Arduino UNO 利用3个IO口 + TM1638+驱动8位数码管显示+24个独立按键

Arduino UNO 利用3个IO口 + TM1638+驱动8位数码管显示+24个独立按键

✨这几天没干什么事情，专门研究TM1638按键扫描功能。在之前使用TM1638作为数码管单独驱动显示，还是很顺利的，看到还自带按键扫描功能，这个非常不错，可以省掉3X8的矩阵键盘，虽然不一定能使用的上，差不多能把这个芯片的功能基本都榨干了，因为是使用的共阴数码管驱动，所以会有SEG8-SEG10的3个引脚没有使用到。

  • 🔖本实例编程没有使用库，后面有时间将移植到Keil开发的工程环境当中。
  • 🎉本程序仿真过程当中还存在bug，运行一段时间过后，数码管会不显示，有可能是软件自身的bug问题，但是不排除代码跑飞的问题，还有待完善的地方：按键需要按下一定时间才有数码管才有响应。
    在这里插入图片描述

⛳仿真说明

在这里插入图片描述- 程序编译没有问题
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  • 加载文件
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  • 关于数码管驱动内容我就不做介绍了，主要讲解按键扫描功能。

✅键扫描和按键复用功能

  • 按键扫描矩阵为3×8bit，也就是3X8矩阵，一共24个独立按键，这个按键矩阵键盘需要注意一点就是K1、K2、K3,每条线上的按键1-8,9-16,17-24，三排按键只能单独触发，不支持组合按键。做应该也是可以做，需要深究算法，运算量会比较大，不打算去深究组合键了，有点复杂。24个独立按键基本上可以满足一般的需求了。值占用了单片机3个IO口。
  • 安装官方资料搭建3X8矩阵即可
    在这里插入图片描述
  • 按键扫描数据存储地址
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上面的这个数据存储地址关系，看了我好久，都没有搞明白，后只能通过调试，打印出每一位的具体值来进行解析。

  • Proteus里面将电路绘制出来。
    在这里插入图片描述
  • 扫描完K1，K2，K3读取到的是BYTE1—BYTE4字节，下面我将每个按键在按下后，读取的4个字节的数据都列出来，就一目了然了。
    1.分别按下K1这一排的按键，所记录的数据如下：
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  1. 从第一排按键数据，就可以看清楚后面的规律了，第二排K2的下的独立按键数据：

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3. 按下第三排K3,独立按键的数据：
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  • 粘贴一张合并的图片来看就能看出规律了

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根据以上图表数据写代码就非常轻松了。

📝驱动代码

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/\*
//TM1638
VCC → 5V
GND → GND
STROBE\_TM-----4
CLOCK\_TM------6
DIO\_TM -------7
\*/

#define DATA\_COMMAND 0X40
#define DISP\_COMMAND 0x80
#define ADDR\_COMMAND 0XC0
#define K1S1 1
#define K1S2 2
#define K1S3 3
#define K1S4 4
#define K1S5 5
#define K1S6 6
#define K1S7 7
#define K1S8 8

#define K2S1 9
#define K2S2 10
#define K2S3 11
#define K2S4 12
#define K2S5 13
#define K2S6 14
#define K2S7 15
#define K2S8 16

#define K3S1 17
#define K3S2 18
#define K3S3 19
#define K3S4 20
#define K3S5 21
#define K3S6 22
#define K3S7 23
#define K3S8 24

