對于智能儀表人機(jī)交互化實現(xiàn)媒介，我們通常使用LCD液晶或者LED數(shù)碼管來作為顯示器件。其中LCD價格比較昂貴，醒目程度較低,可視角度也比較??；而LED數(shù)碼管亮度高，更醒目，而且價格低，因此,LED數(shù)碼管具有更好的性價比。但是，若采用一般的顯示方案，其所用元器件多而且復(fù)雜，系統(tǒng)可靠性低，成本較大。而若選用價格低廉的鍵盤顯示驅(qū)動芯片TM1638,那么只需3根線就可與單片機(jī)（MCU）相連接，而且占用單片機(jī)（MCU）的I/O口資源少,硬件連接簡單，可靠性高。

1  硬件電路設(shè)計

1.1  TM1638芯片介紹

TM1638是帶鍵盤掃描接口的LED驅(qū)動控制專用芯片。該芯片內(nèi)部集成MCU數(shù)字接口、數(shù)據(jù)鎖存器、LED高壓驅(qū)動和鍵盤掃描等電路。TM1638可以同時驅(qū)動8個共陰極數(shù)碼管，可掃描24個矩陣式按鍵。

TM1638芯片的邏輯電源電壓為5V±10%,SEG1?10為P管開漏輸出，在使用時只能接LED的陽極，驅(qū)動輸出電流最大為一50mA。GRID1?8為N管開漏輸出，只能接LED的陰極，最大驅(qū)動輸出電流為+200mA。驅(qū)動數(shù)碼管時，不需再加電阻限流，可通過改變顯示控制命令的后三位數(shù)來改變顯示亮度。

1.2  鍵盤和顯示主電路設(shè)計

圖1所示是筆者給出的實用智能儀表鍵盤顯示電路原理圖，其中的鍵盤和顯示驅(qū)動芯片為TM1638,顯示部分為2片4位一體共陰極數(shù)碼管，鍵盤部分為9個按鈕（也可以擴(kuò)成24個）?？刂菩酒瑸镾TC11F02,該芯片是單時鐘/機(jī)器周期（1T）的單片機(jī)，指令代碼完全兼容8051,但速度比8051快8?12倍。內(nèi)部集成了高可靠復(fù)位電路，主要針對高速通信，智能控制和強(qiáng)干擾場合的應(yīng)用。

在圖1中,TM1638與STC11F02單片機(jī)相連只需用到單片機(jī)的3個I/O口，因而可大大減少占用單片機(jī)的I/O口資源。TM1638芯片可直接驅(qū)動數(shù)碼管，也可直接接按鈕，而不需再加上拉電阻或限流電阻,整個電路用到的電子元器件很少,而且結(jié)構(gòu)簡單，可靠性強(qiáng)，成本低。

TM1638的SEG1—SEG10引腳是顯示和按鍵掃描復(fù)用的，若系統(tǒng)要用到組合鍵時，可以在硬件上將需要同時按下的鍵設(shè)置在不同的K線上;但同一個K與不同的SEG引腳不能做成組合鍵使用。

2  軟件設(shè)計

2.1  顯示單元

TM1638內(nèi)部帶有顯示寄存器，該顯示寄存器存儲通過串行接口從MCU接收顯示的數(shù)據(jù)，該TM1638顯示寄存器地址從00H-0FH共16字節(jié)單元，在寫LED顯示數(shù)據(jù)時，一般從顯示地址的低位到高位，并從數(shù)據(jù)字節(jié)的低位到高位進(jìn)行操作。

2.2 顯示和掃描按鍵單元

讀鍵時，先發(fā)讀鍵命令，開始讀取按鍵數(shù)據(jù)BYTE1-BYTE4字節(jié)，讀數(shù)據(jù)從低位開始輸出；TM1638芯片的K和KS引腳對應(yīng)的按鍵按下時，相對應(yīng)的字節(jié)內(nèi)的BIT位為1。DIO口輸出數(shù)據(jù)為N管開漏輸出，在讀鍵的時候，需要外接1?10k。的上拉電阻。DIO在時鐘的下降沿控制N管動作，但此時讀數(shù)時可能不穩(wěn)定，只有在時鐘的上升沿讀數(shù)才是穩(wěn)定的。

單片機(jī)向TM1638發(fā)送顯示數(shù)據(jù)時，在第一個STB片選信號后發(fā)送的是命令，寫完命令后才能發(fā)送要顯示的數(shù)據(jù)。單片機(jī)讀按鍵時，先給TM1638發(fā)送讀按鍵命令42H,然后等待一個最小等待時間（最小13）后，再讀取按鍵數(shù)據(jù)。讀取和接受1個比特都在時鐘的上升沿操作。其操作代碼如下：

發(fā)送數(shù)據(jù)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

讀數(shù)據(jù)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

圖2所示是顯示和掃描按鍵的程序流程圖。

3  結(jié)語

TM1638作為鍵盤及顯示管理器件與單片機(jī)或其他微處理器相連接時,無論是硬件接口還是軟件編程都非常簡單。更重要的是,TM1638價格低廉，整個硬件成本很低，而且結(jié)構(gòu)簡單，功能強(qiáng)大、通用性強(qiáng)?？沈?qū)動8個數(shù)碼管，并可掃描24個矩陣式按鍵,完全能滿足大多數(shù)智能化儀表人機(jī)交互功能的要求。目前，筆者已將TM1638應(yīng)用在所設(shè)計的產(chǎn)品當(dāng)中，并取得了滿意的效果。