Индикатор 4 разряда. Семисегментный индикатор
Доброго времени суток! После моего затяжного и вынужденного перерыва, продолжим освоение курса «Программирование Ардуино». В одном из наших предыдущих уроков, мы уже работали с последовательностью светодиодов, теперь пора переходить к следующему этапу обучения. Темой сегодняшней статьи будет – 7-сегментный индикатор.
Знакомство с 7-сегментным индикатором будет состоять из двух частей. В первой части мы поверхностно «пробежимся» по теоретической составляющей, поработаем с «железом» и напишем простенькие программки.
Прошлый раз мы работали с последовательностью из 8 светодиодов, сегодня их также будет 8 (7 – светодиодных полосок и 1 точка). В отличии от предыдущей последовательности, элементы этого набора не выстроенные в ряд (друг за дружкой), а расположены в определённом порядке. Благодаря чему используя лишь один компонент можно вывести 10 цифр (от 0 до 9).
Еще одно существенное отличие, что выделяет данный индикатор на фоне простых светодиодов. У него общий катод (вернее две равноценные ножки 3 и 8, на который заведен катод). Достаточно всего лишь соединить один из катодов с землей (GND ). Аноды у всех элементов индикатора индивидуальные.
Небольшое отступление. Все выше сказанное относится к 7-сегментным индикаторам с общим катодом. Однако существуют индикаторы с общим анодом. Подключение таких индикаторов имеет существенные отличия, поэтому прошу не путать «грешное с праведным». Необходимо четко понимать, какой именно тип семисегментника у вас в руках!
Кроме отличий между простыми светодиодами и 7-сегментными индикаторами, есть и общие черты. Например: индикаторы, как и светодиоды, можно смонтировать в ряд (последовательность) для отображения двух-, трёх-, четырехзначных чисел (разрядов). Однако не советую сильно заморачиваться по поводу самостоятельной сборки сегментных наборов. В продаже «рядом» с одноразрядными индикаторами, продаются и многоразрядные.
Надеюсь, вы не забыли об необходимости использования токоограничивающих резисторов при подключении светодиодов. Это же относится и к индикаторам: на каждый элемент индикатора должен быть подключен свой резистор. 8 элементов (7 + 1) – 8 резисторов.
У меня под рукой оказался семисегментник с маркировкой 5161AS (общий катод). Распиновка контактов:
Принципиальная схема
Как говорил ранее, для того, чтобы включить сегмент «А» подключим к любому общему контакту (3 или 8) «землю», а на вывод 7 подадим 5В питания. Если индикатор с общим анодом, то на анод подаём 5В, а на вывод сегмента «землю»!
Соберём тестовый стенд. Соединяем провода по порядку, начиная с первой ножки, которая идёт на 2-й вывод платы Ардуино. Землю подключим к 8 выводу индикатора.
После того, как стенд собран можно приступать к написанию прошивки.
Для проверки индикатора запустим написанную программу. Выберем элемент «А» и помигаем им.
Теперь помигаем цифрой 2. Для этого включим еще несколько элементов.
Чтобы вывести одну цифру, нужно написать n-число строчек кода. Затруднительно, не находите.
Есть другой путь. Для того, чтобы вывести любую цифру на индикаторе, сначала её нужно представить в виде определенной последовательности бит.
Таблица соответствия.
Если у дисплея общий анод, то 1 нужно заменить на 0, а 0 – на 1!
Столбец hex – представление цифры в байтовом виде (более детально поговорим об этом во второй части).
Число в двоичной системе счисления записывается следующим образом: 0b00000000. 0b – двоичная система. Нули означают, что все светодиоды выключены.
При подключении мы задействовали выводы с 2 по 9. Чтобы включить 2 вывод записываем в него единицу = 0b00000001. За точку отвечает четвёртый бит справа. За чёрточку посередине индикатора отвечает самый последний бит.
Давайте напишем пример вывода цифры 0.
Для уменьшения количества набранных строк воспользуемся циклом, который позволяет «перебрать» все 8 бит. Переменной Enable_segment присваивается значение считываемого бита. После этого текущий вывод устанавливается в соответствующий режим (наличия или отсутствия сигнала ).