//TM1638模块引脚定义
int DIO = 7;
int CLK = 6;
int STB = 4; //这里定义了那三个脚
//共阴数码管显示代码
unsigned char tab[]={0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,
                     0x7F,0x6F,0x77,0x7C,0x39,0x5E,0x79,0x71,
                     0x40,0x00
                     };
unsigned char num[8];                //各个数码管显示的值 
void setup ()
{
  Serial.begin(9600);
  pinMode(STB,OUTPUT);
  pinMode(CLK,OUTPUT);
  pinMode(DIO,OUTPUT); //让三个脚都是输出状态
}
void loop()
    {
        unsigned char i,num;
        init\_TM1638();                                   //初始化TM1638
        for(i=0;i<8;i++)
        Write\_DATA(i<<1,tab[16]);                       //初始化寄存器 
        while(1)
        {
                i=Read\_key();                          //读按键值
                Write\_DATA(3<<1,tab[i/10]); 
                Write\_DATA(4<<1,tab[i%10]);  
                Serial.println(i);
                delay(1000);
        }
}

void TM1638\_Write(unsigned char DATA)                        //写数据函数
{
        unsigned char i;
        pinMode(DIO,OUTPUT);
        for(i=0;i<8;i++)
        {
            digitalWrite(CLK,LOW);
            if(DATA&0X01)
               digitalWrite(DIO,HIGH);
            else
               digitalWrite(DIO,LOW);
            DATA>>=1;
            digitalWrite(CLK,HIGH);
        }
}
unsigned char TM1638\_Read(void)                                        //读数据函数
{
        unsigned char i;
        unsigned char temp=0;;       
        pinMode(DIO,INPUT);//设置为输入
        for(i=0;i<8;i++)
        {
              temp>>=1;
            digitalWrite(CLK,LOW);
              if(digitalRead(DIO)==HIGH)
                temp|=0x80;
            digitalWrite(CLK,HIGH);
               
        }
        return temp;
}
void Write\_COM(unsigned char cmd)                //发送命令字
{
        digitalWrite(STB,LOW);
        TM1638\_Write(cmd);
        digitalWrite(STB,HIGH);
}
unsigned char Read\_key(void)
{
        unsigned char i,key_val[4],key=0;
        digitalWrite(STB,LOW);
        TM1638\_Write(0x42); //读键扫数据 命令
         delayMicroseconds(2);//至少延时1微秒以上
        for(i=0;i<4;i++)               
          {
            key_val[i] =TM1638\_Read();
           // Serial.print(key\_val[i]);Serial.print('-');
        }
        digitalWrite(STB,HIGH);// 拉高片选线,读键值结束. 
   if(key_val[0]!=0) //按键在KS1或KS2
  {
    switch(key_val[0])
    {
      case 1:
        key=K3S1;
      break;      
      case 2:
        key=K2S1;
      break;
      case 4:
        key=K1S1;
      break;
      case 16:
        key=K3S5;
      break;      
      case 32:
        key=K2S5;
      break;     
      case 64:
        key=K1S5;
      break;
    }
  }
  else if(key_val[1]!=0)        //按键在KS3或KS4
  {
    switch(key_val[1])
    {
      case 1:
        key=K3S2;
      break;      
      case 2:
        key=K2S2;
      break;      
      case 4:
        key=K1S2;
      break;
      case 16:
        key=K3S6;
      break;     
      case 32:
        key=K2S6;
      break;    
      case 64:
        key=K1S6;
      break;
      case 255:
      init\_TM1638();
       break;
    }
  }
  else if(key_val[2]!=0)        //按键在KS5或KS6
  {
    switch(key_val[2])
    {
      case 1:
        key=K3S3;
      break;     
      case 2:
        key=K2S3;
      break;     
      case 4:
        key=K1S3;
      break;
      case 16:
        key=K3S7;
      break;     
      case 32:
        key=K2S7;
      break;
      case 64:
        key=K1S7;
      break;
      case 255:
      init\_TM1638();
       break;
    }
  }
  else if(key_val[3]!=0)        //按键在KS7或KS8
  {
    switch(key_val[3])
    {
      case 1:
        key=K3S4;
      break;      
      case 2:
        key=K2S4;
      break;      
      case 4:
        key=K1S4;
      break;
      case 16:
        key=K3S8;
      break;     
      case 32:
        key=K2S8;
      break;     
      case 64:
        key=K1S8;
      break;
        case 255:
      init\_TM1638();
       break;
    }
  }
  
  return key;

