STM32驱动TM1628实战解析

STM32驱动TM1628实战指南

最新推荐文章于 2025-11-04 10:32:57 发布

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#STM32 #TM1628 #LED驱动 #按键扫描 #GPIO模拟 #I²C协议

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基于STM32的TM1628驱动与按键控制技术深度解析

在设计一个家用电器控制面板时，你是否曾为有限的GPIO资源而头疼？比如使用STM32F103C8T6这类小封装MCU，既要驱动8位数码管，又要采集十几个按键，传统方式动辄需要二三十个引脚，几乎无法实现。更别提主控还得抽时间做动态扫描、处理按键抖动——CPU负载居高不下，系统响应迟缓。

这时候，专用LED驱动+键盘扫描芯片的价值就凸显出来了。TM1628正是这样一款“低调但高效”的国产外围芯片，它能用仅仅三根线，帮你搞定最多64颗LED和16个按键的管理任务。而将它与STM32结合，不仅大幅简化硬件设计，还能让主控从繁琐的I/O操作中彻底解放。

为什么选择 TM1628？

TM1628 是点晶科技（Titan Micro Electronics）推出的一款高度集成的LED驱动与键盘扫描控制器。它支持 8×8位静态RAM映射 ，每个bit对应一个LED状态，可驱动8位共阴极数码管或独立排列的64颗LED。同时内置 8行×2列矩阵按键扫描引擎 ，具备自动去抖、低功耗唤醒等功能。

其通信接口采用类似I²C的三线制协议：
- STB （片选）
- SCLK （时钟）
- DIO （双向数据）

虽然不是标准I²C，但协议简洁、易于模拟，非常适合资源受限的MCU如STM32系列进行软件模拟通信。工作电压范围宽至2.4V~5.5V，兼容3.3V和5V系统，在空调、微波炉、饮水机等家电产品中已有广泛应用。

更重要的是，它的设计理念非常清晰： 把重复性高、实时性强的任务交给专用硬件完成 。显示刷新由内部电路自主循环执行，无需主控干预；按键扫描每约16ms自动运行一次，并内建两级检测防误触。这种“写入即忘”的模式，极大提升了系统的稳定性和响应效率。

它是怎么工作的？

显示驱动：写一次，亮很久

TM1628内部有一块8×8的显示RAM，地址从0x00到0x3F，共64bit。每一个bit控制一个段或位选线的状态。例如，若要让第一位数码管显示“0”，你需要向对应的8个bit写入 0x3F （假设a~g+dp顺序）。

关键在于，一旦数据写入，后续的动态扫描完全由TM1628自己完成。这意味着STM32只需要在需要更新内容时发送一次数据包，之后不管主控在跑FreeRTOS任务还是进低功耗待机，显示都不会熄灭——这和传统MCU定时翻转GPIO的方式有本质区别。

亮度调节通过PWM实现，支持8级亮度控制（命令 0x88 ~ 0x8F ），底层是1/16占空比的脉冲调制，调节的是整体驱动强度，而不是靠主控快速开关来模拟灰度。

按键扫描：自带去抖，不怕手抖

按键部分采用行列扫描机制，8条行线（K1-K8）作为输出，2条列线（R1-R2）作为输入。芯片每隔约16ms主动拉低每一行，读取两列的状态，形成16路按键输入（8×2=16）。

最实用的设计是其 内置去抖逻辑 ：只有当某键连续两次扫描结果一致时，才会被认定为有效按下。这个过程不需要主控参与，避免了常见的“一按触发多次”问题。开发者只需定期轮询键值寄存器即可获取当前按键状态。

不过要注意，该芯片不支持全键无冲，最多识别两个同时按下的按键，且存在一定的鬼影风险（ghosting）。因此不适合用于全键盘类应用，但对于家电控制、参数调节等场景已绰绰有余。

通信协议：简单却不容错

尽管看起来像I²C，但TM1628使用的是私有协议，没有设备地址，也不支持多机并联（除非使用多个STB信号分时选通）。整个通信流程分为几个基本阶段：

启动传输 ：拉低STB
发送命令字节 ：如 0x40 表示进入“自动地址递增写模式”
发送起始地址 ：如 0xC0 表示从RAM地址0x00开始写
连续写入数据 ：最多8字节
释放STB ：拉高结束传输

读操作稍复杂一些，因为DIO需要切换方向：
- 先发读命令 0x42
- 再发地址 0x00
- 然后将DIO设为输入模式
- 在SCLK上升沿逐位读取数据

这里有个容易忽略的细节： DIO必须在读操作前切换为输入模式，并加上拉电阻 ，否则可能因电平悬空导致读回错误数据。我们曾在实际项目中遇到过因未加4.7kΩ上拉而导致按键始终返回0xFF的问题，排查良久才发现是硬件疏漏。

如何用STM32驱动它？

下面是基于HAL库的轻量级驱动实现，适用于任何STM32型号，无需依赖硬件SPI/I²C模块，完全通过GPIO模拟时序完成。

// tm1628.h
#ifndef __TM1628_H
#define __TM1628_H

#include "stm32f1xx_hal.h"

// 引脚定义（根据PCB连接修改）
#define TM1628_STB_GPIO_PORT    GPIOB
#define TM1628_STB_PIN          GPIO_PIN_12
#define TM1628_SCLK_GPIO_PORT   GPIOB
#define TM1628_SCLK_PIN         GPIO_PIN_13
#define TM1628_DIO_GPIO_PORT    GPIOB
#define TM1628_DIO_PIN          GPIO_PIN_14

void TM1628_Init(void);
void TM1628_WriteDisplay(uint8_t addr, uint8_t* data, uint8_t len);
void TM1628_SetBrightness(uint8_t level); // 0~7
uint8_t TM1628_ReadKey(void);

