1. 所选任务介绍

本次任务是设计一款四位七段数码管驱动模块。七段数码管作为一种经典的信息显示器件，因其亮度高、显示清晰、成本低廉而被广泛应用于各种电子设备，如时钟、仪表、家电控制面板等。本次设计的核心目标是创建一个简洁高效、易于控制的数码管显示模块，采用串行总线进行控制，以节约主控器的I/O资源。

该模块需具备以下特点：

• 易用性：提供标准的4针接口，仅需两根信号线即可完成所有显示控制。
• 功能性：支持4位数字或字符的显示，并包含亮度调节功能，以适应不同环境光线下的使用需求。
• 通用性：采用主流的2线串行接口（I2C/类I2C），方便与各类微控制器（如Arduino, ESP32, STM32等）快速连接和编程。

2. 设计的模块介绍

模块概述

本设计是一款集成的四位七段数码管显示模块。它将数码管显示器和一个专用的驱动芯片集成在一块紧凑的PCB上。用户通过模块上的4针接口（电源、地、时钟、数据）即可实现对4个七段数码管的全面控制，包括显示内容更新和亮度等级设定，极大地简化了传统数码管动态扫描所需的复杂硬件连接和软件编程。

主要芯片/元器件选择

模块使用 TM650 LED显示驱动芯片，它通过标准的I2C总线与主控器通信，仅需两根信号线（SCL和SDA）即可控制多个数码管。对于四位七段数码管（含小数点，共8段），该芯片可以轻松实现驱动。支持8级亮度调节，大大减轻了主控器的负担。

链接：LDQ-N516RI Lumex Opto/Components Inc. | 光电器件 | DigiKey

3. 原理图和PCB模块设计介绍

原理图部分

• 电源部分: 外部通过接口传入+5V电源和GND。在驱动芯片（U5）的电源引脚附近并联了C9和C10等滤波电容，用于滤除电源噪声，确保芯片稳定工作。
• 驱动核心电路: LED驱动芯片（U5）是电路的核心。其SCL和SDA引脚连接到外部接口，用于接收主控器的指令。DIG1至DIG4引脚用于逐位选通四位数码管，而A至DP引脚则输出对应的段码信号。
• 通信接口:
• • 2线接口: H1接口提供了VCC, GND, SCL（时钟线）, SDA（数据线）四个引脚。
  • 上拉电阻: R11和R12是SCL和SDA总线的上拉电阻，这是保证I2C等开漏总线正常通信所必需的。
• 显示部分: U11是一个四位共阳或共阴的七段数码管。驱动芯片的DIG引脚控制公共端，Segment引脚控制段选端，通过高速的动态扫描实现稳定显示。

PCB布局设计

• 顶层 (Top Layer): 主要放置了数码管（U11）和4针的连接器（Header）。顶层布局简洁，主要为显示器件提供安装位置。

• 底层 (Bottom Layer): 底层放置了核心的驱动芯片（U5）以及所有的外围无源器件，包括电阻和电容。大部分信号走线也布在底层。为了增强抗干扰能力和散热，底层采用了大面积的GND铺铜，为信号提供了良好的回流路径和屏蔽。

4. 模块主要性能指标和管脚定义

• 工作电压: +5V DC
• 通信接口: 2线串行接口 (I2C或类I2C)
• 模块尺寸: 约 42mm x 24mm
• 管脚定义:

5. eZ-PLM上新建物料和项目的截图

使用了eZ-PLM系统上传了自己的工程文件，方便保存记录各个版本，也可随时查阅，系统里查阅不到的物料也支持手动添加。

6. 心得体会

通过本次基于专用驱动芯片的数码管模块设计，我深刻体会到了集成电路在现代电子设计中的巨大优势。相比于传统的使用单片机I/O口直接驱动或通过74HC595等逻辑芯片扩展驱动的方式，采用TM1650这类专用驱动芯片，不仅大幅简化了外围电路设计，节约了宝贵的PCB空间和主控器资源，更通过其内置的亮度控制和自动扫描功能，极大地降低了软件开发的复杂度。