При таком подходе, для вывода числа с любым количеством разрядов используется всего 2 цифровых выхода Arduino.

Для примера будем выводить на индикаторы количество секунд, прошедших с момента старта работы.

Исходные компоненты

Принцип работы

Семисегментный индикатор - это просто набор обычных светодиодов в одном корпусе. Просто они выложены восьмёркой и имеют форму палочки-сегмента. Можно подключить его напрямую к Arduino, но тогда будет занято 7 контактов, а в программе будет необходимо реализовать алгоритм преобразования числа из двоичного представления в соответствующие «калькуляторному шрифту» сигналы.

Для упрощения этой задачи существует 7-сегментный драйвер. Это простая микросхема с внутренним счётчиком. У неё есть 7 выходов для подключения всех сегментов (a, b, c, d, e, f, g pins), контакт для сбрасывания счётчика в 0 (reset pin) и контакт для увеличения значения на единицу (clock pin). Значение внутреннего счётчика преобразуется в сигналы (включен / выключен) на контакты a-g так, что мы видим соответствующую арабскую цифру.

На микросхеме есть ещё один выход, обозначенный как «÷10». Его значение всё время LOW за исключением момента переполнения, когда значение счётчика равно 9, а его увеличивают на единицу. В этом случае значением счётчика снова становится 0, но выход «÷10» становится HIGH до момента следующего инкремента. Его можно соединить с clock pin другого драйвера и таким образом получить счётчик для двузначных чисел. Продолжая эту цепочку, можно выводить сколь угодно длинные числа.

Микросхема может работать на частоте до 16 МГц, т.е. она будет фиксировать изменения на clock pin даже если они будут происходить 16 миллионов раз в секунду. На той же частоте работает Arduino, и это удобно: для вывода определённого числа достаточно сбросить счётчик в 0 и быстро инкрементировать значение по единице до заданного. Глазу это не заметно.

Подключение

Сначала установим индикаторы и драйверы на breadboard. У всех них ноги располагаются с двух сторон, поэтому, чтобы не закоротить противоположные контакты, размещать эти компоненты необходимо над центральной канавкой breadboard’а. Канавка разделяет breadboard на 2 несоединённые между собой половины.

16 - к рельсе питания: это питание для микросхемы

2 «disable clock» - к рельсе земли: мы его не используем

3 «enable display» - к рельсе питания: это питание для индикатора

8 «0V» - к рельсе земли: это общая земля

1 «clock» - через стягивающий резистор к земле. К этому контакту мы позже подведём сигнал с Arduino. Наличие резистора полезно, чтобы избежать ложного срабатывания из-за окружающих помех пока вход ни к чему не подключен. Подходящим номиналом является 10 кОм. Когда мы соединим этот контакт с выходом Arduino, резистор не будет играть роли: сигнал притянет к земле микроконтроллер. Поэтому если вы знаете, что драйвер при работе всегда будет соединён с Arduino, можете не использовать резистор вовсе.

15 «reset» и 5 «÷10» пока оставим неподключенными, но возьмём на заметку - нам они понадобятся в дальнейшем

Контакты 3 и 8 на индикаторе обозначены как «катод», они общие для всех сегментов, и должны быть напрямую соединены с общей землёй.

Далее следует самая кропотливая работа: соединение выходов микросхемы с соответствующими анодами индикатора. Соединять их необходимо через токоограничивающие резисторы как и обычные светодиоды. В противном случае ток на этом участке цепи будет выше нормы, а это может привести к выходу из строя индикатора или микросхемы. Номинал 220 Ом подойдёт.

Соединять необходимо сопоставляя распиновку микросхемы (выходы a-g) и распиновку индикатора (входы a-g)

Повторяем процедуру для второго разряда

Теперь вспоминаем о контакте «reset»: нам необходимо соединить их вместе и притянуть к земле через стягивающий резистор. В последствии, мы подведём к ним сигнал с Arduino, чтобы он мог обнулять значение целиком в обоих драйверах.

