硬件SPI驱动TM1640

mmxx2015 · 发表于 2023-5-7 17:38:22

TM1640 是一种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 驱动等电路。本产品性能优良，质量可靠。主要应用于电子产品LED显示屏驱动。采用SOP28的封装形式。

本文仅以驱动TM1640为例，实际上，知道原理后，很容易扩展到其它类似芯片，如TM1668、TM1621等。

TM1640连续写时序如下图：

这个时序既不是I2C，也不是SPI，但是，一部分像I2C，有Start、Stop，一部分像SPI。
要实现这个控制时序，有2个要点：数据在时钟低电平时改变；时钟高电平时间至少维持1μS。控制这种芯片，一般做法是纯软件照时序图控制，但是，那样会消耗很多CPU时间。

对于有硬件SPI接口的芯片来说，只要简单变通一下，就可以用软硬结合的办法控制TM1640，大大减少CPU时间占用。

大部分芯片SPI时序图是这样，只需控制通讯速率就能满足TM1640控制时序。

不过，有的芯片SPI时序是这样，需要硬件上处理一下才能满足TM1640控制时序。

控制要点：
（1）确保数据在时钟低电平时改变数据，对于那些SPI接口在时钟高电平时改变数据的芯片，在时钟线加RC积分电路把时钟上升沿推后，确保数据在时钟低电平时改变。

部分RC参数测试结果如下：

（2）初始化时不使能SPI，只需用一般GPIO方式控制MOSI和SCLK输出高电平。
（3）开始发送数据时，用一般GPIO方式控制MOSI和SCLK输出高电平输出一个启动信号（MOSI输出电平一会后SCLK输出低电平）。
（4）SPI接口初始化配置为：先发送数据低位、CPOL=0、CPHA=1（空闲时时钟=低电平，数据在第二个边沿采样），使能SPI，使能SPI中断（数据量不多，DMA意义不大），发送Command1：设置数据。
（5）在SPI中断服务程序中禁用SPI，用一般GPIO方式控制MOSI和SCLK输出一个停止信号和一个启动信号，然后使能SPI，发送Command2：设置地址。
（6）中断方式继续发送数据直到显示数据发送完成。
（7）最后一个字节显示数据发送完成后的SPI中断禁用SPI，用一般GPIO方式控制MOSI和SCLK输出一个停止信号和一个启动信号，然后使能SPI，发送Command3：控制显示。
（8）发送Command3后的SPI中断禁用SPI，用一般GPIO方式控制MOSI和SCLK输出一个停止信号，一次显示数据输出完成。

上述处理信号时序如下：

实际信号如下：

扩展应用
对像TM1668那样多了STB通讯线的芯片，只需在输出STB信号的地方禁用SPI，输出STB信号，然后使能SPI继续通讯即可。

对需要一个前导位+8数据位的SPI通讯，只需禁用SPI，输出前导位，然后再使能SPI发送8位数据即可。

22楼更新代码：

北斗 · 发表于 2023-5-7 17:53:15

LZ高手，研究的狗透彻

fqxxqwy · 发表于 2023-5-7 18:03:23

这才是真正研究到位的！赞！！

慕名而来 · 发表于 2023-5-7 21:04:41

楼主你好，关于本帖中的最后一个时序图片的实现，我曾经也想利用I/O模拟发送D/CX加硬件SPI的方式实现，但是用STC单片机弄了很久未能实现，因为想不到可以用阻容延时来改变起始电平状态所以一直未能实现，很希望楼主能贴一段STC单片机适用的关于这种type c时序的硬件SPI代码来学习一下，先谢了。

广东梁百万 · 发表于 2023-5-7 21:49:39

TM1640是好东西，我开始买了5片作验证，成功后又买了20片作备用。

看我的程序 https://www.mydigit.cn/thread-378745-1-1.html

mmxx2015 · 发表于 2023-5-7 22:20:34

慕名而来发表于 2023-5-7 21:04
楼主你好，关于本帖中的最后一个时序图片的实现，我曾经也想利用I/O模拟发送D/CX加硬件SPI的方式实现，但是 ...

