7セグLEDドライバーTM1637レビュー

今回の記事はI2Cっぽい7セグLEDドライバー【TM1637】の紹介と動作確認になります。

以前に同じような信号線タイプの7セグLEDドライバ【TM1630】というものを紹介しましたが、TM1637は同じ系統のドライバになります。

中華製7セグ5桁LED表示機コントロールICのTM1630の紹介です。回路図からArduinoコードを紹介しています。最後に自作のライブラリも紹介していますのでよかったらどうぞです。

■　TM1630とTM1637の比較

	TM1630	TM1637
制御LED数	7セグメント5段 or 8セグメント4段	8セグメント6段
輝度調整	8bit	8bit
通信インターフェース	CLK, STB, DIO	CLK, DIO
スレーブアドレス	なし	なし
定格電圧	５V	5V
ACK確認	なし	あり

(注意)3Vでも動きますが、青色ニキシー管を使用する場合は電圧降下が3Vなので5Vを使用しなければなりません。

TM1637概要
TM1637をライブラリ無して使ってみる
おわりに
参考

TM1637概要

前項のTM1630との比較からわかるように【桁数が8セグメント6桁とTM1630にくらべて+2桁】されています。

また、信号線に関してもTM1630と比較してSTB線が廃止されデータとクロックのみとなっています。

以前紹介したTM1630ではデータとクロックのやり取りで1バイトづつデータおよび制御コマンドを送って、STBの立ち上げによりデータ・制御コマンドの区切りを行っていました。

つまり、TM1630側から受信の確認(ACK)は受け取ることなく一方的な通信(UDPタイプ)で表示機の制御を行っていたということになります。

UDP(User Datagram Protocol )送ったデータが相手に届いたか確認しないで通信するやり方

一方のTM1637に関してはほぼI2Cと同じデータ制御方式を取られています(スレーブアドレスは無いのでBUS接続はできません)。

以下にデータシートから引っ張ってきた通信のタイムチャートを載せます(メーカーの透かしが入っていて見にくいですね、、、)

通信の開始はI2Cと同じくスタートコンディション(クロックがHIGHの時にデータがHIGH⇒LOW)によって開始されます。データの送信単位は1バイトです。

データの8ビット目が送信終了(第8クロックの立下り)したらTM1637チップ内部でACK信号が生成され、このACK信号によりデータがLOWレベルとなります(第9クロック)

TM1637をライブラリ無して使ってみる

動作確認として、TM1637をライブラリ無しで使用していきたいと思います。

今回はチップ単体で使用しないで4桁の7セグLEDモジュールを使用しますね。(7セグLEDの配線がめんどくさいので、、、）

イニシャライズフロー

TM1630もそうでしたが、7セグの表示方法として【固定アドレスモード】と【移動アドレスモード】の2パターンが存在します。

表示モード

固定アドレスモード：表示データを送るたびに7セグのアドレスを指定する
移動アドレスモード：表示データを送るたびに7セグのアドレスがインクリメントされる

今回は【固定アドレスモード】で進めていきたいと思います。

イニシャライズフローは以下の通りです。なお、キースキャンは使用しません。

データコマンドセッティング(Command1)

まずは、TM1637を書き込みモードに設定する必要があります。

設定マトリクスは以下になっており、B1, B0を01または1１に設定することはできません。

※今回は以下の表の赤で塗りつぶした設定で進めます(0b01000100)

B7	B6	B5	B4	B3	B2	B1	B0	機能	備考
0	1	ゼロを入れます				0	0	書き込みまたは読み取り設定	書き込みモード
0	1					1	0	書き込みまたは読み取り設定	キーデータ読み取りモード
0	1				0			アドレスモード設定	移動アドレスモード
0	1				1			アドレスモード設定	固定アドレスモード
0	1			0				テストモード設定	ノーマルモード
0	1			1				テストモード設定	テストモード

イニシャルアドレス設定(Command2)

表示機のアドレスははB7, B6を11とすることで設定できます。今回は4桁【C0H~C3H】に表示したいと思います。(0b11000001)。

B7	B6	B5	B4	B3	B2	B1	B0	ディスプレイアドレス
1	1	ゼロを入れます		0	0	0	0	C0H
1	1			0	0	0	1	C1H
1	1			0	0	1	0	C2H
1	1			0	0	1	1	C3H
1	1			0	1	0	0	C4H
1	1			0	1	0	1	C5H