Также подадим сигнал с «÷10» от правого драйвера на вход «clock» левого. Таким образом мы получим схему, способную отображать числа с двумя разрядами.

Стоит отметить, что «clock» левого драйвера не стоит стягивать резистором к земле, как это делалось для правого: его соединение с «÷10» само по себе сделает сигнал устойчивым, а притяжка к земле может только нарушить стабильность передачи сигнала.

Железо подготовленно, осталось реализовать несложную программу.

Программирование

7segment.pde #define CLOCK_PIN 2 #define RESET_PIN 3 /* * Функция resetNumber обнуляет текущее значение * на счётчике */ void resetNumber() { // Для сброса на мгновение ставим контакт // reset в HIGH и возвращаем обратно в LOW digitalWrite(RESET_PIN, HIGH) ; digitalWrite(RESET_PIN, LOW) ; } /* * Функция showNumber устанавливает показания индикаторов * в заданное неотрицательное число `n` вне зависимости * от предыдущего значения */ void showNumber(int n) { // Первым делом обнуляем текущее значение resetNumber() ; // Далее быстро «прокликиваем» счётчик до нужного // значения while (n-- ) { digitalWrite(CLOCK_PIN, HIGH) ; digitalWrite(CLOCK_PIN, LOW) ; } } void setup() { pinMode(RESET_PIN, OUTPUT) ; pinMode(CLOCK_PIN, OUTPUT) ; // Обнуляем счётчик при старте, чтобы он не оказался // в случайном состоянии resetNumber() ; } void loop() { // Получаем количество секунд в неполной минуте // с момента старта и выводим его на индикаторы showNumber((millis() / 1000 ) % 60 ) ; delay(1000 ) ; }

Результат

Подключаем контакт 2 с Arduino к контакту clock младшего (правого) драйвера, контакт 3 - к общему reset’у драйверов; разводим питание; включаем - работает!

Новые статьи

● Проект 7: Матрица 4-разрядная из 7-сегментных индикаторов. Делаем динамическую индикацию

В этом эксперименте мы рассмотрим работу Arduino с 4-разрядной семисегментной матрицей. Получим представление о динамической индикации, позволяющей использовать одни выводы Arduino при выводе информации на несколько семисегментных индикаторов.

Необходимые компоненты:

Матрица 4-разрядная из семисегментных индикаторов состоит из четырех семисегментных индикаторов и предназначена для одновременного вывода на матрицу 4 цифр, также есть возможность вывода десятичной точки. Схема 4-разрядной матрицы на 7-сегментных индикаторах показана на рис. 7.1.

Рис. 7.1. Схема 4-разрядной матрицы на 7-сегментных индикаторах

Для вывода цифры необходимо зажечь нужные светодиоды на контактах A-G и DP и выбрать нужную матрицу подачей LOW на вывод 6, 8, 9 или 12.
Подключим контакты матрицы к плате Arduino и будем выводить цифры на различные разряды матрицы. Для подключения нам понадобятся 12 выводов Arduino. Схема соединений для подключения 4-разрядной матрицы к плате Arduino показана на рис. 7.2. При подключении контактов используются ограничительные резисторы 510 Ом.

Рис. 7.2. Схема подключения 4-разрядной матрицы к Arduino

Напишем скетч последовательного вывода цифр (0-9) на произвольный регистр матрицы. Для выбора случайного значения из диапазона будем использовать функцию random(). В массиве numbers хранятся значения, соответствующие данным для отображения цифр 0-9 (старший разряд байта соответствует метке сегмента A индикатора, а младший - сегменту G), в массиве pins - значения контактов для сегментов A-G и DP, в массиве pindigits - значения контактов для выбора разряда матрицы. Содержимое скетча показано в листинге 7.1.

