C++趣味编程玩转物联网：用树莓派Pico控制四位数码管

news2024/11/29 3:37:32

数码管是一种常用的数字显示器件，广泛应用于电子时钟、记分牌和智能设备显示界面。在本项目中，我们将通过树莓派Pico板控制一个四位数码管模块，展示从 0000 到 9999 的数字动态显示。这不仅是一次硬件和软件结合的实践，还可以帮助初学者深入理解嵌入式系统中的显示技术。

项目背景与目标

四位数码管模块因其价格低廉、显示清晰而被广泛使用。通过这个项目，学习者将掌握以下知识：

数码管的基本原理与硬件结构。
TM1650芯片的工作方式及其在数码管控制中的应用。
使用树莓派Pico与Arduino编程实现动态数字显示。

项目所需元件

树莓派Pico开发板 × 1
树莓派Pico扩展板 × 1
四位数码管模块（TM1650驱动芯片） × 1
4P 转杜邦线 × 1
USB数据线 × 1

硬件知识：TM1650四位数码管

TM1650的特性

TM1650是一款用于驱动四位共阳数码管的芯片，具备以下特性：

支持2线制通信（CLK和DIO），简化了电路连接。
兼容3.3V和5V电平，适合多种微控制器平台。
支持亮度调节和点阵显示，功能丰富。

模块规格

工作电压：DC 3.3V-5V
最大电流：100mA
最大功率：0.5W

模块原理

TM1650通过CLK（时钟）和DIO（数据）与主控芯片通信，发送控制信号，实现数码管的段选与位选操作。

电路连接与TM1650库配置

电路连接

CLK引脚（时钟信号）：连接至树莓派Pico的GP21。
DIO引脚（数据信号）：连接至树莓派Pico的GP20。
VCC与GND：分别连接至树莓派Pico的电源引脚（3.3V和GND）。

电路图

连线图

TM1650库的安装

在Arduino IDE中添加TM1650库以简化驱动代码：

点击“项目” > “加载库” > “添加 .ZIP 库”。
导入 TM1650.ZIP 文件，完成库的安装。

核心代码实现

以下代码实现了四位数码管从 0000 到 9999 的动态显示：

#include "TM1650.h"

const int CLK = 21;    // 时钟引脚
const int DIO = 20;    // 数据引脚

TM1650 DigitalTube(CLK, DIO);

void setup() {
  // 设置亮度 (0 到 7，默认值为2)
  // DigitalTube.setBrightness(2); 
  // 开启显示
  DigitalTube.displayOnOFF(1); // 1=打开, 0=关闭

  // 清除所有位数据
  for (char b = 1; b < 5; b++) {
    DigitalTube.clearBit(b);
  }
}

void loop() {
  for (int num = 0; num < 10000; num++) {
    int thousands = (num / 1000) % 10;
    int hundreds = (num / 100) % 10;
    int tens = (num / 10) % 10;
    int units = num % 10;

    // 显示每一位的数字
    DigitalTube.displayBit(1, thousands);
    DigitalTube.displayBit(2, hundreds);
    DigitalTube.displayBit(3, tens);
    DigitalTube.displayBit(4, units);

    delay(500); // 每次更新延时500ms
  }
}

代码解析

库初始化
- TM1650 DigitalTube(CLK, DIO)：通过时钟与数据引脚初始化TM1650芯片。
清除与亮度设置
- DigitalTube.clearBit(b)：清除指定位的数据。
- DigitalTube.setBrightness(2)：设置亮度级别，0为最暗，7为最亮。
数字显示
- 使用 DigitalTube.displayBit() 指定每个位的数字值。
动态显示逻辑
- 通过取模与整除操作分解整数的每个位数字，实现 0000 至 9999 的逐次递增显示。