Примечание: функция bitRead() считывает состояние указанного бита и возвращает значение состояния (0 или 1). bitRead(x, n) где, x — число, бит которого необходимо считать; n — номер бита, состояние которого необходимо считать. Нумерация начинается с младшего значащего бита (крайнего правого) с номером 0.
И в завершении первой части напишем небольшой счетчик.
Подключим семисегментный светодиодный индикатор к плате Ардуино и научимся управлять им с помощью библиотеки Led4Digits.h.
В предыдущем уроке подробно описаны к микроконтроллерам. Подключим такой индикатор к плате Ардуино.
Схема подключения индикатора к плате Ардуино выглядит так.
Я собрал ее на монтажной плате.
Для управления индикаторами я написал библиотеку Led4Digits.h:
И оплатите.
Библиотека позволяет управлять семисегментными индикаторами:
- размерностью до четырех разрядов;
- с любыми вариантами полярностей управляющих импульсов (все );
- работает в параллельном процессе;
- позволяет выводить на индикатор:
- сегменты каждого разряда;
- цифру каждого разряда;
- целое число 0 … 9999;
- для вывода целого числа может быть задано число разрядов;
- есть режим гашения незначащих разрядов.
Загрузить библиотеку Led4Digits.h можете по этой ссылке:
И оплатите. Всего 40 руб. в месяц за доступ ко всем ресурсам сайта!
Как устанавливать написано в .
Я не буду приводить исходные тексты. Можете их посмотреть в файлах библиотеки. Как всегда, там достаточно комментариев. Я подробно, с примерами, опишу, как пользоваться библиотекой.
Библиотека управления LED индикаторами для Ардуино Led4Digits.
Вот описание класса. Я привел только public методы и свойства.
class Led4Digits {
public:
byte digit; // коды управления сегментами разрядов
void regen(); // регенерация, метод должен вызываться регулярно
void tetradToSegCod(byte dig, byte tetrad); // преобразования тетрады в коды сегментов
boolean print(unsigned int value, byte digitNum, byte blank); // вывод целого числа
} ;
Конструктор.
Led4Digits (byte typeLed, byte digitPin0, byte digitPin1, byte digitPin2, byte digitPin3,
byte segPinA, byte segPinB, byte segPinC, byte segPinD,
byte segPinE, byte segPinF, byte segPinG, byte segPinH);
typeLed Задает полярности управляющих импульсов для сигналов выбора разрядов и сегментов. Поддерживает любые схемы подключения ().
| typeLed | Выбор разряда | Выбор сегмента | Тип схемы |
| 0 | -_- | -_- | Общий анод с ключами выбора разряда |
| 1 | _-_ | -_- | Общий анод |
| 2 | -_- | _-_ | Общий катод |
| 3 | _-_ | _-_ | Общий катод с ключами выбора разряда |
digitPin0 … digitPin3 – выводы выбора разрядов. Если digitPin = 255, то разряд отключен. Это позволяет подключать индикаторы с меньшим количеством разрядов. digitPin0 – младший (правый) разряд.
segPinA … segPinH – выводы управления сегментами.
Например,
означает: тип индикатора 1; выводы разрядов 5,4,3,2; выводы сегментов 6,7,8,9,10,11,12,13.
Метод void regen()
Метод должен вызываться регулярно в параллельном процессе. В нем происходит регенерация изображения на индикаторах. Время цикла регенерации равно периоду вызова метода, умноженному на число разрядов.
Например,
// обработчик прерывания 2 мс
void timerInterrupt() {
disp.regen(); // регенерация индикатора
}
Массив byte digit
Содержит состояние сегментов. digit это младший разряд, младший бит digit это сегмент ”A” младшего разряда. Состояние бита равное 1, означает, что сегмент светится.
Например,
digit = B0000101;
означает, что во втором разряде светятся сегменты ”A” и ”C”.
Пример программы, которая последовательно зажигает все сегменты каждого разряда.
