实验二十三 TM1650四位数码管模块#
🌟 项目简介#
本实验带你用 Raspberry Pi Pico 控制 Keyes TM1650 四位数码管模块，实现从 0 到 9999 的自动计数显示。数码管每 0.01 秒（10 毫秒）加 1，循环滚动，直观展现数字变化过程。TM1650 是一款高度集成的 LED 驱动芯片，仅需 2 根信号线（CLK 和 DIO） 即可控制 4 位数码管，不占用 I²C 总线，也不需要额外的限流电阻，非常适合初学者快速上手。
💡 小知识：TM1650 的通信协议 类似 I²C，但不是标准 I²C——它没有地址应答（ACK）时序中的“释放SDA”动作，而是靠主控主动拉低/释放来模拟，因此我们使用 bit-banging（位操作）方式 手动模拟时序，更稳定、更可控。
⚙️ 工作原理#
TM1650 内部集成了驱动电路、数据锁存器和键盘扫描功能，本实验只使用其 LED 显示功能。
通信采用 双线串行协议（CLK 时钟线 + DIO 数据线），通过特定指令控制：
起始信号（START）：DIO 从高→低，CLK 保持高电平
停止信号（STOP）：DIO 从低→高，CLK 保持高电平
字节发送：高位在前，每发 1 位，CLK 先拉低 → 等待 → 拉高 → 等待
命令地址
0x48：表示接下来要写入的是「显示控制命令」（不是按键读取）显示命令字节格式（1 字节）：
B B B D 0 0 0 EB B B（bit6~bit4）：亮度等级（000=最亮，111=最暗）D（bit3）：小数点开关（1=点亮该位小数点）E（bit0）：显示使能（1=开启显示，0=关闭）
数据命令设置：0x48（告诉芯片：“我要控制数码管显示！”）
显示命令设置详解（1 字节）：
bit6~bit4：亮度（000 最亮 → 111 最暗）
bit3：小数点（1 = 亮）
bit0：显示开关（1 = 开）
🧰 所需材料#
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|---|---|---|---|---|
Raspberry Pi Pico 主板 ×1 |
Keyes Pico 扩展板 ×1（带防反插接口，接线更安全） |
Keyes TM1650 四位数码管模块 ×1 |
防反插 4Pin 杜邦线（含红/黑/黄/蓝）×1 |
Micro USB 数据线 ×1（用于供电+下载程序） |
✅ 提示：模块背面已标注引脚——
VCC→ 接 3.3V（⚠️ 不要接 5V！Pico IO 口耐压仅 3.3V）GND→ 接 GNDCLK→ 接 GP15（默认，可改）DIO→ 接 GP14（默认，可改）
🔌 接线图#
📌 正确接线口诀（请对照图检查）：
TM1650
VCC→ 扩展板3V3（或 Pico 的VSYS也可，但推荐3V3）TM1650
GND→ 扩展板GNDTM1650
CLK→ 扩展板GP15（即 Pico 的第 20 脚）TM1650
DIO→ 扩展板GP14（即 Pico 的第 19 脚）
✅ 安全提醒：
Pico 的 GPIO 口最大输出电流约 12mA，TM1650 模块内部已集成限流电阻，无需外接电阻；
请务必确认
VCC接的是3V3，接错5V可能永久损坏 Pico！
💻 示例代码（MicroPython）#
# Keyes Starter Kit for Raspberry Pi Pico
# 课程 23: TM1650 Four-digit Digital Tube
# 作者：Keyes 教育团队｜适配 MicroPython v1.22+
from machine import Pin
import time
# === TM1650 寄存器地址定义 ===
ADDR_DIS = 0x48 # 显示模式命令地址
ADDR_KEY = 0x49 # 按键读取命令地址（本实验未使用）
# === 亮度等级（0~7，0=最亮，7=最暗）===
BRIGHT_DARKEST = 0
BRIGHT_TYPICAL = 2
BRIGHTEST = 7
# === 数码管段码表（共阳，0~9）===
# 顺序：a b c d e f g dp → 对应 0x3F 中的每一位
NUM = [0x3f, 0x06, 0x5b, 0x4f, 0x66, 0x6d, 0x7d, 0x07, 0x7f, 0x6f]
# === 位选地址（从左到右：千位→百位→十位→个位）===
# 注意：TM1650 规定：0x68=第4位（千位），0x6a=第3位（百位），0x6c=第2位（十位），0x6e=第1位（个位）
# 我们按「显示顺序」映射为 DIG[0]→千位，DIG[1]→百位…所以反向排列：
DIG = [0x6e, 0x6c, 0x6a, 0x68] # DIG[0]=个位，DIG[1]=十位，DIG[2]=百位，DIG[3]=千位
# === 小数点状态（默认全关）===
DOT = [0, 0, 0, 0] # DOT[0]对应个位小数点，依此类推
# === 引脚定义（可自由修改！）===
clkPin = 15 # CLK 接 GP15（物理引脚 20）
dioPin = 14 # DIO 接 GP14（物理引脚 19）
clk = Pin(clkPin, Pin.OUT, value=1)
dio = Pin(dioPin, Pin.OUT, value=1)
# === 全局显示命令字（初始：亮度=2，无小数点，显示开启）===
DisplayCommand = (BRIGHT_TYPICAL << 4) | 0x01 # bit6~4=010，bit0=1 → 0x21
# === 时序函数：发送1字节数据 ===
def writeByte(wr_data):
global clk, dio
for i in range(8):
if wr_data & 0x80:
dio.value(1)
else:
dio.value(0)
clk.value(0)
time.sleep_us(1)
clk.value(1)
time.sleep_us(1)
clk.value(0)
wr_data <<= 1
# === 起始信号 ===
def start():
global clk, dio
dio.value(1)
clk.value(1)
time.sleep_us(1)
dio.value(0)
time.sleep_us(1)
# === 应答信号（TM1650 拉低DIO表示收到）===
def ack():
global clk, dio
clk.value(0)
time.sleep_us(1)
dio = Pin(dioPin, Pin.IN) # 切换为输入
# 等待芯片拉低 DIO（最多等 5ms，防死锁）
for _ in range(5000):