如果要控制的设备也是SPI接口只是多一位数据的话，是不需要加RC延时的，只需程序上加一位数据即可。我手上没有需要9位格式的通讯的芯片，有空我写一段你试下能不能用。

inthsunshine · 发表于 2023-5-7 23:27:03

其实还是io模拟更好，类似i2c, 这种读写数据量很小，也只有键盘扫描或者显示更新才会运行，基本不消耗什么资源, 大可不必简单问题复杂化

spi资源更珍贵，稍微做个复杂点的，spi口都不够用，64/100脚的stm32通常3个spi, 有些spi还会别的复用冲突

595953427@qq · 发表于 2023-5-8 00:15:18

反复看了这个帖子，一直不明白用硬件SPI驱动TM1640的意义是什么，TM1640的数据量不大，对速度要求不高，任意单片机用IO模拟就完全可以了，本身就不是标准的IIC，也不是标准的SPI。

mmxx2015 · 发表于 2023-5-8 01:43:33

inthsunshine 发表于 2023-5-7 23:27
其实还是io模拟更好，类似i2c, 这种读写数据量很小，也只有键盘扫描或者显示更新才会运行，基本不消耗什么 ...

本文只是一种方法来讲，当SPI接口紧缺而且有更重要的用途，当然要取舍，如果空闲，为什么不用呢？

mmxx2015 · 发表于 2023-5-8 01:54:38

595953427@qq 发表于 2023-5-8 00:15
反复看了这个帖子，一直不明白用硬件SPI驱动TM1640的意义是什么，TM1640的数据量不大，对速度要求不高，任 ...

我个人的习惯是，能用硬件接口通讯就不用软件模拟，就这个TM1640来说，刚开始不加RC电路之前无法点亮，已用软件模拟方式点亮了，但这不是我想要的，于是，想出了这种方法。

595953427@qq · 发表于 2023-5-8 08:30:30

mmxx2015 发表于 2023-5-8 01:54
我个人的习惯是，能用硬件接口通讯就不用软件模拟，就这个TM1640来说，刚开始不加RC电路之前无法点亮，已 ...

我的看法完全相反，能用IO模拟解决的就不用硬件解决，除非数据量大，速度要快，要用DMA，否则就用IO模拟

inthsunshine · 发表于 2023-5-8 09:38:20

mmxx2015 发表于 2023-5-8 01:43
本文只是一种方法来讲，当SPI接口紧缺而且有更重要的用途，当然要取舍，如果空闲，为什么不用呢？ ...

不过从你的操作过程看，远比io模拟更复杂，一会开中断一会关中断；IO模式一会复用，一会通用，硬件上还要加RC, RC取值还有讲究

mmxx2015 · 发表于 2023-5-8 10:00:21

本帖最后由 mmxx2015 于 2023-5-8 10:01 编辑

inthsunshine 发表于 2023-5-8 09:38
不过从你的操作过程看，远比io模拟更复杂，一会开中断一会关中断；IO模式一会复用，一会通用，硬件上还 ...

不用关中断啊，只需在中断中禁用SPI，发完stop、start再使能SPI。
RC的值是可以大概计算的。

慕名而来 · 发表于 2023-5-8 11:11:08

mmxx2015 发表于 2023-5-7 22:20
如果要控制的设备也是SPI接口只是多一位数据的话，是不需要加RC延时的，只需程序上加一位数据即可。我手 ...

多谢，期待看到你的代码，其实我的这个三线spi屏也已经驱动成功很久了，现在使用中的是通过可寻址位变量逐位输出模拟SPI的模式，用STC硬件驱动也测试成功了只是需要发送两次8位数据，一直想通过I/O模拟一位数据+8位SPI硬件的模式驱动却无法实现，看到你的实验又勾起了我的兴趣想再玩一玩。我现在用的代码如下，这个代码看似复杂其实效率是很高的，STC8H8K64TL单片机时钟频率超过22M就无法通讯了，这种C接口的屏幕貌似通讯速度快不起来的。