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）

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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

图1：实物图

图2：电路原理图

一、概述：

主控芯片：TM1638

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
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、
空调 、家庭影院等产品的高段位显示屏驱动。

功能：

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。

二 、核心芯片：TM1638功能

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：

1. 显示驱动：最大可驱动8位7段数码管（或等效的LED矩阵）；
2. 键盘扫描：内置8×2矩阵扫描，可连接16个按键；
3. 通信接口：通过串行接口（CLK, STB, DIO）与单片机通信；
4. 内部结构：包含显示RAM、键盘扫描电路、控制逻辑等。

三、电路原理

图3：TM1638引脚

表1：TM1638引脚功能

引脚名	功能描述
VDD	电源正(3.3V/5V)
GND	地
CLK	时钟输入（接单片机IO）
DIO	数据输入/输出（双向，接单片机IO）
STB	片选信号（低电平有效）
K1-K8	按键扫描行（输出）
SG1-SG8	段输出（a~g, dp）
GRID1-GRID8	位选输出（公共极控制）

1. 数码管驱动部分

连接关系：

段驱动（SG1-SG8）：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）

位驱动（GRID1-GRID8）：连接8位数码管的公共极（图示16位需两个8位模块）

控制原理：

内部自动进行动态扫描（最高扫描频率1kHz）

单片机只需发送显示数据包，无需干预刷新过程。

2. 按键扫描部分

矩阵结构：

16键 = 8行（K1-K8）× 2列（内部集成）

工作流程：

1. TM1638自动轮询按键状态
2. 检测到按键按下时，通过DIO向单片机发送键值
3. 支持连按检测（可设置长按响应时间）

3. 通信接口

表2：通信相关引脚

引脚	功能	连接说明
STB	片选/使能	低电平时启动数据传输
CLK	时钟信号	上升沿锁存数据
DIO	双向数据线	传输显示数据和按键值

**四、**相比CD4511BE方案的核心优势

表3：方案比较表

特性	TM1638方案	CD4511BE方案
外设数量	单芯片解决显示+按键	需译码器+锁存器+独立按键电路
单片机I/O占用	3个引脚	11个以上引脚（4位数据+7位选）
抗干扰能力	内置消抖，无段切换闪烁	需外接RC消抖和消隐电容
功能扩展性	支持LED亮度调节（8级）	仅基础显示功能
功耗	休眠模式功耗<1mA	无休眠功能，持续高功耗

五、PCB布线与布局

图4：PCB工程图

图5：PCB布线图

图6：PCB 2D图

图7：PCB 3D图

五、结语与感悟

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。

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。