}
void Write\_DATA(unsigned char add,unsigned char DATA)//指定地址写入数据
{
        Write\_COM(0x44);//想固定地址写数据命令
        digitalWrite(STB,LOW);
        TM1638\_Write(0xc0|add);
        TM1638\_Write(DATA);
        digitalWrite(STB,HIGH);
}
void Write\_allLED(unsigned char LED_flag)                                        //控制全部LED函数，LED\_flag表示各个LED状态
{
        unsigned char i;
        for(i=0;i<8;i++)
        {
            if(LED_flag&(1<<i))
              Write\_DATA(2\*i+1,1);
            else
              Write\_DATA(2\*i+1,0);
        }
}

//TM1638初始化函数
void init\_TM1638(void)
{
        unsigned char i;
        Write\_COM(0x8b);       //亮度 (0x88-0x8f)8级亮度可调
        Write\_COM(0x40);       //采用地址自动加1
        digitalWrite(STB,LOW);                           //
        TM1638\_Write(0xc0);    //设置起始地址
        for(i=0;i<16;i++)           //传送16个字节的数据
          TM1638\_Write(0x00);
        digitalWrite(STB,HIGH);
}

📚Proteus仿真和程序代码

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链接：https://pan.baidu.com/s/1Xlom7glu\_01iIk7L4eHdvQ 
提取码：vefl

📗代码优化（更新时间：2022年4月30日00:07:35）

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//TM1638
VCC → 5V
GND → GND
STROBE\_TM-----4
CLOCK\_TM------6
DIO\_TM -------7
\*/

#define DATA\_COMMAND 0X40
#define DISP\_COMMAND 0x80
#define ADDR\_COMMAND 0XC0
#define K1S1 1
#define K1S2 2
#define K1S3 3
#define K1S4 4
#define K1S5 5
#define K1S6 6
#define K1S7 7
#define K1S8 8

#define K2S1 9
#define K2S2 10
#define K2S3 11
#define K2S4 12
#define K2S5 13
#define K2S6 14
#define K2S7 15
#define K2S8 16

#define K3S1 17
#define K3S2 18
#define K3S3 19
#define K3S4 20
#define K3S5 21
#define K3S6 22
#define K3S7 23
#define K3S8 24

//TM1638模块引脚定义
int DIO = 7;
int CLK = 6;
int STB = 4; //这里定义了那三个脚
//共阴数码管显示代码
unsigned char tab[]={0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,
                     0x7F,0x6F,0x77,0x7C,0x39,0x5E,0x79,0x71,
                     0x40,0x00
                     };
unsigned char num[8];                //各个数码管显示的值 
void setup ()
{

  Serial.begin(9600);
  pinMode(STB,OUTPUT);
  pinMode(CLK,OUTPUT);
  pinMode(DIO,OUTPUT); //让三个脚都是输出状态
 
}
void loop()
    {
        unsigned char j,num;
        static unsigned char i=0;
               init\_TM1638();                                   //初始化TM1638
        for(j=0;j<8;j++)
        Write\_DATA(j<<1,tab[16]);                       //初始化寄存器 
        while(1){
                num=Read\_key();   //读按键值 
     if(num >0){
         if(num != i){
                  i=num;              
                Write\_DATA(3<<1,tab[i/10]); 
                Write\_DATA(4<<1,tab[i%10]);  
                Serial.println(i);  
                 delay(210);    //这个延时需要控制在200左右，太少时仿真出现闪屏，过大按键响应慢 
   }
     }
     if (num ==0)  {
               Write\_DATA(3<<1,tab[i/10]); 
                Write\_DATA(4<<1,tab[i%10]);  
              // Serial.println(i); 
                 delay(210); //这个延时需要控制在200左右，太少时仿真出现闪屏，过大按键响应慢 
     }
        }      
    }