// бегущие сегменты
#include
#include
//
Led4Digits disp(1, 5,4,3,2, 6,7,8,9,10,11,12,13);
void setup() {
прерывание по таймеру 2 мс
MsTimer2::start(); // разрешение прерывания
}
void loop() {
for (int i = 0; i < 32; i++) {
if (i == 0) disp.digit= 1;
else if (i == 8) disp.digit= 1;
else if (i == 16) disp.digit= 1;
else if (i == 24) disp.digit= 1;
else {
disp.digit = disp.digit << 1;
disp.digit = disp.digit << 1;
disp.digit = disp.digit << 1;
disp.digit = disp.digit << 1;
}
delay(250);
}
}
// обработчик прерывания 2 мс
void timerInterrupt() {
disp.regen(); // регенерация индикатора
}
В массиве digit сдвигается 1 и индикаторы отображают это.
Метод void tetradToSegCod(byte dig, byte tetrad)
Метод позволяет выводить на отдельные разряды цифры и буквы шестнадцатеричного кода. Имеет аргументы:
- dig – номер разряда 0 … 3;
- tetrad – десятичный код символа. Код 0 отобразит цифру ”0”, код 1 - цифру ”1”, код 14 - букву ”E”.
Например,
tetrad(2, 7);
выведет цифру “7” в третьем разряде.
Пример программы меняющей символы в каждом разряде по очереди.
// цифры по очереди
#include
#include
// тип индикатора 1; выводы разрядов 5,4,3,2; выводы сегментов 6,7,8,9,10,11,12,13
Led4Digits disp(1, 5,4,3,2, 6,7,8,9,10,11,12,13);
void setup() {
MsTimer2::set(2, timerInterrupt); // прерывание по таймеру 2 мс
MsTimer2::start(); // разрешение прерывания
}
void loop() {
for (int i = 0; i < 64; i++) {
disp.tetradToSegCod(i>>4, i);
delay(250);
}
}
// обработчик прерывания 2 мс
void timerInterrupt() {
disp.regen(); // регенерация индикатора
}
Метод boolean print(unsigned int value, byte digitNum, byte blank)
Метод выводит на индикаторы целое число. В нем двоичное число преобразуется в двоично-десятичный код для каждого разряда. Имеет аргументы:
- value – число, которое выводится на индикатор.
- digitNum – количество разрядов для числа. Не надо путать с количеством разрядов индикатора. Вы можете захотеть вывести число на 2х разрядах, а на остальных двух отобразить символы, используя digit.
- blank – признак гашения незначащих разрядов. blank=0 означает, что число должно отображаться со всеми нулями. Число ”7” будет выглядеть “0007”. При blank, отличном от 0 незначащие нули будут гаситься.
Если число value превышает допустимое для выбранного количества разрядов (digitNum), то функция отобразит на индикаторе ”---” и вернет false.
Пример программы вывода чисел.
// вывод числа
#include
#include
// тип индикатора 1; выводы разрядов 5,4,3,2; выводы сегментов 6,7,8,9,10,11,12,13
Led4Digits disp(1, 5,4,3,2, 6,7,8,9,10,11,12,13);
void setup() {
MsTimer2::set(2, timerInterrupt); // прерывание по таймеру 2 мс
MsTimer2::start(); // разрешение прерывания
}
void loop() {
for (int i = 0; i < 12000; i++) {
disp.print(i, 4, 1);
delay(50);
}
}
// обработчик прерывания 2 мс
void timerInterrupt() {
disp.regen(); // регенерация индикатора
}
Последние два метода не меняют состояния сегмента ”H” – децимальной точки. Чтобы изменить состояние точки можно использовать команды:
digit |= 0x80; // зажечь децимальную точку
digit &= 0x7f; // погасить децимальную точку
Вывод на индикаторы отрицательных чисел (int).
Вывод отрицательных чисел можно производить следующим образом:
- Проверить знак числа.
- Если число отрицательное, то напечатать на старшем разряде знак минус и в функции print() изменить знак числа на положительный.
- Если число положительное, то погасить разряд знака и вывести число функцией print().
Вот программа, которая демонстрирует такой способ. Она выводит числа от -999 до 999.
