C++趣味编程玩转物联网：用树莓派Pico控制四位数码管

数码管是一种常用的数字显示器件，广泛应用于电子时钟、记分牌和智能设备显示界面。在本项目中，我们将通过树莓派Pico板控制一个四位数码管模块，展示从 0000 到 9999 的数字动态显示。这不仅是一次硬件和软件结合的实践，还可以帮助初学者深入理解嵌入式系统中的显示技术。

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项目背景与目标

四位数码管模块因其价格低廉、显示清晰而被广泛使用。通过这个项目，学习者将掌握以下知识：

• 数码管的基本原理与硬件结构。
• TM1650芯片的工作方式及其在数码管控制中的应用。
• 使用树莓派Pico与Arduino编程实现动态数字显示。

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项目所需元件

• 树莓派Pico开发板 × 1
• 树莓派Pico扩展板 × 1
• 四位数码管模块（TM1650驱动芯片） × 1
• 4P 转杜邦线 × 1
• USB数据线 × 1

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硬件知识：TM1650四位数码管

TM1650的特性

TM1650是一款用于驱动四位共阳数码管的芯片，具备以下特性：

• 支持2线制通信（CLK和DIO），简化了电路连接。
• 兼容3.3V和5V电平，适合多种微控制器平台。
• 支持亮度调节和点阵显示，功能丰富。

模块规格

• 工作电压：DC 3.3V-5V
• 最大电流：100mA
• 最大功率：0.5W

模块原理

TM1650通过CLK（时钟）和DIO（数据）与主控芯片通信，发送控制信号，实现数码管的段选与位选操作。

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电路连接与TM1650库配置

电路连接

• CLK引脚（时钟信号）：连接至树莓派Pico的GP21。
• DIO引脚（数据信号）：连接至树莓派Pico的GP20。
• VCC与GND：分别连接至树莓派Pico的电源引脚（3.3V和GND）。

电路图

连线图

TM1650库的安装

在Arduino IDE中添加TM1650库以简化驱动代码：

1. 点击“项目” > “加载库” > “添加 .ZIP 库”。
2. 导入 TM1650.ZIP 文件，完成库的安装。

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核心代码实现

以下代码实现了四位数码管从 0000 到 9999 的动态显示：

#include "TM1650.h"const int CLK = 21;    // 时钟引脚
const int DIO = 20;    // 数据引脚TM1650 DigitalTube(CLK, DIO);void setup() {// 设置亮度 (0 到 7，默认值为2)// DigitalTube.setBrightness(2); // 开启显示DigitalTube.displayOnOFF(1); // 1=打开, 0=关闭// 清除所有位数据for (char b = 1; b < 5; b++) {DigitalTube.clearBit(b);}
}void loop() {for (int num = 0; num < 10000; num++) {int thousands = (num / 1000) % 10;int hundreds = (num / 100) % 10;int tens = (num / 10) % 10;int units = num % 10;// 显示每一位的数字DigitalTube.displayBit(1, thousands);DigitalTube.displayBit(2, hundreds);DigitalTube.displayBit(3, tens);DigitalTube.displayBit(4, units);delay(500); // 每次更新延时500ms}
}

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代码解析

1. 库初始化

   • TM1650 DigitalTube(CLK, DIO)：通过时钟与数据引脚初始化TM1650芯片。

2. 清除与亮度设置

   • DigitalTube.clearBit(b)：清除指定位的数据。
   • DigitalTube.setBrightness(2)：设置亮度级别，0为最暗，7为最亮。

3. 数字显示

   • 使用 DigitalTube.displayBit() 指定每个位的数字值。

4. 动态显示逻辑

   • 通过取模与整除操作分解整数的每个位数字，实现 0000 至 9999 的逐次递增显示。

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项目现象

代码成功上传并运行后，四位数码管将依次显示从 0000 到 9999 的数字，并循环显示。这一现象直观展示了数码管的基本功能与TM1650的强大控制能力。

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技术扩展与优化

1. 动态亮度调节 增加按键输入，实时调整数码管亮度：

   DigitalTube.setBrightness(buttonValue);

2. 增加显示内容 配合传感器，实时显示环境温湿度、时间等动态数据。

3. 低功耗优化 使用睡眠模式降低功耗，适合便携设备应用。

4. 多位数码管扩展 利用多个TM1650模块，实现多行数字显示或图案。

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教育意义与学习目标

• C++核心技能：熟悉库调用、函数设计与循环结构。
• 嵌入式开发基础：理解I2C通信协议与硬件控制逻辑。
• 项目式学习：通过动手实践，培养软硬件结合的工程能力。

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结语

通过本项目，您将掌握四位数码管的显示原理与C++编程的结合应用，为进一步探索嵌入式开发打下坚实基础。未来，您可以结合更多传感器和模块，设计出更实用、更复杂的智能系统。

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