void TM1638\_Write(unsigned char DATA)                        //写数据函数
{
        unsigned char i;
        pinMode(DIO,OUTPUT);
        for(i=0;i<8;i++)
        {
            digitalWrite(CLK,LOW);
            if(DATA&0X01)
               digitalWrite(DIO,HIGH);
            else
               digitalWrite(DIO,LOW);
            DATA>>=1;
            digitalWrite(CLK,HIGH);
        }
}
unsigned char TM1638\_Read(void)                                        //读数据函数
{
        unsigned char i;
        unsigned char temp=0;;       
        pinMode(DIO,INPUT);//设置为输入
        for(i=0;i<8;i++)
        {
              temp>>=1;
            digitalWrite(CLK,LOW);
              if(digitalRead(DIO)==HIGH)
                temp|=0x80;
            digitalWrite(CLK,HIGH);
               
        }
        return temp;
}
void Write\_COM(unsigned char cmd)                //发送命令字
{
        digitalWrite(STB,LOW);
        TM1638\_Write(cmd);
        digitalWrite(STB,HIGH);
}
unsigned char Read\_key(void)
{
        unsigned char i,key_val[4],key=0;
        digitalWrite(STB,LOW);
        TM1638\_Write(0x42); //读键扫数据 命令
         delayMicroseconds(2);//至少延时1微秒以上
        for(i=0;i<4;i++)               
          {
            key_val[i] =TM1638\_Read();
           // Serial.print(key\_val[i]);Serial.print('-');
        }
        digitalWrite(STB,HIGH);// 拉高片选线,读键值结束. 
   if(key_val[0] >0) //按键在KS1或KS2
  {
    switch(key_val[0])
    {
      case 1:
        key=K3S1;
      break;      
      case 2:
        key=K2S1;
      break;
      case 4:
        key=K1S1;
      break;
      case 16:
        key=K3S5;
      break;      
      case 32:
        key=K2S5;
      break;     
      case 64:
        key=K1S5;
      break;
    }
  }
  else if(key_val[1]>0)        //按键在KS3或KS4
  {
    switch(key_val[1])
    {
      case 1:
        key=K3S2;
      break;      
      case 2:
        key=K2S2;
      break;      
      case 4:
        key=K1S2;
      break;
      case 16:
        key=K3S6;
      break;     
      case 32:
        key=K2S6;
      break;    
      case 64:
        key=K1S6;
      break;
      case 255:
      init\_TM1638();
       break;
    }
  }
  else if(key_val[2]>0)        //按键在KS5或KS6
  {
    switch(key_val[2])
    {
      case 1:
        key=K3S3;
      break;     
      case 2:
        key=K2S3;
      break;     
      case 4:
        key=K1S3;
      break;
      case 16:
        key=K3S7;
      break;     
      case 32:
        key=K2S7;
      break;
      case 64:
        key=K1S7;
      break;
      case 255:
      init\_TM1638();
       break;
    }
  }
  else if(key_val[3]>0)        //按键在KS7或KS8
  {
    switch(key_val[3])
    {
      case 1:
        key=K3S4;
      break;      
      case 2:
        key=K2S4;
      break;      
      case 4:
        key=K1S4;
      break;
      case 16:
        key=K3S8;
      break;     
      case 32:
        key=K2S8;
      break;     
      case 64:
        key=K1S8;
      break;
        case 255:
      init\_TM1638();
       break;
    }
  }
  
  return key;

}
void Write\_DATA(unsigned char add,unsigned char DATA)//指定地址写入数据
{
        Write\_COM(0x44);//想固定地址写数据命令
        digitalWrite(STB,LOW);
        TM1638\_Write(0xc0|add);
        TM1638\_Write(DATA);
        digitalWrite(STB,HIGH);
}
void Write\_allLED(unsigned char LED_flag)                                        //控制全部LED函数，LED\_flag表示各个LED状态
{
        unsigned char i;
        for(i=0;i<8;i++)
        {
            if(LED_flag&(1<<i))
              Write\_DATA(2\*i+1,1);
            else
              Write\_DATA(2\*i+1,0);
        }
}

