擎天柱Ai8051U-LQFP48转89C52-DIP40扩展电路开源系列（四）数码管显示电路（下）
<h1><strong>擎天柱Ai8051U-LQFP48转89C52-DIP40扩展电路开源系列（四）数码管显示电路（下）十六键八位数码板</strong></h1><p><img src="data/attachment/forum/202506/26/002023p9hzb6t6p47hb771.png" alt="图片.png" title="图片.png" /></p>
<p>图1：实物图</p>
<p><img src="data/attachment/forum/202506/26/003018k7kg7thegzocl7l1.png" alt="图片.png" title="图片.png" />图2：电路原理图</p>
<h3><strong>一、概述：</strong></h3>
<p>主控芯片：TM1638</p>
<p>TM1638是带键盘扫描接口的LED（发光二极管显示器）驱动控制专用电路，内部集<br />
成有MCU 数字接口、数据锁存器、LED 高压驱动、键盘扫描等电路。主要应用于冰箱、<br />
空调 、家庭影院等产品的高段位显示屏驱动。</p>
<p><strong>功能：</strong></p>
<p>十六键数码板16个按键和8位数码管显示，因TM1638典型应用就是驱动8位7段数码管16个按键。</p>
<h3><strong>二</strong> <strong>、核心芯片：<strong>TM1638功能</strong></strong></h3>
<p>TM1638是一种带键盘扫描接口的LED（发光二极管显示器）驱动控制专用电路。主要特点：</p>
<ol>
<li><strong>显示驱动</strong>：最大可驱动8位7段数码管（或等效的LED矩阵）；</li>
<li><strong>键盘扫描</strong>：内置8×2矩阵扫描，可连接16个按键；</li>
<li><strong>通信接口</strong>：通过串行接口（CLK, STB, DIO）与单片机通信；</li>
<li><strong>内部结构</strong>：包含显示RAM、键盘扫描电路、控制逻辑等。</li>
</ol>
<h3><strong>三、电路原理</strong></h3>
<p><img src="data/attachment/forum/202506/26/003902x61ii8p96zri2p66.png" alt="图片.png" title="图片.png" /></p>
<p>图3：TM1638引脚</p>
<p>表1：TM1638引脚功能</p>
<table>
<thead>
<tr>
<th>引脚名</th>
<th>功能描述</th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td>VDD</td>
<td>电源正(3.3V/5V)</td>
</tr>
<tr>
<td>GND</td>
<td>地</td>
</tr>
<tr>
<td>CLK</td>
<td>时钟输入（接单片机IO）</td>
</tr>
<tr>
<td>DIO</td>
<td>数据输入/输出（双向，接单片机IO）</td>
</tr>
<tr>
<td>STB</td>
<td>片选信号（低电平有效）</td>
</tr>
<tr>
<td>K1-K8</td>
<td>按键扫描行（输出）</td>
</tr>
<tr>
<td>SG1-SG8</td>
<td>段输出（a~g, dp）</td>
</tr>
<tr>
<td>GRID1-GRID8</td>
<td>位选输出（公共极控制）</td>
</tr>
</tbody>
</table>
<h4><strong>1. 数码管驱动部分</strong></h4>
<p><strong>连接关系</strong>：</p>
<p><strong>段驱动（<strong>SG1-SG8</strong>）</strong>：直接连接数码管的a~g段和dp（小数点），无需外接限流电阻（TM1638内置恒流驱动）</p>
<p><strong>位驱动（<strong>GRID1-GRID8</strong>）</strong>：连接8位数码管的公共极（图示16位需两个8位模块）</p>
<p><strong>控制原理</strong>：</p>
<p>内部自动进行动态扫描（最高扫描频率1kHz）</p>
<p>单片机只需发送显示数据包，无需干预刷新过程。</p>
<h4><strong>2. 按键扫描部分</strong></h4>
<p><strong>矩阵结构</strong>：</p>
<p>16键 = 8行（K1-K8）× 2列（内部集成）</p>
<p><strong>工作流程</strong>：</p>
<ol>
<li>TM1638自动轮询按键状态</li>