// переменная для хранения значения текущей цифры int number=0 ; // семисегментного индикатора int digit=0 ; void setup () { for (int i=0 ;i<8 ;i++) pinMode(pins[i],OUTPUT); for (int i=0 ;i<4 ;i++) {pinMode(pindigits[i],OUTPUT); digitalWrite(pindigits[i],HIGH); } } void loop () { number=(number+1 )%10 ; showNumber(number); // DS for (int i=0 ;i<4 ;i++) digitalWrite(pindigits[i],HIGH); digit=random(0 ,4 ); digitalWrite(pindigits,LOW); delay(3000 ); } void showNumber (int num) { for (int i=0 ;i<7 ;i++) { if (bitRead(numbers,7 -i)==HIGH) // зажечь сегмент // потушить сегмент digitalWrite(pins[i],LOW); } }
Порядок подключения:

1. Подключаем семисегментный индикатор по схеме на рис. 7.3.
2. Загружаем в плату Arduino скетч из листинга 7.2.

// список выводов Arduino для подключения к разрядам a-g // семисегментного индикатора int pins={9 ,13 ,4 ,6 ,7 ,10 ,3 ,5 }; // значения для вывода цифр 0-9 byte numbers = { B11111100, B01100000, B11011010, B11110010, B01100110, B10110110, B10111110, B11100000, B11111110, B11110110}; // переменная для хранения и обработки текущего значения int number=0 ; int number1=0 ; int number2=0 ; // семисегментного индикатора int pindigits={2 ,8 ,11 ,12 }; // переменная для хранения текущего разряда int digit=0 ; // для отмеривания 100 мс unsigned long millis1=0 ; // режим 1 - секундомер работает mode=0 ; const int BUTTON=14 ; // Контакт 14(A0) для подключения кнопки int tekButton = LOW; // Переменная для сохранения текущего состояния кнопки int prevButton = LOW; // Переменная для сохранения предыдущего состояния // к нопки boolean ledOn = false ; // Текущее состояние светодиода (включен/выключен) void setup () { // Сконфигурировать контакт кнопки как вход pinMode (BUTTON, INPUT); // Сконфигурировать контакты как выходы for (int i=0 ;i<8 ;i++) pinMode(pins[i],OUTPUT); for (int i=0 ;i<4 ;i++) {pinMode(pindigits[i],OUTPUT); digitalWrite(pindigits[i],HIGH); } } void loop () { tekButton = debounce(prevButton); if (prevButton == LOW && tekButton == HIGH) // если нажатие... { mode=1 -mode; // изменение режима if (mode==1 ) number=0 ; } if (millis()-millis1>=100 && mode==1 ) {millis1=millis1+100 ; number=number+1 ; if (number==10000 ) number=0 ; } number1=number; for (int i=0 ;i<4 ;i++) { number2=number1%10 ; number1=number1/10 ; showNumber(number2,i); for (int j=0 ;j<4 ;j++) digitalWrite(pindigits[j],HIGH); digitalWrite(pindigits[i],LOW); delay(1 ); } } // функция вывода цифры на семисегментный индикатор void showNumber (int num,int dig) { for (int i=0 ;i<8 ;i++) { if (bitRead(numbers,7 -i)==HIGH) // зажечь сегмент digitalWrite(pins[i],HIGH); else // потушить сегмент digitalWrite(pins[i],LOW); } if (dig==1 ) // десятичная точка для второго разряда digitalWrite(pins,HIGH); } // Функция сглаживания дребезга. Принимает в качестве // аргумента предыдущее состояние кнопки и выдает фактическое. boolean debounce (boolean last) { boolean current = digitalRead(BUTTON); // Считать состояние кнопки, if (last != current) // если изменилось... { d elay (5 ) ; // ж дем 5 м с current = digitalRead(BUTTON); // считываем состояние кнопки return current; // возвращаем состояние кнопки } }

3. Нажатием кнопки запускаем или останавливаем секундомер.

Наверняка вы уже видели индикаторы - "восьмёрки". Это и есть семисегментный светодиодный индикатор, который служит для отображения цифр от 0 до 9, а также децимальной точки (DP - Decimal point) или запятой.

Конструктивно такое изделие представляет собой сборку светодиодов. Каждый светодиод сборки засвечивает свой знакосегмент.