// вывод отрицательных чисел
#include
#include
// тип индикатора 1; выводы разрядов 5,4,3,2; выводы сегментов 6,7,8,9,10,11,12,13
Led4Digits disp(1, 5,4,3,2, 6,7,8,9,10,11,12,13);
void setup() {
MsTimer2::set(2, timerInterrupt); // прерывание по таймеру 2 мс
MsTimer2::start(); // разрешение прерывания
}
void loop() {
for (int i = -999; i < 1000; i++) {
if (i < 0) {
// число отрицательно
disp.digit= B01000000; // знак -
disp.print(i * -1, 3, 1);
}
else {
disp.digit= B00000000; // гашение знака
disp.print(i, 3, 1);
}
delay(50);
}
}
// обработчик прерывания 2 мс
void timerInterrupt() {
disp.regen(); // регенерация индикатора
}
Вывод на индикаторы дробных чисел, формат float.
Для вывода на индикаторы чисел с плавающей запятой (float) существует много способов с использованием стандартных функций языка C. Это, прежде всего, функция sprint(). Работает очень медленно, требует дополнительных преобразований кодов символов в двоично-десятичные коды, надо из строки выделять точку. С другими функциями те же проблемы.
Я использую другой способ вывода на индикаторы значений переменных float. Способ простой, надежный, быстрый. Сводится к следующим операциям:
- Число с плавающей запятой умножается на 10 в степени соответствующей требуемому числу знаков после запятой. Если вам необходимо на индикаторы выводить 1 знак после запятой, умножаете на 10, если 2, то умножаете на 100, 3 знака – на 1000.
- Далее число с плавающей запятой явно преобразуется в целое (int) и выводится на индикаторы функцией print().
- В нужном разряде ставится точка.
Например, следующие строки выведут на семисегментные светодиодные индикаторы переменную типа float с двумя знаками после запятой.
float x = 2.12345;
disp.digit |= 0x80; //
Мы умножаем число на 100, а поставив точку в третьем разряде, делим результат на 100.
Вот программа, выводящая на индикаторы числа с плавающей запятой от 0.00 до 99.99.
// вывод чисел с плавающей запятой
#include
#include
// тип индикатора 1; выводы разрядов 5,4,3,2; выводы сегментов 6,7,8,9,10,11,12,13
Led4Digits disp(1, 5,4,3,2, 6,7,8,9,10,11,12,13);
void setup() {
MsTimer2::set(2, timerInterrupt); // прерывание по таймеру 2 мс
MsTimer2::start(); // разрешение прерывания
}
void loop() {
float x = 0;
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
x += 0.01;
disp.print((int)(x * 100.), 4, 1);
disp.digit |= 0x80; // зажечь точку третьего разряда
delay(50);
}
}
// обработчик прерывания 2 мс
void timerInterrupt() {
disp.regen(); // регенерация индикатора
}
Как видите, библиотека Led4Digits.h значительно упрощает работу с семисегментыми светодиодными (LED) индикатороми, подключенными к плате Ардуино. Аналога такой библиотеки я не нашел.
Существуют библиотеки работы с LED дисплеями через сдвиговый регистр. Кто-то мне написал, что нашел библиотеку, работающую с LED дисплеем, непосредственно подключенным к плате Ардуино. Но при ее использовании разряды индикатора светятся неравномерно, подмигивают.
В отличие от аналогов библиотека Led4Digits.h:
- Работает параллельным процессом. В основном цикле программа загружает данные в определенные переменные, которые автоматически, отображаются на дисплее. Вывод информации и регенерация индикаторов происходят в прерывании по таймеру, незаметно для основной программы.
- Цифры дисплея светятся равномерно, без миганий. Это свойство обеспечивается тем, что регенерация происходит в цикле, строго заданном прерыванием по таймеру.
- Библиотека имеет компактный код, выполняется быстро, минимально нагружает контроллер.
В следующем уроке подключим к плате Ардуино одновременно светодиодный индикатор и матрицу кнопок. Напишем библиотеку для такой конструкции.
