Дисплейно-клавиатурный драйвер TM1638

Увидел как-то на AliExpress интересный модуль на микросхеме TM1638. Выглядел он вот так:

Даташит (невероятно китайский) на микросхему рассказал, что это контроллер семисегментного дисплея (максимум 10 знакомест) и клавиутуры (максимум 8х3). Невероятно заинтересовавшись заказал данный девайс, благо стоимость невелика, в районе 100р. В живую модуль выглядит вот так:

Запаян, конечно, кривовато, но ничего, главное, чтобы работал. Для подключения на плате имеется пять контактов: VDD, GND, STB, CLK, DIO. Заглядываем в даташит и выясняем следующие параметры:

• напряжение питания: 5V±10%
• интерфейс: полудуплексный SPI.
• назначение выводов SPI: STB - chip select, CLK - clock, DIO - data in/out.

Гугл подсказал и схему модуля:

Теперь можно переходить к самому интересному - запуску. Подключать модуль буду к плате STM32 VL Discovery с МК STM32F103. Она была у меня под рукой, плюс SPI имеет возможность работы в полудуплексном режиме. Все функции работы с SPI вынес отдельно, так что библиотеку можно будет использовать с любым другим МК, останется лишь подставить свои функции для SPI.

Управляется микросхема довольно легко. Есть всего три типа команд:

• команды управления 0х8Х
• команды данных 0х4Х
• команды адреса 0хСХ

Теперь подробнее. 

Управлять тут можно целыми двумя параметрами: яркостью и включением отображения. Для этого используется младшая половина байта. Первые  три отведены на яркость и четвертый на управление включением. Соответственно, у яркости 8 градаций. Для включения микросхемы необходимо отправить любую из следующих команд:

Для отключения достаточно послать любую из вышеперечисленных команд с обнуленным 3 битом.

После включения можно отправлять и читать данные в/из регистры микросхемы. Для выбора необходимого действия с регистрами служит команда 0x4X; Как и в предыдущей команде, за все отвечает младшая половина байта, а именно 1 и 2 биты.

• 1-й бит: 1 - чтение/0 - запись
• 2-й бит: 1 - фиксированный адрес/0 - автоинкремент адреса

При чтении указание адреса не требуется, вычитываются все 4 регистра данных, которые составляют матрицу, содержащую данные опроса клавиатуры. Каждый бит соответствует одной кнопке. А вот при записи необходимо указывать адрес. Всего регистров отображения 16 штук. Каждый соответствует одному знакоместу. На данной плате нечетные адреса соответствуют знакоместам, а четные светодиодам (запись в эти регистры любого числа,  отличного от нуля, включает светодиод). Адресация начинается с 0хС0. При автоинкременте достаточно указать начальный адрес посылки, а дальше просто отсылать весь пакет. А при фиксированном адресе, команду адреса необходимо слать перед записью каждого байта данных.

С командами разобрались, можно переходить к подключению. Использоваться будет аппаратный SPI STM32 в режиме полудуплекс. Думаю, не помешает описать этот момент чуть подробнее, т.к. именно про этот режим информации в интернете маловато. Настройка выводов абсолютно стандартная для SPI:

	 // SPI INIT
	 //вывод управления SS: выход двухтактный, общего назначения,50MHz                             /
	 GPIOB->CRH   |=  GPIO_CRH_MODE12;    //
	 GPIOB->CRH   &= ~GPIO_CRH_CNF12;     //
	 GPIOB->BSRR   =  GPIO_BSRR_BS12;     //

	 //вывод SCK: выход двухтактный, альтернативная функция, 50MHz
	 GPIOB->CRH   |=  GPIO_CRH_MODE13;    //
	 GPIOB->CRH   &= ~GPIO_CRH_CNF13;     //
	 GPIOB->CRH   |=  GPIO_CRH_CNF13_1;   //

	 //вывод MOSI: выход двухтактный, альтернативная функция, 50MHz
	 GPIOB->CRH   |=  GPIO_CRH_MODE15;    //
	 GPIOB->CRH   &= ~GPIO_CRH_CNF15;     //
	 GPIOB->CRH   |=  GPIO_CRH_CNF15_1;   //