В зависимости от модели сборка может состоять из 1 - 4 семисегментных групп. Например, индикатор АЛС333Б1 состоит из одной семисегментной группы, которая способна отображать всего лишь одну цифру от 0 до 9.

А вот светодиодный индикатор KEM-5162AS уже имеет две семисегментных группы. Он является двухразрядным. Далее на фото показаны разные светодиодные семисегментные индикаторы.

Также существуют индикаторы с 4-мя семисегментными группами - четырёхразрядные (на фото - FYQ-5641BSR-11). Их можно использовать в самодельных электронных часах.

Как обозначаются семисегментные индикаторы на схемах?

Так как семисегментный индикатор - это комбинированный электронный прибор, то изображение его на схемах мало отличается от его внешнего вида.

Стоит только обратить внимание на то, что каждому выводу соответствует конкретный знакосегмент, к которому он подключен. Также имеется один или несколько выводов общего катода или анода - в зависимости от модели прибора.

Особенности семисегментных индикаторов.

Несмотря на кажущуюся простоту этой детали и у неё есть особенности.

Во-первых, светодиодные семисегментные индикаторы бывают с общим анодом и с общим катодом. Данную особенность следует учитывать при его покупке для самодельной конструкции или прибора.

Вот, например, цоколёвка уже знакомого нам 4-ёх разрядного индикатора FYQ-5641BSR-11 .

Как видим, аноды у светодиодов каждой цифры объединены и выведены на отдельный вывод. Катоды же у светодиодов, которые принадлежат к знакосегменту (например, G ), соединены вместе. От того, какую схему соединений имеет индикатор (с общим анодом или катодом) зависит очень многое. Если взглянуть на принципиальные схемы приборов с применением семисегментных индикаторов, то станет ясно, почему это так важно.

Кроме небольших индикаторов есть большие и даже очень большие. Их можно увидеть в общественных местах, обычно в виде настенных часов, термометров, информеров.

Чтобы увеличить размеры цифр на табло и одновременно сохранить достаточную яркость каждого сегмента, используется несколько светодиодов, включенных последовательно. Вот пример такого индикатора - он умещается на ладони. Это FYS-23011-BUB-21 .

Один его сегмент состоит из 4 светодиодов, включенных последовательно.

Чтобы засветить один из сегментов (A, B, C, D, E, F или G), нужно подать на него напряжение в 11,2 вольта (2,8V на каждый светодиод). Можно и меньше, например, 10V, но яркость тоже уменьшится. Исключение составляет децимальная точка (DP), её сегмент состоит из двух светодиодов. Для неё нужно всего 5 - 5,6 вольт.

Также в природе встречаются двухцветные индикаторы. В них встраиваются, например, красные и зелёные светодиоды. Получается, что в корпус встроено как бы два индикатора, но со светодиодами разного цвета свечения. Если подать напряжение на обе цепи светодиодов, то можно получить жёлтый цвет свечения сегментов. Вот схема соединений одного из таких двухцветных индикаторов (SBA-15-11EGWA).

Если коммутировать выводы 1 (RED ) и 5 (GREEN ) на "+" питания через ключевые транзисторы, то можно менять цвет свечения отображаемых чисел с красного на зелёный. А если же одновременно подключить выводы 1 и 5, то цвет cвечения будет оранжевым. Вот так можно баловаться с индикаторами .

Управление семисегментными индикаторами.

Для управления семисегментными индикаторами в цифровых устройствах используют регистры сдвига и дешифраторы. Например, широко распространённый дешифратор для управления индикаторами серии АЛС333 и АЛС324 - микросхема К514ИД2 или К176ИД2 . Вот пример .

А для управления современными импортными индикаторами обычно используются регистры сдвига 74HC595 . По идее, управлять сегментами табло можно и напрямую с выходов микроконтроллера. Но такую схему используют редко, так как для этого требуется задействовать довольно много выводов самого микроконтроллера. Поэтому для этой цели применяются регистры сдвига. Кроме этого, ток, потребляемый светодиодами знакосегмента, может быть больше, чем ток, который может обеспечить рядовой выход микроконтроллера.