if dio.value() == 0:
break
time.sleep_us(1)
clk.value(1)
time.sleep_us(1)
clk.value(0)
dio = Pin(dioPin, Pin.OUT, value=1) # 切回输出
# === 停止信号 ===
def stop():
global clk, dio
dio.value(0)
clk.value(1)
time.sleep_us(1)
dio.value(1)
time.sleep_us(1)
# === 在指定位置显示单个数字（bit=1~4，num=0~9）===
def displayBit(bit, num):
global ADDR_DIS, DisplayCommand, DIG, NUM, DOT
if bit < 1 or bit > 4 or num < 0 or num > 9:
return
# 第一步：发送显示模式命令
start()
writeByte(ADDR_DIS)
ack()
writeByte(DisplayCommand)
ack()
stop()
# 第二步：发送位选地址 + 段码
start()
writeByte(DIG[bit-1]) # bit-1 → 数组索引（1→0, 2→1...）
ack()
if DOT[bit-1]:
writeByte(NUM[num] | 0x80) # 加上小数点（dp位=bit7）
else:
writeByte(NUM[num])
ack()
stop()
# === 清除某一位显示（显示为全灭）===
def clearBit(bit):
if bit < 1 or bit > 4:
return
start()
writeByte(ADDR_DIS)
ack()
writeByte(DisplayCommand)
ack()
stop()
start()
writeByte(DIG[bit-1])
ack()
writeByte(0x00) # 全灭
ack()
stop()
# === 设置亮度（0~7）===
def setBrightness(b=2):
global DisplayCommand
DisplayCommand = (DisplayCommand & 0x0f) | ((b & 0x07) << 4)
# === 设置小数点（bit=1~4，OnOff=0或1）===
def displayDot(bit, OnOff):
if bit < 1 or bit > 4:
return
if OnOff:
DOT[bit-1] = 1
else:
DOT[bit-1] = 0
# === 开启/关闭整个数码管显示 ===
def displayOnOFF(OnOff=1):
global DisplayCommand
if OnOff:
DisplayCommand |= 0x01
else:
DisplayCommand &= 0xfe
# === 初始化数码管：设亮度、关小数点、开启显示、清屏 ===
def initDigitalTube():
setBrightness(2) # 中等亮度
displayOnOFF(1) # 开启显示
for i in range(4): # 清除全部4位
clearBit(i+1)
# === 显示一个0~9999的整数（自动补零，如 7 → "0007"）===
def showNum(num):
if num < 0:
num = 0
if num > 9999:
num = 9999
# 个位
displayBit(1, num % 10)
# 十位
if num >= 10:
displayBit(2, (num // 10) % 10)
# 百位
if num >= 100:
displayBit(3, (num // 100) % 10)
# 千位
if num >= 1000:
displayBit(4, num // 1000)
# === 主程序开始 ===
initDigitalTube()
while True:
for i in range(0, 10000):
showNum(i)
time.sleep_ms(10) # 每次显示10毫秒，实现0.01秒刷新
📝 代码解析（小学生也能懂！）#
代码片段 |
说明 |
|---|---|
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这是「数字形状密码表」：比如 |
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这是「位置密码表」： |
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就像说：“请在个位（bit=1）显示数字 5！” |
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自动拆解成：个位=3、十位=2、百位=1、千位=0 → 分别调用 |
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让每个数字“停留”10 毫秒，人眼看起来就是流畅滚动（太快会闪烁，太慢像幻灯片）。 |
✅ 小技巧：想让数字变亮？把
setBrightness(2)改成setBrightness(0)；想关掉显示？加一行displayOnOFF(0)。
✅ 实验现象#
接线无误、程序烧录成功后：
✅ 上电瞬间，4 位数码管短暂全亮 → 快速清屏 → 开始从 0000 缓慢递增；
✅ 每 0.01 秒跳 1 个数字（0000 → 0001 → 0002 … 9999 → 0000 循环）；
✅ 若某位不亮，请检查 DIG 数组顺序、NUM 段码是否匹配共阳极、或 VCC 是否接对 3.3V。
⚠️ 注意事项（安全第一！）#
🔌 电源必须用
3V3！ TM1650 模块标称 3.3V～5.5V，但 Pico 的 GPIO 口只能承受 3.3V，若将模块VCC接到5V引脚，可能击穿 Pico！🧩 模块方向别接反：查看模块丝印，
VCC在左上角，GND在右上角（与扩展板接口一致）；🐞 常见问题排查：
全黑？→ 检查
VCC/GND是否接反、displayOnOFF(1)是否执行、DisplayCommand最低位是否为 1；乱码？→ 检查
NUM数组是否抄错、DIG顺序是否与硬件位选匹配；卡住不动？→ 检查
CLK/DIO是否接错引脚，或time.sleep_ms(10)是否被误删。
🧠 扩展思维#
如果想让数码管显示当前时间（小时:分钟），而不是从 0 开始计数，你打算怎么修改 showNum() 和主循环？（提示：可用 time.localtime() 获取系统时间）