Программная реализация интерфейса управления TM1640 на ATmega

Микросхема TM1640 фирмы Titan Micro Electronics представляет собой драйвер управления 8-сегментными светодиодными индикаторами в количестве до 16 штук (Рис.1). Связь с этой микросхемой осуществляется по двухпроводной шине данных похожей по протоколу на I2C, но не совместимой с ней.

Рис.1 Микросхема TM1640

Назначение у выводов микросхемы следующее: SEG1-SEG8 - выбор сегментов индикатора (высокий уровень на выводе зажигает сегмент, низкий - гасит), GRID1-16 - выбор индикатора (низкий уровень на выводе выбирает индикатор, высокий - отменяет выбор). VDD - питание 5+-0,5В и VSS - земля. DIN и SCLK - соответственно линия данных и линия синхронизации. Эти выводы требуется подтягивать к питанию через резисторы 10 кОм (Рис.2). 

Рис.2 Принцип подключения сегментных индикаторов к TM1640

Рассмотрим протокол этой двухпроводной шины. Когда сообщения не передаются, на обоих проводах должен быть высокий уровень. Любое сообщение начинается с состояния Start (при высоком уровне на SCLK осуществляется перепад на DIN с высокого уровня на низкий), а заканчивается состоянием Stop (при высоком уровне на SCLK осуществляется перепад на DIN с низкого уровня на высокий). Каждый бит передаваемый по линии DIN сопровождается импульсом на тактовой линии SCLK. На рис.3 показана структура отправки сообщения - команды. Они имеют длину 8 бит и передаются от младшего бита к старшему. В сообщениях не указывается адрес устройства которому они предназначены. Поэтому, по двум проводам возможно подключить к микроконтроллеру один единственный TM1640.  

Рис.3 Структура передачи сообщения-команды.

Микросхема воспринимает команды трех типов: 

1-й тип. Указание способа приема данных. Возможен прием данных с автоматическим инкрементом адреса индикатора (этот режим установлен по умолчанию, наиболее оптимальный), с фиксированным адресом, а также нормальный и тестовый режимы. 

2-й тип. Установка адреса индикатора, в который будет производиться запись данных. В этом же сообщении посылаются данные на сегментные индикаторы. Длина такой команды составляет не менее 16 бит и кратна 8 битам (Рис.4). 

Рис.4 Пример отправки сообщений вTM1640: Command1 - выбор способа передачи данных, Command2 - выбор адреса индикатора, с которого будет производится запись, data1-dataN - пакет данных на индикаторы, Command3 - установка яркости индикаторного дисплея.

3-й тип. Установка яркости индикаторного дисплея. Микросхема управляет индикаторами в динамическом режиме. Коэффициент заполнения ШИМ может быть выбран от 1/16 до 14/16 по таблице из даташита. Также индикаторы можно просто погасить.

Рассмотрим простейшую программную реализацию интерфейса связи с TM1640, которая будет подходить для всех микроконтроллеров Atmel серии Atmega:

Сделаем определения для задания выводов, используемых как SCLK и DIN (здесь вывод PA6 определен как SCLK, а PA7 как DIN):

 //Задание выводов SCLK и DIN и определение их на выход
 #define SCLK_DIN_to_output DDRA|=(1<<6)|(1<<7)
 #define SCLK_LOW PORTA&=~(1<<6)//Низкий уровень на SCLK
 #define SCLK_HIGH PORTA|=(1<<6)//Высокий уровень на SCLK
 #define DIN_LOW PORTA&=~(1<<7)//Низкий уровень на DIN
 #define DIN_HIGH PORTA|=(1<<7)//Высокий уровень на DIN

В тексте основной программы обязательно инициализируем выбранные выводы для работы с шиной и установим на них высокий уровень:

//Определение на выход выводов SCLK и DIN SCLK_DIN_to_output
//Подтягивание выводов SCLK и DIN SCLK_HIGH;
DIN_HIGH; 

Сформируем состояние Start: осуществим перепад уровня на DIN с высокого на низкий, а следом такой же перепад на SCLK. Временную задержку между командами можно не ставить даже для максимальной частоты тактирования микроконтроллера в 16 МГц. Для корректной работы этой установки на обоих линиях должен быть установлен высокий уровень.