Для управления большими семисегментными индикаторами, такими как, FYS-23011-BUB-21 применяются специализированные драйверы, например, микросхема MBI5026 .

Что внутри семисегментного индикатора?

Ну и немного вкусненького. Любой электронщик не был бы таковым, если бы не интересовался "внутренностями" радиодеталей. Вот что внутри индикатора АЛС324Б1.

Чёрные квадратики на основании - это кристаллы светодиодов. Тут же можно разглядеть золотые перемычки, которые соединяют кристалл с одним из выводов. К сожалению, этот индикатор уже работать не будет, так как были оборваны как раз эти самые перемычки . Но зато мы можем посмотреть, что скрывается за декоративной панелькой табло.

В сегодняшней статье поговорим о 7-сегментных индикаторах и о том, как их «подружить» с Ардуино. Есть несколько вариантов. Самый простой, безусловно, это зайти на и купить готовый индикатор с интегрированным шилдом (это платка согласования так называется), но мы не ищем лёгких путей, поэтому пойдем путем чуть более сложным. Новички – не пугайтесь, эта статья, как и предыдущие мои статьи ( и ) именно для вас. Пусть гуру пишут для таких же умудренных опытом гуру, а я новичок – пишу для новичков.

Почему именно 7-сегментный индикатор? Ведь существует столько всяких экранов, с большим количеством символов, строк, разнообразных диагоналей и разрешений, черно-белых и цветных, самые доступные из которых стоят пару долларов… А тут: «старенький», до безобразия простой, но требующий огромного количества пинов 7-сегментный индикатор, но все-таки преимущество есть и у этого «старичка». Дело в том, что пользуясь приведенными здесь скетчами можно оживить не только индикатор с высотой цифр 14 мм, но и более серьезные (правда уже самодельные) проекты, и метровые цифры в данном случае далеко не предел. Жителям столиц это может быть не так интересно, а вот население Новокацапетовки или Нижней Кедровки очень порадуется, если на клубе или сельсовете появятся часы, которые еще могут и дату отображать, и температуру, а о создателе этих часов будут говорить очень долго. Но, подобные часы тема отдельной статьи: будет желание у посетителей – напишу. Всё выше написанное можно считать вступлением. Как и прошлая моя статья эта будет состоять из частей, на этот раз из двух. В первой части мы просто «по управляем» индикатором, а во второй – попробуем приспособить его для чего-то хоть немного полезного. Итак, продолжим:

Часть первая. Экспериментально – познавательная

За основу данного проекта взят нам уже хорошо знакомый по предыдущим статьям ARDUINO UNO. Напомню, что приобрести его легче всего можно здесь: или здесь: , кроме этого понадобится 4-разрядный, 7-сегментный индикатор. У меня, в частности GNQ-5641BG-11. Почему именно этот? Да просто потому, что лет 5 назад купил его по ошибке, идти менять было лень, вот он и валялся все это время, ожидая своего часа. Думаю, что подойдет любой с общим анодом (и с общим катодом можно, но придется данные массива и остальные значения портов инвертировать – т.е. менять на обратные), лишь бы не был слишком мощным, чтобы не сжечь Ардуинку. Кроме этого – 4 токоограничивающих резистора, примерно 100 Ом каждый и кусок шлейфа (мне хватило 10 см) на 12 пин (жил) можно «оторвать» от более широкого, что я и сделал. А можно вообще отдельными проводочками подпаяться, проблем не будет. Еще понадобятся штыри на плату (11 шт.) хотя, если аккуратно можно и без них. Эскиз индикатора можно увидеть на рисунке 1, а его схему на рисунке 2. Также отмечу, что на каждый сегментик этого индикатора лучше подавать не более 2.1В (ограничивается 100-Омными резисторами), и в этом случае он будет потреблять не более 20 мА. В случае, если загорится цифра «8» потребление не превысит 7х20=140 мА, что вполне допустимо для выходов Ардуино. Любознательный читатель задаст вопрос: «Но ведь 4 разряда по 140 мА это уже 4х140=560 мА, а это уже многовато!» Отвечу – останется 140. Каким образом? Читайте дальше! Расположение пинов на индикаторе видно на рисунке 3. А подключение делаем согласно таблице 1.