//TM1638初始化函数
void init\_TM1638(void)
{
        unsigned char i;
        Write\_COM(0x8b);       //亮度 (0x88-0x8f)8级亮度可调
        Write\_COM(0x40);       //采用地址自动加1
        digitalWrite(STB,LOW);                           //
        TM1638\_Write(0xc0);    //设置起始地址
        for(i=0;i<16;i++)           //传送16个字节的数据
          TM1638\_Write(0x00);
        digitalWrite(STB,HIGH);
}

📖实物验证更新（2023-3-19）

  • 实物验证和仿真代码效果还是存在差异，根据实际效果，调整了按键扫描映射值，为在实际烧录测试发现，真正的按键扫描映射的值每一横排8个按键的数字和按键码对应的值不对，重新做了映射调整。已经验证的程序如下：
    在这里插入图片描述
  • 📍TM1638自制模块：https://oshwhub.com/perseverance51/tm1638-an-jian-shuo-ma-guan-mu
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/\*
 //TM1638
 VCC → 5V
 GND → GND
 STROBE\_TM-----4
 CLOCK\_TM------6
 DIO\_TM -------7
\*/

#define DATA\_COMMAND 0X40
#define DISP\_COMMAND 0x80
#define ADDR\_COMMAND 0XC0
#define K1S1 1
#define K1S2 2
#define K1S3 3
#define K1S4 4
#define K1S5 5
#define K1S6 6
#define K1S7 7
#define K1S8 8

#define K2S1 9
#define K2S2 10
#define K2S3 11
#define K2S4 12
#define K2S5 13
#define K2S6 14
#define K2S7 15
#define K2S8 16

#define K3S1 17
#define K3S2 18
#define K3S3 19
#define K3S4 20
#define K3S5 21
#define K3S6 22
#define K3S7 23
#define K3S8 24

unsigned char now_value = 0;

//TM1638模块引脚定义
int DIO = 8;
int CLK = 7;
int STB = 4; //这里定义了那三个脚
//共阴数码管显示代码
unsigned char tab[] = {0x3F, 0x06, 0x5B, 0x4F, 0x66, 0x6D, 0x7D, 0x07,
                       0x7F, 0x6F, 0x77, 0x7C, 0x39, 0x5E, 0x79, 0x71,
                       0x40, 0x00
                      };
unsigned char num[8];                //各个数码管显示的值
void setup ()
{
  Serial.begin(9600);
  pinMode(STB, OUTPUT);
  pinMode(CLK, OUTPUT);
  pinMode(DIO, OUTPUT); //让三个脚都是输出状态
}
void loop()
{
  unsigned char num;
  init\_TM1638();                                   //初始化TM1638
  for (num = 0; num < 8; num++)
    Write\_DATA(num << 1, tab[16]);                    //初始化寄存器
  while (1)
  {
    num = Read\_key();                        //读按键值
    if (num != 0)
    {
      if (num != now_value)
      {
        now_value = num;
         Serial.println(now_value);
      }
    }
    Write\_DATA(3 << 1, tab[now_value / 10]);
    Write\_DATA(4 << 1, tab[now_value % 10]);
   
  }
}

void TM1638\_Write(unsigned char DATA)                        //写数据函数
{
  unsigned char i;
  pinMode(DIO, OUTPUT);
  for (i = 0; i < 8; i++)
  {
    digitalWrite(CLK, LOW);
    if (DATA & 0X01)
      digitalWrite(DIO, HIGH);
    else
      digitalWrite(DIO, LOW);
    DATA >>= 1;
    digitalWrite(CLK, HIGH);
  }
}
unsigned char TM1638\_Read(void)                                        //读数据函数
{
  unsigned char i;
  unsigned char temp = 0;;
  pinMode(DIO, INPUT); //设置为输入
  for (i = 0; i < 8; i++)
  {
    temp >>= 1;
    digitalWrite(CLK, LOW);
    if (digitalRead(DIO) == HIGH)
      temp |= 0x80;
    digitalWrite(CLK, HIGH);

