍0x40和0x8F效率確實(shí)低對(duì)數(shù)碼管這種低頻設(shè)備來(lái)說(shuō)1ms和10ms的差異根本看不出來(lái)所以怎么簡(jiǎn)潔怎么來(lái)。如果你有性能潔癖可以改成批量寫void TM1637_DisplayFull(uint8_t *seg_data, uint8_t len) { uint8_t i; TM1637_Start(); TM1637_WriteByte(0x40); TM1637_Stop(); TM1637_Start(); TM1637_WriteByte(0xC0); for (i 0; i len; i) { TM1637_WriteByte(seg_data[i]); } TM1637_Stop(); TM1637_Start(); TM1637_WriteByte(0x8F); TM1637_Stop(); }批量寫入方式的優(yōu)勢(shì)是只通過(guò)一次START和STOP就完成整段顯存更新中間地址自動(dòng)遞增不會(huì)出現(xiàn)多位數(shù)據(jù)之間閃爍的問(wèn)題。不過(guò)我在實(shí)際項(xiàng)目里更喜歡一個(gè)更直觀的接口直接傳入要顯示的4個(gè)數(shù)字和小數(shù)點(diǎn)標(biāo)志void TM1637_DisplayNumber(int16_t num, uint8_t dot_pos) { uint8_t buf[4]; uint8_t i; if (num 0) { num -num; buf[0] TM1637_SegTable[16]; // 負(fù)號(hào)我沒(méi)放進(jìn)去需要自己加 } buf[0] TM1637_SegTable[(num / 1000) % 10]; buf[1] TM1637_SegTable[(num / 100) % 10]; buf[2] TM1637_SegTable[(num / 10) % 10]; buf[3] TM1637_SegTable[num % 10]; if (dot_pos 4) { buf[dot_pos] | 0x80; // 加上小數(shù)點(diǎn)段 } TM1637_DisplayFull(buf, 4); }注意buf[dot_pos] | 0x80是把該位段碼的最高位置1這樣就在對(duì)應(yīng)數(shù)碼管上點(diǎn)亮小數(shù)點(diǎn)。如果你的溫控器需要顯示25.6這種格式就把小數(shù)點(diǎn)位設(shè)為1。3.4 擴(kuò)展功能時(shí)鐘顯示與按鍵掃描既然是做溫控器我順手把時(shí)鐘顯示也實(shí)現(xiàn)了。利用TM1637可以顯示4位數(shù)字的特點(diǎn)用HH:MM格式顯示時(shí)間冒號(hào)用一個(gè)特制的段碼點(diǎn)亮數(shù)碼管中間的兩個(gè)小數(shù)點(diǎn)。不過(guò)四位數(shù)碼管中間沒(méi)有冒號(hào)燈實(shí)際表現(xiàn)是第二位和第三位之間沒(méi)有分隔比較丑。更好的做法是直接用小數(shù)點(diǎn)當(dāng)冒號(hào)把dot_pos設(shè)為1讓第二位的小數(shù)點(diǎn)常亮模擬冒號(hào)效果。這是我實(shí)測(cè)下來(lái)顏值最高的方案。TM1637的按鍵掃描功能也很實(shí)用。芯片支持最多8個(gè)按鍵通過(guò)DIO讀取。掃描時(shí)序跟寫數(shù)據(jù)類似但需要發(fā)送0x42讀按鍵命令然后連續(xù)讀取兩個(gè)字節(jié)的按鍵狀態(tài)。硬件上按鍵一端接DIO另一端接GND或VCC不同接法讀到的鍵值不同。這一塊我在本文不多展開(kāi)后面如果大家有興趣我可以單獨(dú)寫一篇。4. 實(shí)測(cè)中遇到的坑與排查指南4.1 數(shù)碼管不亮或亮度異常的排查先說(shuō)最常見(jiàn)的情況代碼燒進(jìn)去了段碼也寫進(jìn)去了但數(shù)碼管就是不亮。我從實(shí)踐中總結(jié)了一個(gè)排查順序一步步來(lái)基本都能解決。第一步查供電。TM1637模塊的VCC必須和STM32F103共用一個(gè)電源域我見(jiàn)過(guò)有人在面包板上用電腦USB單獨(dú)給模塊供電結(jié)果兩邊GND沒(méi)接在一起導(dǎo)致通信電平完全無(wú)效。第二步測(cè)CLK和DIO的靜態(tài)電平正常情況下空閑時(shí)兩個(gè)引腳都應(yīng)該是高電平如果CLK是0V大概率是GPIO配置成開(kāi)漏并且沒(méi)開(kāi)上拉了。