Рис. 1 - Эскиз индикатора

Рис. 2 - Схема индикатора

Рис. 3 - Расположение пинов

Таблица 1

Пин Ардуино Уно	Пин индикатора	Примечание
		Сегмент G
		Сегмент F
		Сегмент E
		Сегмент D
		Сегмент C
		Сегмент B
		Сегмент A
		Общий анод сегмента № 1, подключать через резистор 100 Ом.
		Общий анод сегмента № 2, подключать через резистор 100 Ом.
		Общий анод сегмента № 3, подключать через резистор 100 Ом.
		Общий анод сегмента № 6, подключать через резистор 100 Ом.

Заливаем простенький скетч, который представляет собой простенькую «считалочку» от 0 до 9:


А теперь немного пояснений. DDRD это регистр порта D (DDRB – соответственно порта В) за «страшным» словом «регистр» всего лишь «спряталась» функция, которая указывает, будет порт своим пином читать что-то (принимать информацию), либо наоборот туда можно будет что-то писать (отдавать информацию). В данном случае строчка DDRD=B11111111; указывает, что все пины порта D выходные, т.е. информация из них будет выходить. Буквочка «В» обозначает, что в регистр записано двоичное (бинарное) число. Нетерпеливый читатель тут же спросит: «А десятичное можно!?!». Спешу успокоить – можно, но об этом чуть позже. Если бы мы хотели половину порта задействовать на вход, а половину на выход можно было бы указать так: DDRD=B11110000; единицы показывают те пины, которые будут отдавать информацию, а нули – те, которые будут эту самую информацию принимать. Основное удобство регистра заключено еще и в том, что не надо прописывать 8 раз все пины, т.е. мы экономим в программе 7 строк. А теперь разберем следующую строку:

PORTB=B001000; // устанавливаем высокий уровень 11 пина порта В

PORTB это регистр данных порта В, т.е. записав в него какое-либо число мы указываем на каком пине порта будет единица, а на каком – ноль. В добавление к комментарию скажу, если взять Ардуино Уно таким образом, чтобы видеть контроллер и цифровые пины были сверху - будет понятна запись в регистр, т.е. какой «ноль» (или «единица»)отвечает за какой пин, т.е. крайний правый ноль порта В отвечает за 8-й пин, а крайний левый – за 13-й (у которого встроенные светодиод). Для порта D соответственно правый за пин 0, левый за пин 7.
Надеюсь после таких развёрнутых пояснений все понятно, а раз понятно предлагаю вернуться к известной нам и горячо любимой с детства десятичной системе счисления. И еще – скетч в 25 строк вроде и небольшой, но для новичка все-таки несколько громоздок. Будем уменьшать.

Заливаем еще более простой скетч, та же самая «считалочка»:


Видео 1 .
Всего 11 строчек! Вот это по-нашему, «по-новичковски»! Прошу обратить внимание вместо двоичных чисел в регистры записаны десятичные. Естественно, для десятичных чисел никаких букв впереди не нужно. Думаю, не лишним будет свести все числа в таблицы.

Таблица 2. Соответствие отображаемого знака данным порта

	Общий анод		Общий катод
	Двоичная система	Десятичная система	Двоичная система	Десятичная система

Таблица 3. Соответствие отображаемого разряда данным порта

	Общий анод		Общий катод
	Двоичная система	Десятичная система	Двоичная система	Десятичная система

Внимание! Данные таблиц 2 и 3 справедливы только при распайке согласно таблице 1.
А теперь зальем скетч со «считалочкой» от 0 до 9999:

Рис. 4 - Считалочка

Работу скетча можно посмотреть на Видео 2 .