  }
  return temp;
}
void Write\_COM(unsigned char cmd)                //发送命令字
{
  digitalWrite(STB, LOW);
  TM1638\_Write(cmd);
  digitalWrite(STB, HIGH);
}
unsigned char Read\_key(void)
{
  unsigned char i, key_val[4], key = 0;
  digitalWrite(STB, LOW);
  TM1638\_Write(0x42); //读键扫数据 命令
  delayMicroseconds(2);//至少延时1微秒以上
  for (i = 0; i < 4; i++)
  {
    key_val[i] = TM1638\_Read();
    // Serial.print(key\_val[i]);Serial.print('-');
  }
  digitalWrite(STB, HIGH); // 拉高片选线,读键值结束.
  if (key_val[0] != 0) //按键在KS1或KS2
  {
    switch (key_val[0])
    {
      case 1:
        key = K3S8;
        break;
      case 2:
        key =  K2S8;
        break;
      case 4:
        key = K1S1;
        break;
      case 16:
        key = K3S7 ;
        break;
      case 32:
        key = K2S7 ;
        break;
      case 64:
        key = K1S2;
        break;
    }
  }
  else if (key_val[1] != 0)     //按键在KS3或KS4
  {
    switch (key_val[1])
    {
      case 1:
        key = K3S6 ;
        break;
      case 2:
        key = K2S6  ;
        break;
      case 4:
        key = K1S3;//K1S3
        break;
      case 16:
        key = K3S5  ;
        break;
      case 32:
        key = K2S5 ;
        break;
      case 64:
        key = K1S4;
        break;
      case 255:
        init\_TM1638();
        break;
    }
  }
  else if (key_val[2] != 0)     //按键在KS5或KS6
  {
    switch (key_val[2])
    {
      case 1:
        key =K3S4;
        break;
      case 2:
        key = K2S4 ;
        break;
      case 4:
        key =  K1S5;
        break;
      case 16:
        key = K3S3 ;
        break;
      case 32:
        key = K2S3  ;
        break;
      case 64:
        key = K1S6;
        break;
      case 255:
        init\_TM1638();
        break;
    }
  }
  else if (key_val[3] != 0)     //按键在KS7或KS8
  {
    switch (key_val[3])
    {
      case 1:
        key = K3S2 ;
        break;
      case 2:
        key =K2S2  ;
        break;
      case 4:
        key = K1S7  ;
        break;
      case 16:
        key = K3S1 ;
        break;
      case 32:
        key = K2S1;
        break;
      case 64:
        key = K1S8;
        break;
      case 255:
       init\_TM1638();
        break;
    }
  }

  return key;

}
void Write\_DATA(unsigned char add, unsigned char DATA) //指定地址写入数据
{
  Write\_COM(0x44);//想固定地址写数据命令
  digitalWrite(STB, LOW);
  TM1638\_Write(0xc0 | add);
  TM1638\_Write(DATA);
  digitalWrite(STB, HIGH);
}
void Write\_allLED(unsigned char LED_flag)                                        //控制全部LED函数，LED\_flag表示各个LED状态
{
  unsigned char i;
  for (i = 0; i < 8; i++)
  {
    if (LED_flag & (1 << i))
      Write\_DATA(2 \* i + 1, 1);
    else
      Write\_DATA(2 \* i + 1, 0);
  }
}

//TM1638初始化函数
void init\_TM1638(void)
{
  unsigned char i;
  Write\_COM(0x8b);       //亮度 (0x88-0x8f)8级亮度可调
  Write\_COM(0x40);       //采用地址自动加1
  digitalWrite(STB, LOW);                          //
  TM1638\_Write(0xc0);    //设置起始地址
  for (i = 0; i < 16; i++)    //传送16个字节的数据
    TM1638\_Write(0x00);
  digitalWrite(STB, HIGH);
}


涓滴之水终可磨损大石， 不是由于它力量大， 而是由于昼夜不舍的 滴坠。 只有勤奋不懈的努力才能够获得那些技巧， 因此， 我们可以确切地 说： 说： 不积跬步， 无以致千里。 —— 贝多芬