<li>检测到按键按下时，通过DIO向单片机发送键值</li>
<li>支持连按检测（可设置长按响应时间）</li>
</ol>
<h4><strong>3. 通信接口</strong></h4>
<p>表2：通信相关引脚</p>
<table>
<thead>
<tr>
<th><strong>引脚</strong></th>
<th><strong>功能</strong></th>
<th><strong>连接说明</strong></th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td>STB</td>
<td>片选/使能</td>
<td>低电平时启动数据传输</td>
</tr>
<tr>
<td>CLK</td>
<td>时钟信号</td>
<td>上升沿锁存数据</td>
</tr>
<tr>
<td>DIO</td>
<td>双向数据线</td>
<td>传输显示数据和按键值</td>
</tr>
</tbody>
</table>
<h3>**四、**<strong>相比CD4511BE方案的核心优势</strong></h3>
<p>表3：方案比较表</p>
<table>
<thead>
<tr>
<th>特性</th>
<th>TM1638方案</th>
<th>CD4511BE方案</th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td>外设数量</td>
<td>单芯片解决显示+按键</td>
<td>需译码器+锁存器+独立按键电路</td>
</tr>
<tr>
<td>单片机I/O占用</td>
<td>3个引脚</td>
<td>11个以上引脚（4位数据+7位选）</td>
</tr>
<tr>
<td>抗干扰能力</td>
<td>内置消抖，无段切换闪烁</td>
<td>需外接RC消抖和消隐电容</td>
</tr>
<tr>
<td>功能扩展性</td>
<td>支持LED亮度调节（8级）</td>
<td>仅基础显示功能</td>
</tr>
<tr>
<td>功耗</td>
<td>休眠模式功耗<1mA</td>
<td>无休眠功能，持续高功耗</td>
</tr>
</tbody>
</table>
<h3><strong>五、<strong>PCB布线与布局</strong></strong></h3>
<p><img src="file:///C:\Users\12jl3\AppData\Local\Temp\ksohtml14384\wps11.jpg" alt="" /><br />
<img src="data/attachment/forum/202506/26/002136rdez5yqq15bdei2q.png" alt="图片.png" title="图片.png" /></p>
<p>图4：PCB工程图</p>
<p><img src="file:///C:\Users\12jl3\AppData\Local\Temp\ksohtml14384\wps12.jpg" alt="" /><br />
<img src="data/attachment/forum/202506/26/002202sbt9t5ttgtzbdttb.png" alt="图片.png" title="图片.png" /></p>
<p>图5：PCB布线图</p>
<p><img src="data/attachment/forum/202506/26/002227cfff1m01a15zafi5.png" alt="图片.png" title="图片.png" /><br />
<img src="file:///C:\Users\12jl3\AppData\Local\Temp\ksohtml14384\wps13.jpg" alt="" /></p>
<p>图6：PCB 2D图</p>
<p><img src="data/attachment/forum/202506/26/002248ho9ibw0919ssszwb.png" alt="图片.png" title="图片.png" /></p>
<p>图7：PCB 3D图</p>
<p>五、结语与感悟</p>
<p>本电路使用了带键盘扫描接口的LED（发光二极管显示器）驱动控制专用电路TM1638和两只0.8英寸4位数码管，同时解决了数码显示和按键问题，使擎天柱AI8051U核心板功能更接近大学计划AI8051U试验箱，可以直接运行大学计划AI8051U试验箱的数码管显示程序。</p>
<p>在学习单片机之前，掌握这些内容，有助于对单片机驱动数码管电路的理解，更是对数码显示编程原理的提前预习，该电路结构简单，对初学者非常友好，没有任何可以调整的部位，只要是不插错元件，一次就可以成功，若是对自己的焊接技术没有信心，可以先焊接IC插座，然后插上芯片再通电试机。</p>
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