第三步量TM1637的VCC引腳如果模塊上自帶穩(wěn)壓芯片電壓應(yīng)該穩(wěn)定在3.3V或者5V。如果供電都正常但還是不亮那就要懷疑是不是忘了發(fā)顯示控制命令。很多人寫完數(shù)據(jù)命令和地址命令就結(jié)束了顯存里明明有數(shù)據(jù)芯片顯示控制寄存器卻是關(guān)閉狀態(tài)。顯示控制命令0x8F的最后一位必須是1如果是0x88無(wú)論顯存怎么寫都不會(huì)亮。還有一個(gè)亮度相關(guān)的坑。TM1637的亮度調(diào)節(jié)范圍是0x88到0x8F低三位表示亮度等級(jí)。實(shí)際測(cè)試下來(lái)亮度等級(jí)0和1在室內(nèi)光線下基本看不出來(lái)但功耗差別不小。如果你做低功耗設(shè)備可以把亮度等級(jí)設(shè)為1肉眼觀察依然清晰電流能省下幾百微安。4.2 顯示亂碼和數(shù)字錯(cuò)位的深層原因顯示亂碼比較常見(jiàn)的原因有三個(gè)我分別說(shuō)一下。第一個(gè)原因是段碼表不匹配。如果你手頭的數(shù)碼管段序跟我的表不一致顯示出來(lái)的字符就會(huì)亂掉。最簡(jiǎn)單的方法是寫一個(gè)自檢程序讓每一位依次點(diǎn)亮a到g和dp段觀察實(shí)際發(fā)光順序再反推段碼表。這個(gè)自檢代碼非常簡(jiǎn)單for (i 0; i 8; i) { seg 0x01 i; TM1637_WriteData(0, seg); delay_ms(300); }第二個(gè)原因是通信時(shí)序太快。很多STM32F103代碼是從Arduino移植過(guò)來(lái)的Arduino的digitalWrite本身就慢換成STM32后GPIO翻轉(zhuǎn)速度可能快了幾十倍時(shí)序余量不足就會(huì)隨機(jī)出錯(cuò)。解法很簡(jiǎn)單在兩個(gè)引腳翻轉(zhuǎn)之間加3到5微秒延時(shí)把速度降下來(lái)。TM1637芯片本身就不是高規(guī)格器件給它一點(diǎn)余量。第三個(gè)原因是我實(shí)際遇到的一個(gè)很詭異的現(xiàn)象明明寫的是0xC0開(kāi)始的首地址但顯示內(nèi)容整體偏移了一位。排查后發(fā)現(xiàn)是DIO引腳在讀取應(yīng)答時(shí)切換輸入輸出狀態(tài)沒(méi)切干凈導(dǎo)致第9個(gè)時(shí)鐘的應(yīng)答位實(shí)際影響了下一次數(shù)據(jù)寫入。解決方法是每次TM1637_WriteByte結(jié)束時(shí)顯式把DIO設(shè)置為輸出高電平確?？偩€回到確定狀態(tài)。我建一個(gè)常見(jiàn)問(wèn)題速查表方便收藏現(xiàn)象可能原因處理辦法完全不亮未發(fā)送顯示控制命令寫入0x8F開(kāi)顯示完全不亮通信線接反CLK和DIO交換檢查接線按順序單色亮測(cè)試完全不亮模塊供電電壓異常檢查VCC與GND與MCU共地?cái)?shù)字亂碼段碼表不匹配用自檢程序反推段碼數(shù)字亂碼時(shí)序過(guò)快引腳翻轉(zhuǎn)間加延時(shí)亮度不均勻某一位接觸不良重新插拔或補(bǔ)焊對(duì)應(yīng)位顯示內(nèi)容錯(cuò)位應(yīng)答檢測(cè)干擾總線狀態(tài)寫完后強(qiáng)制DIO輸出高4.3 硬件連接上的注意事項(xiàng)TM1637模塊和STM32F103之間連線盡量短我測(cè)試過(guò)超過(guò)20厘米的杜邦線在72MHz主頻下會(huì)出現(xiàn)偶發(fā)通信失敗縮短到10厘米以內(nèi)就穩(wěn)定了。如果你必須長(zhǎng)距離走線可以把CLK和DIO的驅(qū)動(dòng)速度降下來(lái)延時(shí)從5微秒加大到20微秒犧牲一點(diǎn)刷新率換穩(wěn)定性。模塊供電建議單獨(dú)對(duì)VCC腳加一個(gè)0.1微法去耦電容位置越靠近模塊越好。如果模塊和STM32F103之間還有其他大功率負(fù)載比如繼電器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)一定要在電源入口做好濾波否則數(shù)碼管顯示會(huì)出現(xiàn)亮度抖動(dòng)的現(xiàn)象。我懷疑這跟TM1637內(nèi)部上電時(shí)序和電源紋波有關(guān)實(shí)測(cè)加電容后問(wèn)題明顯改善。還有一點(diǎn)STM32F103開(kāi)發(fā)板上如果接到了5V的VIN引腳而模塊VCC接到了3.3V兩邊電平不一樣需要仔細(xì)確認(rèn)。