Рубрика: . Вы можете добавить в закладки.Семисегментные светодиодные индикаторы очень популярны среди устройств отображения цифровых значений и находят применение в передних панелях микроволновых печей, стиральных машин, цифровых часах, счетчиках, таймерах и др. По сравнению с ЖК индикаторами, сегменты светодиодного индикатора светятся ярко и различимы на большом расстоянии и при широком угле обзора. Для подключения семисегментного 4-разрядного индикатора к микроконтроллеру потребуется, по крайней мере, 12 линий ввода/вывода. Поэтому использовать данные индикаторы с микроконтроллерами с малым количеством выводов, например серии от компании , практически невозможно. Конечно, можно использовать разные методы мультиплексирования (описание которых можно найти на сайте в разделе "Схемы"), но и в этом случае имеются определенные ограничения для каждого метода, и зачастую в них используются сложные программные алгоритмы.
Мы рассмотрим метод подключения индикатора по интерфейсу SPI, который потребует всего 3 линии ввода/вывода микроконтроллера. При этом сохранится управление всеми сегментами индикатора.
Для подключения 4-разрядного индикатора к микроконтроллеру по SPI шине используется специализированная микросхема-драйвер производства компании . Микросхема способна управлять восемью семисегментными индикаторами с общим катодом и имеет в своем составе BCD-декодер, драйверы сегментов, схему мультиплексирования и статическое ОЗУ для хранения значений цифр.
Ток через сегменты индикаторов устанавливается с помощью лишь одного внешнего резистора. Дополнительно микросхема поддерживает управление яркостью индикаторов (16 уровней яркости) посредством встроенного ШИМ.
Рассматриваемая в статье схема - это схема дисплейного модуля с интерфейсом SPI, который может использоваться в радиолюбительских конструкциях. И нас больше интересует не сама схема, а работа с микросхемой по интерфейсу SPI. Питание модуля +5 В подается на вывод Vcc, сигнальные линии MOSI, CLK и CS предназначены для коммуникации мастер-устройства (микроконтроллер) с ведомым (микросхема MAX7219).
Микросхема используется в стандартном включении, из внешних компонентов нужен только резистор, который задает ток через сегменты, защитный диод по питанию и фильтрующий конденсатор по питанию.
Данные передаются в микросхему 16-битными пакетами (по два байта), которые помещаются во встроенный 16-битный регистр сдвига по каждому нарастающему фронту сигнала CLK. 16-битный пакет мы обозначим D0-D15, где биты D0-D7 содержат данные, D8-D11 содержат адрес регистра, биты D12-D15 значения не имеют. Бит D15 - старший значащий бит и является первым принимаемым битом. Хотя микросхема способна управлять восемью индикаторами, мы рассмотрим работу только с четырьмя. Управление ими осуществляется на выходах DIG0 - DIG3, расположенных в последовательности справа налево, 4-битные адреса (D8-D11), которые им соответствуют, это 0×01, 0×02, 0×03 и 0×04 (шестнадцатеричный формат). Регистр цифр реализуется на базе встроенного ОЗУ с организацией 8×8 и адресуются непосредственно, так что каждая отдельная цифра на дисплее может обновляться в любое время. В следующей таблице приведены адресуемые цифры и регистры управления микросхемы MAX7219.
|
Регистр |
Адрес |
HEX-значение |
||||
|
Нет операции |
||||||
|
Режим декодирования |
||||||
|
Количество индикаторов |
||||||
|
Выключение |
||||||
|
Тест индикатора |
||||||
Регистры управления
Микросхема MAX1792 имеет 5 регистров управления: режим декодирования (Decode-Mode), управление яркостью индикатора (Intensity), регистр количества подключенных индикаторов (Scan Limit), управление включением и выключением (Shutdown), режим тестирования (Display Test).
Включение и выключение микросхемы
При подаче питания на микросхему все регистры сбрасываются, и она переходит в режим Shutdown (выключение). В этом режиме дисплей отключен. Для перехода в нормальный режим работы необходимо установить бит D0 регистра Shutdown (адрес 0Сh). В любое время этот бит может быть сброшен, чтобы перевести драйвер в выключенное состояние, при это содержимое всех регистров сохраняется неизменным. Этот режим может использоваться для экономии энергии или в режиме сигнализации миганием индикатора (последовательная активация и деактивация режима Shutdown).