#endif

// tm1628.c
#include "tm1628.h"

static void delay_us(uint16_t us) {
    uint32_t i = us * (SystemCoreClock / 1000000 / 3); // 近似延时
    while (i--) __NOP();
}

static void DIO_Output_Mode(void) {
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
    GPIO_InitStruct.Pin = TM1628_DIO_PIN;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
    HAL_GPIO_Init(TM1628_DIO_GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct);
}

static void DIO_Input_Mode(void) {
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
    GPIO_InitStruct.Pin = TM1628_DIO_PIN;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;
    HAL_GPIO_Init(TM1628_DIO_GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct);
}

void TM1628_WriteByte(uint8_t data) {
    for (int i = 0; i < 8; i++) {
        HAL_GPIO_WritePin(TM1628_SCLK_GPIO_PORT, TM1628_SCLK_PIN, GPIO_PIN_RESET);
        delay_us(1);

        if (data & 0x01)
            HAL_GPIO_WritePin(TM1628_DIO_GPIO_PORT, TM1628_DIO_PIN, GPIO_PIN_SET);
        else
            HAL_GPIO_WritePin(TM1628_DIO_GPIO_PORT, TM1628_DIO_PIN, GPIO_PIN_RESET);

        delay_us(1);
        HAL_GPIO_WritePin(TM1628_SCLK_GPIO_PORT, TM1628_SCLK_PIN, GPIO_PIN_SET);
        delay_us(1);

        data >>= 1;
    }
}

uint8_t TM1628_ReadByte(void) {
    uint8_t data = 0;

    DIO_Input_Mode();

    for (int i = 0; i < 8; i++) {
        HAL_GPIO_WritePin(TM1628_SCLK_GPIO_PORT, TM1628_SCLK_PIN, GPIO_PIN_RESET);
        delay_us(1);

        data >>= 1;
        if (HAL_GPIO_ReadPin(TM1628_DIO_GPIO_PORT, TM1628_DIO_PIN))
            data |= 0x80;

        HAL_GPIO_WritePin(TM1628_SCLK_GPIO_PORT, TM1628_SCLK_PIN, GPIO_PIN_SET);
        delay_us(1);
    }

    DIO_Output_Mode();
    return data;
}

void TM1628_Init(void) {
    __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();

    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
    GPIO_InitStruct.Pin = TM1628_STB_PIN | TM1628_SCLK_PIN | TM1628_DIO_PIN;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
    HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);

    // 默认拉高
    HAL_GPIO_WritePin(TM1628_STB_GPIO_PORT, TM1628_STB_PIN, GPIO_PIN_SET);
    HAL_GPIO_WritePin(TM1628_SCLK_GPIO_PORT, TM1628_SCLK_PIN, GPIO_PIN_SET);
    HAL_GPIO_WritePin(TM1628_DIO_GPIO_PORT, TM1628_DIO_PIN, GPIO_PIN_SET);

    // 初始化：设置自动地址递增模式
    HAL_GPIO_WritePin(TM1628_STB_GPIO_PORT, TM1628_STB_PIN, GPIO_PIN_RESET);
    TM1628_WriteByte(0x40);
    HAL_GPIO_WritePin(TM1628_STB_GPIO_PORT, TM1628_STB_PIN, GPIO_PIN_SET);

    TM1628_SetBrightness(7); // 最亮
}

void TM1628_WriteDisplay(uint8_t addr, uint8_t* data, uint8_t len) {
    // 步骤1：设置自动写模式
    HAL_GPIO_WritePin(TM1628_STB_GPIO_PORT, TM1628_STB_PIN, GPIO_PIN_RESET);
    TM1628_WriteByte(0x40);
    HAL_GPIO_WritePin(TM1628_STB_GPIO_PORT, TM1628_STB_PIN, GPIO_PIN_SET);

    // 步骤2：发送地址 + 写数据
    HAL_GPIO_WritePin(TM1628_STB_GPIO_PORT, TM1628_STB_PIN, GPIO_PIN_RESET);
    TM1628_WriteByte(0xC0 | (addr & 0x3F));
    for (int i = 0; i < len; i++) {
        TM1628_WriteByte(data[i]);
    }
    HAL_GPIO_WritePin(TM1628_STB_GPIO_PORT, TM1628_STB_PIN, GPIO_PIN_SET);
}

void TM1628_SetBrightness(uint8_t level) {
    uint8_t cmd = 0x88 | (level & 0x07);
    HAL_GPIO_WritePin(TM1628_STB_GPIO_PORT, TM1628_STB_PIN, GPIO_PIN_RESET);
    TM1628_WriteByte(cmd);
    HAL_GPIO_WritePin(TM1628_STB_GPIO_PORT, TM1628_STB_PIN, GPIO_PIN_SET);
}

uint8_t TM1628_ReadKey(void) {
    uint8_t key = 0;

    HAL_GPIO_WritePin(TM1628_STB_GPIO_PORT, TM1628_STB_PIN, GPIO_PIN_RESET);
    TM1628_WriteByte(0x42); // 读键值命令
    HAL_GPIO_WritePin(TM1628_STB_GPIO_PORT, TM1628_STB_PIN, GPIO_PIN_SET);

    HAL_GPIO_WritePin(TM1628_STB_GPIO_PORT, TM1628_STB_PIN, GPIO_PIN_RESET);
    TM1628_WriteByte(0x00); // 起始地址
    key = TM1628_ReadByte();
    HAL_GPIO_WritePin(TM1628_STB_GPIO_PORT, TM1628_STB_PIN, GPIO_PIN_SET);

    return key;
}

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