TM1652段码屏芯片全解析——概况，性能，MCU连接，样例代码

news2024/9/20 22:51:38

首先，作为四年前就有的LED段码控制芯片，相关的资料及样例程序少的可怜。硬件驱动 作为固定使用的 软件资源，其共享性远低于软件领域的驱动库。人的才智不应浪费在这种不具创造性的重复实验上。

要点总结：

TM1652概述：

在这里插入图片描述

数据：
TM1652是一款共阴LED（发光二极管、数码管、点阵屏）驱动控制专用芯片。内部集成了数字通讯电路、震荡器、LED驱动电路等。显示模式（7段×6位，8段×5位），可调节屏幕亮度（位占空比16级可调、段驱动电流8级可调）。

供电：
供电电压3V~6V；数据接口电压可5V或3.3V(不同供电系统可对接，但尽量避免)。

功能：
支持共阴数码管显示；7段×6位，8段×5位数码管显示；辉度调节电路（位占空比16级可调、段驱动电流8级可调）；内置上电复位电路；内置针对暗亮问题的优化电路。

连接：
采用单线SDA控制，可使用UART的TX端口控制，也可使用普通GPIO模拟UART的TX端口控制，支持波特率19200bps（即，每位数据52us）。

TM1652引脚说明：

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TM1652电气特性：

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TM1652 MCU连接：

连接时确定好各段的abcd…的位置连接，方便进行代码控制。（SG1连a；SG2连b；…）

7段x6位电路接法

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8段x5位电路接法

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应用时请在芯片 VDD 与 GND 加一个 104（100nf） 去耦电容。去耦电容与芯片 VDD 和 GND 之间的连线越短，去耦效果就越好，芯片工作就越稳定。

TM1652通信协议

通讯帧结构：

采用异步串口通信（UART）协议，工作原理是将传输数据的每个字符以串行方式一位接一位
的传输。工作模式：
在这里插入图片描述
1、每一位时间为52us
2、起始位（1bit）：表示传输数据的开始，由高变低进行表示
3、数据位（8bit）：8位数据位，低位在前，二进制数据为1设高，为0设低
4、校验位（1bit）：统计数据位中1的个数，为奇数个设低（0），为偶数个设高（1）–（奇校验）
5、停止位（1bit）：设高，发送完一个字符数据的结束标志
6、空闲位（1bit）：设高，空闲位置高的时间大于 3ms，TM1652 就认为本次数据帧结束，本次数据从暂存器打入相应寄存器开始控制芯片输出。如果一帧数据传输没有结束，那么建议设置空闲位时间范围在
0-0.5ms 以内。

注意：提前说明一个概念，TM1652的数据帧包含两部分，显示帧数据和控制帧数据，空闲位在这两个数据帧之间发挥作用。在测试时，如果数据发送是正常的，不能点亮，一般是数据帧异常导致的。包括（1、数据帧不完整；2、数据帧空闲位时间长度不够；）

==波特率：==是衡量数据传输速率的指针。表示为每秒钟传送的二进制位数（bit 数）。TM1652 支持波特率范围为：17500bps～21200bps，这里我们建议用 19200bps 即每位的时间为：1s（秒）/19200≈ 52us（微秒）。TM1652 支持的每位的时间范围为：47us～57us。在用 IO 模拟 UART 通讯时候，SDA 数据的位宽应该满足提供的位宽范围即47us～57us。

TM1652帧数据结构：

注意：TM1652帧数据并非普通意义的数据帧，而是TM1652控制命令的最小单元，它包含两种形式
⑴ 显示地址命令+显示数据；（显示帧数据）
⑵ 显示控制命令+显示控制调节命令；（控制帧数据）
要想把TM1652点亮，据需要完整的发送显示帧数据和控制帧数据。

显示地址命令级显示控制命令格式：（显示地址命令控制显示的位号，显示控制命令控制显示的亮度和显示模式）

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具体位号对应命令：
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显示数据格式：（控制从显示地址命令设定的位开始显示的该位的a、b、c…段号的亮灭）

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显示控制调节命令格式：（控制命令+控制调节命令组成控制帧数据，控制数据用于调节显示亮度与显示方式每一次显示帧数据的发送，都要跟上控制帧数据才能生效）