我上面用的方案是模塊VCC接3.3VCLK和DIO直連沒(méi)有任何電平轉(zhuǎn)換問(wèn)題。如果你手頭只有5V供電的TM1637模塊那需要確認(rèn)模塊上的電平轉(zhuǎn)換電路是否存在否則最好用兩個(gè)電阻分壓或者加一個(gè)電平轉(zhuǎn)換芯片。5. 實(shí)操過(guò)程與完整例程5.1 從接線到跑通的完整流程我把自己調(diào)試的完整流程記錄在這里照著做基本一次點(diǎn)亮。第一步準(zhǔn)備器材。STM32F103最小系統(tǒng)板一塊、TM1637四位數(shù)碼管模塊一個(gè)、面包板一塊、杜邦線四根。我用的是國(guó)產(chǎn)最小系統(tǒng)板STM32F103C8T6主頻72MHz標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫(kù)工程。第二步接線。按前面表格把模塊引腳和STM32F103連好。VCC接3.3VGND接GNDCLK接PA0DIO接PA1。建議先接電源再接信號(hào)線避免插拔信號(hào)線時(shí)產(chǎn)生瞬態(tài)電平損壞GPIO。第三步創(chuàng)建工程。新建一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫(kù)工程把system_stm32f10x.c和TM1637.c加進(jìn)去。main函數(shù)里先初始化systick再調(diào)用TM1637_GPIO_Init最后循環(huán)顯示一組數(shù)字。第四步燒錄驗(yàn)證。我把完整main函數(shù)貼出來(lái)方便直接測(cè)試#include stm32f10x.h #include delay.h #include TM1637.h int main(void) { uint8_t i; uint8_t test_data[4]; Delay_Init(); TM1637_GPIO_Init(); // 開(kāi)機(jī)自檢依次顯示0到9 for (i 0; i 10; i) { test_data[0] TM1637_SegTable[i]; test_data[1] TM1637_SegTable[9 - i]; test_data[2] TM1637_SegTable[i]; test_data[3] TM1637_SegTable[9 - i]; TM1637_DisplayFull(test_data, 4); Delay_Ms(200); } // 正式顯示1234 test_data[0] TM1637_SegTable[1]; test_data[1] TM1637_SegTable[2]; test_data[2] TM1637_SegTable[3]; test_data[3] TM1637_SegTable[4]; TM1637_DisplayFull(test_data, 4); while (1) { } }第五步觀察現(xiàn)象。正常情況是數(shù)碼管自檢階段依次顯示0到9的交替組合最后穩(wěn)定顯示1234。如果亂碼、偏移或者不亮參考上一節(jié)的排查表。5.2 代碼工程化的一些建議如果你不只是做個(gè)實(shí)驗(yàn)而是要做正式產(chǎn)品代碼結(jié)構(gòu)需要調(diào)整。我把TM1637的驅(qū)動(dòng)單獨(dú)封裝成TM1637.c和TM1637.h對(duì)外只暴露四個(gè)函數(shù)TM1637_Init、TM1637_DisplayNumber、TM1637_DisplayString、TM1637_SetBrightness。上層應(yīng)用完全不關(guān)心TM1637的時(shí)序細(xì)節(jié)想換顯示模塊的時(shí)候只改驅(qū)動(dòng)層不用動(dòng)業(yè)務(wù)邏輯。TM1637.h內(nèi)容如下#ifndef __TM1637_H #define __TM1637_H #include stm32f10x.h #define TM1637_ADDR_START 0xC0 #define TM1637_CMD_DATA 0x40 #define TM1637_CMD_CTRL 0x8F void TM1637_GPIO_Init(void); void TM1637_DisplayNumber(int16_t num, uint8_t dot_pos); void TM1637_DisplayString(const char *str); void TM1637_SetBrightness(uint8_t brightness); #endifTM1637_DisplayString可以用來(lái)顯示“8888”“HELP”“OFFS”這類簡(jiǎn)單字符我通常用它做故障提示。比如傳感器讀取異常時(shí)顯示“Err”比看串口日志直觀得多。5.3 在FreeRTOS里使用TM1637的注意點(diǎn)最近幫人移植了一個(gè)FreeRTOS的溫控工程里面也用了TM1637。這種情況下要特別小心一個(gè)坑模擬時(shí)序函數(shù)如果被打斷顯示數(shù)據(jù)會(huì)損壞。假設(shè)高優(yōu)先級(jí)任務(wù)正在執(zhí)行TM1637的數(shù)據(jù)寫入突然被定時(shí)器任務(wù)搶占時(shí)鐘線停在半中間等一會(huì)兒高優(yōu)先級(jí)任務(wù)回來(lái)后繼續(xù)翻轉(zhuǎn)引腳TM1637可能已經(jīng)把中間狀態(tài)誤判成停止或起始信號(hào)最終顯示亂碼。解決辦法有兩個(gè)方向。第一個(gè)是給TM1637驅(qū)動(dòng)加臨界區(qū)保護(hù)在TM1637_Start和TM1637_Stop之間關(guān)中斷。代碼很簡(jiǎn)單void TM1637_DisplayNumber(int16_t num, uint8_t dot_pos) { __disable_irq(); // 計(jì)算段碼并寫入 __enable_irq(); }但是要控制臨界區(qū)時(shí)間不能太長(zhǎng)。我的實(shí)測(cè)值是顯示4位數(shù)字完整寫入需要大約1毫秒這個(gè)時(shí)間對(duì)絕大多數(shù)實(shí)時(shí)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)都可以接受但如果系統(tǒng)里有對(duì)時(shí)序要求極高的外設(shè)比如1ms中斷的PWM控制你就要小心了。第二個(gè)方案是做一個(gè)顯存緩沖區(qū)和刷新任務(wù)顯示刷新由低優(yōu)先級(jí)任務(wù)周期執(zhí)行其他任務(wù)只修改緩沖區(qū)不直接操作IO。這個(gè)方案更優(yōu)雅也是產(chǎn)品級(jí)的做法。底層顯示任務(wù)每次獲取緩沖區(qū)快照后用一個(gè)完整的不被打斷的時(shí)序把數(shù)據(jù)刷到TM1637。優(yōu)先級(jí)怎么設(shè)置我建議刷新任務(wù)優(yōu)先級(jí)設(shè)在中等偏下因?yàn)閿?shù)碼管顯示偶爾延遲幾十毫秒用戶根本感知不到但高優(yōu)先級(jí)任務(wù)被搶占了可能導(dǎo)致控制邏輯抖動(dòng)。實(shí)際項(xiàng)目中我把顯示任務(wù)放在osPriorityLow控制任務(wù)放在osPriorityHigh跑了一整晚沒(méi)出現(xiàn)顯示異常。6. 個(gè)人實(shí)操中的一些體會(huì)這段時(shí)間反復(fù)調(diào)TM1637有幾個(gè)體會(huì)特別想分享。第一很多單片機(jī)通信問(wèn)題都不是協(xié)議太復(fù)雜而是電平狀態(tài)沒(méi)搞對(duì)。TM1637的DIO要求開(kāi)漏加上拉和標(biāo)準(zhǔn)I2C的SDA思路一模一樣把這個(gè)細(xì)節(jié)刻在腦子里以后遇到任何開(kāi)漏總線都不會(huì)犯低級(jí)錯(cuò)誤。第二調(diào)試數(shù)碼管顯示時(shí)不要一上來(lái)就寫完整業(yè)務(wù)邏輯先用一個(gè)固定數(shù)據(jù)自檢確認(rèn)硬件通路沒(méi)問(wèn)題再往上疊代碼排錯(cuò)效率高得多。另外我建議有條件的備一個(gè)邏輯分析儀哪怕是二三十塊錢的簡(jiǎn)易版也行?？床ㄐ文苤苯哟_認(rèn)起始信號(hào)、數(shù)據(jù)位、應(yīng)答位是不是符合預(yù)期比人眼盯著數(shù)碼管猜亂碼原因快得多。我之前有一次通訊時(shí)好時(shí)壞用邏輯分析儀一看才發(fā)現(xiàn)是CLK下降沿之后DIO還沒(méi)穩(wěn)定時(shí)序窗口太窄加延時(shí)后立刻解決。TM1637作為一顆老芯片性能和功能談不上驚艷但穩(wěn)定、便宜、資料多在溫控器、儀表、家電面板這些對(duì)成本敏感的領(lǐng)域依然活躍。STM32F103驅(qū)動(dòng)它代碼量很小哪怕新手跟著這篇文章操作大概一晚上也能跑通。以后再做顯示功能時(shí)我推薦你在預(yù)算和引腳都寬裕時(shí)試試OLED在追求簡(jiǎn)單實(shí)用時(shí)直接選TM1637兩者各有各的用武之地。