Перевод микросхемы в режим Shutdown осуществляется последовательной передачей адреса (0Сh) и данных (00h), а передача 0Ch (адрес) и затем 01h (данные) возвращают в нормальный режим работы.
Режим декодирования
C помощью регистра выбора режима декодирования (адрес 09h) можно использовать BCD code B декодирование (отображаемые символы 0-9, E, H, L, P, -) или же без декодирования для каждой цифры. Каждый бит в регистре соответствует одной цифре, установка логической единицы соответствует включению декодера для данного разряда, установка 0 - декодер исключается. Если используется BCD декодер, то принимается во внимание только младший полубайт данных в регистрах цифр (D3-D0), биты D4-D6 игнорируются, бит D7 не зависит от BCD декодера и отвечает за включение десятичной точки на индикаторе, если D7=1. Например, при последовательной посылке байтов 02h и 05h на индикаторе DIG1 (второй разряд справа) будет отображаться цифра 5. Подобным образом, при посылке 01h и 89h на индикаторе DIG0 будет отображаться цифра 9 с включенной десятичной точкой. В таблице ниже приведен полный список символов, отображаемых при использовании BCD декодера микросхемы.
|
Символ |
Данные в регистрах |
Включенные сегменты = 1 |
||||||||||||
| — | ||||||||||||||
|
Пусто |
||||||||||||||
|
*Десятичная точка устанавливается битом D7=1 |
||||||||||||||
При исключении BCD декодера из работы биты данных D7-D0 соответствуют линиям сегментов (A-G и DP) индикатора.
Управление яркостью индикаторов
Микросхема позволяет программно управлять яркостью индикаторов посредством встроенного ШИМ. Выход ШИМ контролируется младшим полубайтом (D3-D0) регистра Intensity (адрес 0Ah), который позволяет устанавливать один из 16 уровней яркости. При установке всех битов полубайта в 1 выбирается максимальная яркость индикатора.
Количество подключенных индикаторов
В регистре Scan-Limit (адрес 0Bh) устанавливается значение количества разрядов, обслуживаемых микросхемой (1 … 8). Для нашего варианта с 4 разрядами в регистр должно быть записано значение 03h.
Тест индикатора
Регистр, отвечающий за этот режим, находится по адресу 0Fh. Устанавливая бит D0 в регистре, пользователь включает все сегменты индикаторов, при этом содержимое регистров управления и данных не изменяется. Для выключения режима Display-Test бит D0 должен быть равен 0.
Интерфейс с микроконтроллером
Модуль индикатора может быть подключен к любому микроконтроллеру, который имеет три свободные линии ввода/вывода. Если микроконтроллер имеет встроенный аппаратный модуль SPI, то модуль индикатора может подключаться как ведомое устройство на шине. В этом случае сигнальные линии SPI интерфейса SDO (serial data out), SCLK (serial clock) и SS (slave select) микроконтроллера могут быть непосредственно подключены к выводам MOSI, CLK и CS микросхемы MAX7219 (модуля), сигнал CS имеет активный низкий уровень.
В случае если микроконтроллер не имеет аппаратного SPI, то интерфейс можно организовать программно. Общение с микросхемой MAX7219 начинается с установки и удержания низкого уровня на линии CS, после чего последовательно посылаются 16 бит данных (старший значимый бит передается первым) по линии MOSI по нарастающему фронту сигнала CLK. По завершению передачи на линии CS опять устанавливается высокий уровень.
В секции загрузок пользователи могут скачать исходный текст тестовой программы и HEX-файл прошивки, в которой реализуется обычный 4-разрядный счетчик с отображением значений на модуле индикатора с интерфейсом SPI. Используемый микроконтроллер - , интерфейс реализован программно, сигнальные линии CS, MOSI и CLK модуля индикатора подключены к портам GP0, GP1 и GP2, соответственно. Используется компилятор mikroC для PIC микроконтроллеров (mikroElektronika
Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться . |
