一种基于TM1638的智能仪表键盘显示电路设计

对于智能仪表人机交互化实现媒介，我们通常使用LCD液晶或者LED数码管来作为显示器件。其中LCD价格比较昂贵，醒目程度较低,可视角度也比较小；而LED数码管亮度高，更醒目，而且价格低，因此,LED数码管具有更好的性价比。但是，若采用一般的显示方案，其所用元器件多而且复杂，系统可靠性低，成本较大。而若选用价格低廉的键盘显示驱动芯片TM1638,那么只需3根线就可与单片机（MCU）相连接，而且占用单片机（MCU）的I/O口资源少,硬件连接简单，可靠性高。

1  硬件电路设计

1.1  TM1638芯片介绍

TM1638是带键盘扫描接口的LED驱动控制专用芯片。该芯片内部集成MCU数字接口、数据锁存器、LED高压驱动和键盘扫描等电路。TM1638可以同时驱动8个共阴极数码管，可扫描24个矩阵式按键。

TM1638芯片的逻辑电源电压为5V±10%,SEG1〜10为P管开漏输出，在使用时只能接LED的阳极，驱动输出电流最大为一50mA。GRID1〜8为N管开漏输出，只能接LED的阴极，最大驱动输出电流为+200mA。驱动数码管时，不需再加电阻限流，可通过改变显示控制命令的后三位数来改变显示亮度。

1.2  键盘和显示主电路设计

图1所示是笔者给出的实用智能仪表键盘显示电路原理图，其中的键盘和显示驱动芯片为TM1638,显示部分为2片4位一体共阴极数码管，键盘部分为9个按钮（也可以扩成24个）。控制芯片为STC11F02,该芯片是单时钟/机器周期（1T）的单片机，指令代码完全兼容8051,但速度比8051快8〜12倍。内部集成了高可靠复位电路，主要针对高速通信，智能控制和强干扰场合的应用。

在图1中,TM1638与STC11F02单片机相连只需用到单片机的3个I/O口，因而可大大减少占用单片机的I/O口资源。TM1638芯片可直接驱动数码管，也可直接接按钮，而不需再加上拉电阻或限流电阻,整个电路用到的电子元器件很少,而且结构简单，可靠性强，成本低。

TM1638的SEG1—SEG10引脚是显示和按键扫描复用的，若系统要用到组合键时，可以在硬件上将需要同时按下的键设置在不同的K线上;但同一个K与不同的SEG引脚不能做成组合键使用。

2  软件设计

2.1  显示单元

TM1638内部带有显示寄存器，该显示寄存器存储通过串行接口从MCU接收显示的数据，该TM1638显示寄存器地址从00H-0FH共16字节单元，在写LED显示数据时，一般从显示地址的低位到高位，并从数据字节的低位到高位进行操作。

2.2 显示和扫描按键单元

读键时，先发读键命令，开始读取按键数据BYTE1-BYTE4字节，读数据从低位开始输出；TM1638芯片的K和KS引脚对应的按键按下时，相对应的字节内的BIT位为1。DIO口输出数据为N管开漏输出，在读键的时候，需要外接1〜10k。的上拉电阻。DIO在时钟的下降沿控制N管动作，但此时读数时可能不稳定，只有在时钟的上升沿读数才是稳定的。

单片机向TM1638发送显示数据时，在第一个STB片选信号后发送的是命令，写完命令后才能发送要显示的数据。单片机读按键时，先给TM1638发送读按键命令42H,然后等待一个最小等待时间（最小13）后，再读取按键数据。读取和接受1个比特都在时钟的上升沿操作。其操作代码如下：

发送数据子程序

Send_data:

MOV  A,R0

CLR  STB

MOV  R7,#8H

DLL2： CLR  CLK

RRC  A

MOV  DIO,C

SETB  CLK

DJNZ  R7,DLL2

RET

读数据子程序

Read_data:

SETB  DIO

CLR  STB

MOV  R7,#8H

NEXT1：  CLR  CLK

MOVC,DIO

RLC  A

SETB  CLK

DJNZ  R7,NEXT1

RET

图2所示是显示和扫描按键的程序流程图。

3  结语

TM1638作为键盘及显示管理器件与单片机或其他微处理器相连接时,无论是硬件接口还是软件编程都非常简单。更重要的是,TM1638价格低廉，整个硬件成本很低，而且结构简单，功能强大、通用性强。可驱动8个数码管，并可扫描24个矩阵式按键,完全能满足大多数智能化仪表人机交互功能的要求。目前，笔者已将TM1638应用在所设计的产品当中，并取得了满意的效果。