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TM1652显示控制

帧数据发送顺序：

首先如果先发控制帧数据（开显示），显示寄存器没有清零，此时就会输出显示寄存器里面的随机数据，导致数码管显示乱码。因此要先发显示帧数据，再发控制帧数据（开显示）避免乱码。
由于数码管有多位，因此一个显示地址命令可以跟多个byte显示数据。后续 byte数据按地址累加 1 放入相应暂存器中。数据超出地址的部分无效。

显示数据：

在这里插入图片描述
上图给出共阴数码管的连接示意图，如果让该数码管显示“0”，则需要在GR1为低电平时置SG1，
SG2，SG3，SG4，SG5，SG6为高电平，置SG7，SG8为低电平
在这里插入图片描述
即显示数据为0b00111111=0x3f

数据包传输方式：（显示帧数据+控制帧数据=数据包）

1、地址自动加1模式（上面介绍了多个显示数据会自动放入地址加1的寄存器中）
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这就是一条完整的TM1652命令了，可以控制TM1652显示。

Command1：选择显示地址命令（0x08）
Data1~Data n：发送显示数据（1byte数据为1位，最多支持6位）
Time：数据线置高时间（最小时间为3ms）就是上面的空闲位，分割显示帧数据和控制帧数据
CommandX：选择显示控制命令（0x18）
CommandY：发送显示控制调节命令（包括位占空比、段驱动电流以及显示模式设置）

2、固定地址模式（对每一个数据发送一个地址）
在这里插入图片描述
这也是一条完整的TM1652命令，可以控制TM1652显示。

Command1–Command n：选择显示地址命令（0x08：位号1；0x88：位号2…）
Data1~Data n：发送显示数据（最多6 bytes）
Time：数据线置高时间（最小时间为3ms）就是上面的空闲位，分割显示帧数据和控制帧数据
CommandX：发送显示控制命令（0x18）
CommandY：发送显示控制调节命令（包括位占空比、段驱动电流以及显示模式设置）
可以看到固定地址模式每个显示帧数据都需要至少间隔3ms，不推荐（官方说明芯片严格来说只有一种地
址自动加1模式，间隔只是分离了操作）

举例说明：

1、地址自动加1模式

发送命令：08 3F 06 5B 4F FF
间隔5ms：delay_ms(5)
发送命令：18 18

0x08：GR1地址
0x3F ：GR1数据0
0x06 ：GR2数据1
0x5B ：GR3数据2
0x4F ：GR4数据3
0xFF ：GR5数据8.
0x18 ：显示控制命令
0x18 ：设置占空比为 8/16，设置段驱动电流为 2/8，设置 8 段 5 位输出

TM1652串口调试助手测试

使用串口调试助手就可以测试驱动TM1652。
将USB转TTL的供电连接TM1652的供电（3.3V或5V均可），其次将TXD连接TM1652的SDA引脚。
1、打开串口调试助手 V5.0.2.12 免费版
2、选择串口号，波特率，校验位，数据位。停止位。并打开串口
3、接收及发送设置选择HEX，其他不选。
4、先发送显示帧数据 08 3F 06 5B 4F FF
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5、再发送控制帧数据 18 18
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6、手输即可，间隔超过3ms即可。显示效果展示：
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TM1652样例代码(基于HC32L130）

串口调试助手已经测过串口控制方式，下面代码使用GPIO模拟方式进行控制。使用任意GPIO即可。
tm1652.h文件

#ifndef __TM1652_H__
#define __TM1652_H__

#include "ddl.h"
#include "gpio.h"

//TM1652 GPIO定义
#define TM1652_SDA_PORT				GpioPortA
#define	TM1652_SDA_PIN				GpioPin2

void delay_52us(uint32_t u32Cnt);
void tm1652_init(void);
void tm1652_send(uint8_t data);
uint8_t tm1652_transform(uint8_t showChar) ;
void tm1652_show_updata(uint8_t char1, uint8_t char2, uint8_t char3, uint8_t char4, uint8_t char5);

#endif /* __TM1652_H__ */

tm1652.c文件（52us使用软定时，方便引用，如有精确定时可替换）

#include "tm1652.h"文件

//TM1652显示控制调节命令
//位驱动占空比8/16，段驱动电流2/8，显示模式8段5位输出
uint8_t tm1652ShowMode=0x18;

#define TM1652_SDA_PIN_LOW 		Gpio_ClrIO(TM1652_SDA_PORT,TM1652_SDA_PIN);
#define TM1652_SDA_PIN_HIGH 	Gpio_SetIO(TM1652_SDA_PORT,TM1652_SDA_PIN);

//延时取27为4MHz的取值，delay_52us(x)延时时长约52us
//若使用ddl库中的delay1us()函数则不能取到，delay1us(0)的延时时间超过59us
uint32_t x = 27;

//一个while循环大约5个时钟周期，一个时钟周期271ns
//进入退出循环大约8个时钟周期
//加上函数调用大约15个时钟周期
//一个时钟周期271ns
void delay_52us(uint32_t u32Cnt)
{
		//while一次循环约1.25us
		//一次函数调用约4.2us
		while(u32Cnt--);
} 

//TM1652GPIO初始化
void tm1652_init(void) 
{
		stc_gpio_cfg_t 	GpioInitStruct;
		DDL_ZERO_STRUCT(GpioInitStruct);
		///<使能GPIO外设时钟门控开关
    Sysctrl_SetPeripheralGate(SysctrlPeripheralGpio,TRUE);

		///<配置SDA引脚输出模式
    GpioInitStruct.enDir = GpioDirOut;
		GpioInitStruct.enDrv = GpioDrvL;//低驱动
		///<配置SDA引脚上拉
		GpioInitStruct.enPu = GpioPuEnable;
		GpioInitStruct.enPd = GpioPdDisable;

    Gpio_Init(TM1652_SDA_PORT,TM1652_SDA_PIN,&GpioInitStruct); 
}

//向TM1652发送1byte数据
void tm1652_send(uint8_t data)
{
		uint8_t nBit=0;
		uint8_t fParity =0;
		
		TM1652_SDA_PIN_LOW
		delay_52us(x);

		for(nBit=0; nBit<8; nBit++)
		{
				if(data&0x01)
				{
						fParity ++;
						TM1652_SDA_PIN_HIGH
				}
				else
				{
						TM1652_SDA_PIN_LOW
				}
				delay_52us(x);
				data>>=1;
		}

		if(fParity%2==0)
		{
				TM1652_SDA_PIN_HIGH
		}
		else
		{
				TM1652_SDA_PIN_LOW
		}
		        
		delay_52us(x);
		TM1652_SDA_PIN_HIGH        
		delay_52us(x);
		delay_52us(x);
}

//数码管显示字符对应显示数据转换
uint8_t tm1652_transform(uint8_t showChar) 
{
		uint8_t data = 0xff;
		switch(showChar)
		{
				case '0':		data = 0x3F;	break;	// 0
				case '1':		data = 0x06;	break;	// 1
				case '2':		data = 0x5B;	break;	// 2
				case '3':		data = 0x4F;	break;	// 3
				case '4':		data = 0x66;	break;	// 4
				case '5':		data = 0x6D;	break;	// 5
				case '6':		data = 0x7D;	break;	// 6
				case '7':		data = 0x07;	break;	// 7
				case '8':		data = 0x7F;	break;	// 8
				case '9':		data = 0x6F;	break;	// 9
				case 'A':		data = 0x77;	break;	// A
				case 'B':		data = 0x7C;	break;	// B
				case 'C':		data = 0x39;	break;	// C
				case 'D':		data = 0x5E;	break;	// D
				case 'E':		data = 0x79;	break;	// E
				case 'F':		data = 0x71;	break;	// F
		}
		return data;
};

//TM652 5位数码管显示字符更新函数
void tm1652_show_updata(uint8_t char1, uint8_t char2, uint8_t char3, uint8_t char4, uint8_t char5)
{
		//显示帧数据
		tm1652_send(0x08);
		tm1652_send(tm1652_transform(char1));
		tm1652_send(tm1652_transform(char2));
		tm1652_send(tm1652_transform(char3));
		tm1652_send(tm1652_transform(char4));
		tm1652_send(tm1652_transform(char5));
		//命令间隔
		delay1ms(3);
		//控制帧数据
		tm1652_send(0x18);
		tm1652_send(tm1652ShowMode);
}

main.c文件

#include "gpio.h"
#include "ddl.h"
#include "tm1652.h"

int main(void)
{
		tm1652_init();

		while(1)
		{
				tm1652_show_updata('1','2','3','4','5');
				delay1ms(1000);
		}
}

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