表示データの設定(data)

表示データの設定はSEG1~SEG8のビットを設定(1バイト)することで任意のLEDを表示することが出来ます。なお、データの送信はLSBからMSBで送信する必要があります。

SEG1	SEG2	SEG3	SEG4	SEG5	SEG6	SEG7	SEG8
B7	B6	B5	B4	B3	B2	B1	B0

ちなみに表示機にデータを送る際井の各セグメントのビットは下記のようになっています。

(注)間のコロンは2桁目の8bit目に割り当てられているようです。

例えば、”ACEF”と表示したいときは下記のようになります。

0b01110111; // A
0b00111001; // C
0b01111001; // E
0b01110001; // F

ディスプレイコントロールコマンド

7セグLEDの輝度調整(パルス変調)と表示ON/OFFの設定になります。

B7, B6を10とすることで設定可能です。今回はパルスは2/16としました。

B7	B6	B5	B4	B3	B2	B1	B0	機能	備考
1	0	ゼロを入れます			0	0	0	Pulse Width	1/16
1	0				0	0	1		2/16
1	0				0	1	0		4/16
1	0				0	1	1		6/16
1	0				1	0	0		8/16
1	0				1	0	1		10/16
1	0				1	1	0		12/16
1	0				1	1	1		14/16
1	0			0				ON/OFF	ディスプレイOFF
1	0			1				ON/OFF	ディスプレイON

コード(ライブラリ不使用)

今回はライブラリ不使用で通信を行います。基本的にはI2C1バイトづつの通信になります。関数としては下記を作成して制御コマンド, 表示データを送信する感じです。

関数

スタートコンディション：CLKがHIGHの時にDIOを立ち下げる
ストップコンディション：CLKがHIGHの時にDIOを立ち上げる
1バイト送信関数：1bitずつのデータ書き込み(CLKのLOWの時)&ACK確認

const uint8_t Mode=   0b01000100;//固定アドレスモード
const uint8_t ADR=    0b11000000;//1桁目アドレス
const uint8_t Dcont=  0b10001111;//Pulse width is set as 2/16 & ON
const uint8_t num[4]= {0b01110111, 0b00111001, 0b01111001, 0b01110001};//ACEF 
const uint8_t CLK=12, DIO=13;

void setup() {    
  S();
  writeByte(Mode);
  E();
  //1桁目描画データ
  S();
  writeByte(ADR);
  writeByte(num[0]);
  E();
  //2桁目描画データ
  //8bit目はコロン
  S();
  writeByte(ADR|1);
  writeByte(num[1]|0b10000000);
  E();
  //3桁目描画データ
  S();
  writeByte(ADR|2);
  writeByte(num[2]);
  E();
  //4桁目描画データ
  S();
  writeByte(ADR|3);
  writeByte(num[3]);
  E();
  S();
  writeByte(Dcont);
  E();
}

void loop() {

}

//スタートコンディション
void S()
{
  pinMode(CLK, INPUT);
  delayMicroseconds(100);
  pinMode(DIO, INPUT);
  delayMicroseconds(100);
  pinMode(DIO, OUTPUT);
  delayMicroseconds(100);
}
//ストップコンディション
void E()
{
  pinMode(DIO, OUTPUT);
  delayMicroseconds(100);
  pinMode(CLK, INPUT);
  delayMicroseconds(100);
  pinMode(DIO, INPUT);
  delayMicroseconds(100);
}


bool writeByte(uint8_t b)
{
  uint8_t data = b;

  // 1バイトデータ
  for(uint8_t i = 0; i < 8; i++) {
    // CLK low　データの送信はクロックがLOWの時に行う
    pinMode(CLK, OUTPUT);
    delayMicroseconds(100);

  // ビットセット
    if (data & 0x01)
      pinMode(DIO, INPUT);
    else
      pinMode(DIO, OUTPUT);

    delayMicroseconds(100);

  // CLK high　1ビットのデータの区切り
    pinMode(CLK, INPUT);
    delayMicroseconds(100);
    data = data >> 1;
  }

  // ACK信号待ち
  pinMode(CLK, OUTPUT);
  pinMode(DIO, INPUT);
  delayMicroseconds(100);