А вот сам SPI требуется настроить немного по другому. Для переключения в полудуплексный режим служит бит:

     SPI2->CR1    |= SPI_CR1_BIDIMODE;   //полудуплексный режим

Так же следует обратить внимание на то, что данные передаются младшим битов вперед. Пока все просто, самое интересное начинается дальше. Т.к. режим полудуплексный, то линия MOSI служит и для передачи и для приема. Переключать режим необходимо вручную, снятием/установкой бита SPI_CR1_BIDIOE Установка бита включает режим передачи, а сброс - режим приема.

Соответственно для передачи устанавливаем SPI_CR1_BIDIOE и спокойно передаем, как в случае с обычным режимом.

     void SPI_Send(uint8_t data){
	   SPI2->CR1 |= SPI_CR1_BIDIOE;

	   SPI2->DR = data;
	   while (!(SPI2->SR & SPI_SR_TXE));
	   while ((SPI2->SR & SPI_SR_BSY));
     }

А для приема алгоритм более хитрый:

1. Переключаемся в режим передачи, отправляем запрос (в нашем случае это 0x42).
2. Переключаемся в режим приема
3. Прочесть содержимое регистра SPIх->DR
4. Не переключаясь в режим передачи записать любой число в SPIх->DR
5. Повторить п.3 и п.4 необходимое количество раз

Выглядит это примерно так:

SPI_Read(uint8_t send, uint8_t *data_mas, uint8_t count){

	uint8_t i = 1;

	SPI2->CR1 |= SPI_CR1_BIDIOE; // переключение на отправку
	SPI2->DR = send; 			 // отправка данных

	while (!(SPI2->SR & SPI_SR_TXE)); // ожидание окончания отправки
	while ((SPI2->SR & SPI_SR_BSY));

	SPI2->CR1 &= ~SPI_CR1_BIDIOE; // переключение в режим приема. При этом будет отправлено 8 тактовых импульсов

	while (!(SPI2->SR & SPI_SR_RXNE));
	while ((SPI2->SR & SPI_SR_BSY));

	data_mas[0] = SPI2->DR; // забираем полученные данные из регистра SPI

	while(count-- > 1){ // повторяем необходимое количество раз

		SPI2->DR = 0xFF; // запись в регистр любого значения в режиме приема инициализирует отправку тактирования

		while (!(SPI2->SR & SPI_SR_RXNE));
		while ((SPI2->SR & SPI_SR_BSY));

		data_mas[i++] = SPI2->DR;
	}

	SPI2->CR1 |= SPI_CR1_BIDIOE;
}

Настройка окончена, подключаем модуль к МК (схему не привожу, думаю, все и так понятно):

Подаем питание, заливаем прошивку и наслаждаемся результатом. 

Сразу выяснилась одна неприятная особенность - довольно противный писк. Оказалось, что пищат индикаторы из-за того, что частота обновления находится в слышимом диапазоне. Видимо, сказалось и качество китайских индикаторов, т.к. по сути пищать там нечему, однако факт налицо.

Проверим работу кнопок:

Вот тут разработчика поджидает один не очень приятный сюрприз. Все дело в том, что никакого выхода прерывания по нажатию кнопки у микросхемы нет. Более того, нажатия кнопок не сохраняются в регистрах после отпускания. Следовательно для того, чтобы понять, было нажатие или нет, необходимо постоянно вычитывать регистры клавиатуры. Лично на мой взгляд это не очень удобно, т.к. без толку загружает МК.

В остальном же микросхема работает отлично. Ничего не греется. Максимальный ток, отдаваемый на каждый сегмент индикатора - 20мА, на общий вывод индикатора - 200мА.

Исходники прошивки можно скачать в конце статьи. Библиотека для TM1638 обильно прокомментирована и трудностей возникнуть не должно. Так же выкладываю программу, которую писал для себя. В ней можно быстро получить коды символов семисегментного индикатора. Функционал приложенной прошивки демонстрирует небольшое видео:

Теги:

• STM32
• Микроконтроллер
• SPI