//Установка состояния старт
voidTM1640_Message_Start(void)
{
DIN_LOW;
SCLK_LOW;
}

Теперь состояние Stop: в даташите это состояние называется "End", но привычней использовать более правильный антоним. Для корректной работы этой установки на обоих линиях должен быть низкий уровень. Осуществим перепад уровня на DIN с низкого на высокий, затем такой же перепад осуществим на SCLK)

//Установка состояния стоп
voidTM1640_Message_Stop(void)
{
SCLK_HIGH;
DIN_HIGH;
}

Рассмотрим отправку байта, которая по требованию протокола должна осуществляться с младшего бита: Устанавливаем требуемое значение бита данных и формируем синхроимпульс. Даже для частоты тактирования микроконтроллера в 16МГц, без использования функции задержки, длительность синхроимпульса составит более 125нс (измерено логическим анализатором Saleae Logic). Это превышает требуемое минимальное время установки бита данных на 25нс. Не забываем сбросить DIN в ноль.

//Отправка байта
voidTM1640_Message_Sendbyte(unsigned char byte)
{
//Побитная запись с младшего бита
for(signedchari=0;i<8;i++)
{
if(byte&(1<<i))DIN_HIGH;//Записать бит 1
else DIN_LOW;//Записать бит 0
SCLK_HIGH;//Устанавливаем синхроимпульс
SCLK_LOW;//Снимаем синхроимпульс
DIN_LOW;//Сбрасываем DIN в "0"
}
}

В этой функции, в соответствии с таблицей 9 даташита производится отправка адреса индикатора от 0 до 15.

//Установка позиции, куда будет производится запись
voidTM1640_SetPos(char i)
{
TM1640_Message_Sendbyte(0b11000000+i);
}

Чтобы с помощью приведенной функции на индикаторах отображались нужные символы, необходимо задать следующий массив и сделать определение для символов 16-битного кода.

char str[12];//Массив для вывода результата на дисплей
//Массив цифр  0   1   2   3   4   5   6   7   8   9   A   char led[] = {0x3F, 0x06, 0x5B, 0x4F, 0x66, 0x6D, 0x7D, 0x07, 0x7F, 0x6F, 0x77, //                
 B  C  D   E   F
0x7C, 0x39, 0x5E, 0x79, 0x71};
 //Определение символов 16-ричной системы счисления
 #define A 10
 #define B 11
 #define C 12
 #define D 13
 #define E 14
 #define F 15

Функция установки яркости сделана в соответствии с таблицей 10 даташита. В ней производится отправка команды с требуемой яркостью индикаторов от 0 (погасить индикаторы) до 8 (максимальная яркость).

//Установка яркости светодиодов
voidTM1640_LED_Bright(chari)
{
TM1640_Message_Start();
if(i!=0)TM1640_Message_Sendbyte(0b10001000+i-1);
elseTM1640_Message_Sendbyte(0b10000000);
TM1640_Message_Stop();
}

Иногда удобно полностью затереть все данные, отправленные на индикаторный дисплей. Для этого используем такую функцию:

//Полная очистка светодиодного индикатора
 void TM1640_clear(void)
 {
TM1640_Message_Start();
TM1640_SetPos(0);
for(char j=0;j<16;j++)TM1640_Message_Sendbyte(0x00);
TM1640_Message_Stop();  }

Здесь приведен пример поочередной отправки символов 16-разрядного кода с последующим постепенным гашением индикаторов. 

//Отправка символов 16-разрядного кода с 0 до F
TM1640_Message_Start();
TM1640_SetPos(0);
for(j=0;j<16;j++)
{
TM1640_Message_Sendbyte(led[j]);//
_delay_ms(200);
}
TM1640_Message_Stop();
//Постепенное гашение индикаторного дисплея
for(j=0;j<9;j++)
{
TM1640_LED_Bright(9-j);
_delay_ms(200);
}

Ниже представлена фотография макета на основе TM1640, собранного по схеме рис.2 (но с использованием всех выводов GRID), под управлением микроконтроллера Atmega32. Видео работы схемы, исходный код и "даташит" на микросхему имеются в приложении к статье.

Теги:

• AVR
• Микроконтроллер