  // CLKをHIGHにすることでACK解除
  pinMode(CLK, INPUT);
  delayMicroseconds(100);
  uint8_t ack = digitalRead(DIO);
  if (ack == 0)
    pinMode(DIO, OUTPUT);


  delayMicroseconds(100);
  pinMode(CLK, OUTPUT);
  delayMicroseconds(100);

  return ack;
}

100

101

102

103

104

105

const uint8_t Mode= 0b01000100;//固定アドレスモード

const uint8_t ADR= 0b11000000;//1桁目アドレス

const uint8_t Dcont= 0b10001111;//Pulse width is set as 2/16 & ON

const uint8_t num[4]= {0b01110111, 0b00111001, 0b01111001, 0b01110001};//ACEF

const uint8_t CLK=12, DIO=13;

void setup() {

S();

writeByte(Mode);

E();

//1桁目描画データ

S();

writeByte(ADR);

writeByte(num[0]);

E();

//2桁目描画データ

//8bit目はコロン

S();

writeByte(ADR|1);

writeByte(num[1]|0b10000000);

E();

//3桁目描画データ

S();

writeByte(ADR|2);

writeByte(num[2]);

E();

//4桁目描画データ

S();

writeByte(ADR|3);

writeByte(num[3]);

E();

S();

writeByte(Dcont);

E();

}

void loop() {

}

//スタートコンディション

void S()

{

pinMode(CLK, INPUT);

delayMicroseconds(100);

pinMode(DIO, INPUT);

delayMicroseconds(100);

pinMode(DIO, OUTPUT);

delayMicroseconds(100);

}

//ストップコンディション

void E()

{

pinMode(DIO, OUTPUT);

delayMicroseconds(100);

pinMode(CLK, INPUT);

delayMicroseconds(100);

pinMode(DIO, INPUT);

delayMicroseconds(100);

}

bool writeByte(uint8_t b)

{

uint8_t data = b;

// 1バイトデータ

for(uint8_t i = 0; i < 8; i++) {

// CLK low　データの送信はクロックがLOWの時に行う

pinMode(CLK, OUTPUT);

delayMicroseconds(100);

// ビットセット

if (data & 0x01)

pinMode(DIO, INPUT);

else

pinMode(DIO, OUTPUT);

delayMicroseconds(100);

// CLK high　1ビットのデータの区切り

pinMode(CLK, INPUT);

delayMicroseconds(100);

data = data >> 1;

}

// ACK信号待ち

pinMode(CLK, OUTPUT);

pinMode(DIO, INPUT);

delayMicroseconds(100);

// CLKをHIGHにすることでACK解除

pinMode(CLK, INPUT);

delayMicroseconds(100);

uint8_t ack = digitalRead(DIO);

if (ack == 0)

pinMode(DIO, OUTPUT);

delayMicroseconds(100);

pinMode(CLK, OUTPUT);

delayMicroseconds(100);

return ack;

}

なお、PinModeをINPUTとOUTPUTで可変することでピンのインピーダンスを変えてHIGHとLOWを作り出しています。

pinMode

INPUT:高インピーダンスとなりHIGH論理となります

OUTPUT:低インピーダンスとなりLOW論理となります

また、ACKは8bit目のクロックの立下り時に生成され、自動的にDIOをLowレベルに立ち下げます。そして、9bit目のクロックの立ち上がり時にACKの立ち下げは解除されます。

実際に表示させてみました。

おわりに

今回はI2Cっぽい通信方式を採用しているLEDドライバTM1630の紹介でした。

実際使ってみると、かなり使いやすいですね。しかもモジュール化されているものであれば配線もしなくてすみますしとても便利です。

実際使用するときはライブラリを使用した方がもっといろいろできると思いますが、やっぱり初めはNOライブラリでという事で今回の記事でした。

ではでは～

参考

TM1637データシート

【TM1637】I2Cライクな7セグメントLEDドライバの紹介

7セグLEDドライバーTM1637レビュー

TM1637概要

TM1637をライブラリ無して使ってみる

イニシャライズフロー

データコマンドセッティング(Command1)

イニシャルアドレス設定(Command2)

表示データの設定(data)

ディスプレイコントロールコマンド

コード(ライブラリ不使用)

おわりに

参考

コメント