В этом скетче комментариев больше, чем самого кода. Вопросов возникнуть не должно…. Кроме одного, что это за «цикл мерцания» такой, что, собственно говоря, там мерцает и для чего? А еще переменная для этого какая-то…
А все дело в том, что одноименные сегменты всех четырех разрядов у нас соединены в одной точке. А1, А2, А3 и А4 имеют общий катод; А1, В1,…..G1 общий анод. Так, что подав одновременно на 4 разрядный индикатор «1234» мы получим «8888» и очень удивимся по этому поводу. Чтобы этого не произошло нужно сначала зажечь «1» в своем разряде, потом отключить её, зажечь «2» в своем и т.д. Если делать это очень быстро, то мерцание цифр сольётся, как кадры на киноплёнке и глаз его практически не будет замечать. А максимальное значение переменной мерцания в данном случае управляет скоростью смены цифр на индикаторе. Кстати, именно благодаря этому «мерцанию» и максимальное потребление тока всего 140 мА, вместо 560. А теперь предлагаю перейти к чему-то более полезному.

Часть вторая. Хоть немного полезная

В этой части мы выведем символы с персонального компьютера на 7-сегментный индикатор при помощи ARDUINO MEGA. Почему вдруг возникла идея «поменять лошадей на переправе»? Причин две: первая – до этого в своих статьях я ни разу не рассматривал ARDUINO MEGA; и вторая – в ARDUINO UNO я так и не разобрался, как мне динамически менять местами СОМ порт и порт D. Но я новичок – мне простительно. Приобрести данный контроллер, естественно можно здесь: . Для реализации задуманного пришлось взять паяльник и перепаять шлейф со стороны Ардуино, а также написать новый скетч. Как перепаян шлейф можно посмотреть на Рисунке 5. Все дело в том, что ARDUINO MEGA и ARDUINO UNO имеют разную распиновку портов, да и в Меге портов гораздо больше. Соответствие использованных пинов видно из Таблицы 4.

Рис. 5 - Новая распайка шлейфа

Таблица 4

			Порт Мега

Внимание! Данная таблица справедлива только для данного проекта!

Также следует обратить внимание, что порт С у Ардуино Мега «начинается» с 37 пина и далее по убывающей, а порт А – с 22 пина и далее по возрастающей.

Рис. 6 - Общий вид

Небольшие особенности реализации: выводить будем 4 символа. Символы должны быть цифрами. Если ввели «1234» и увидим «1234», если ввели «123456» все равно увидим «1234», если ввели «йцук», «фыва1234», «отиог485909оапоьм» - не увидим ничего. Если ввели «рр2345мм» увидим « 23» т.е. небольшая, встроенная «защита от дурака».

Собственно скетч:



А как работает данная программа можно посмотреть на Видео 3 .

Обзор подготовил Павел Сергеев

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 (), однако код может быть модифицирован под другие высокоуровневые компиляторы. Микроконтроллер работает на тактовой частоте 4 МГц от встроенного RC осциллятора, выход MCLR отключен.

Данный модуль можно подключать и к платформе Arduino. Для работы с ним потребуется библиотека LedControl, доступная для скачивания на сайте Arduino.

Загрузки

Исходный код тестовой программы и HEX-файл для прошивки микроконтроллера -

• ЭТО НЕЧЕСТНО!!! Тему более корректно назвать "подключение светодиодной матрицы с интеллектуальным контроллером по малопроводному интерфейсу". Такую городушку можно и самому соорудить - поставить на индикаторе чего из PIC12-PIC16 с соответствующим протоколом (microLAN, SPI, I2C, rs232 или еще чего самодельного - просто синхронный режим УСАПП). Сейчас разных семейств МК развелось в достаточном количестве - пора переходить к работе со схемами составленными из нескольких МК, каждый из которых выполняет свою задачу, а не стараться грузить все "на одну голгву".
• Это для буржуинов окаяных статейка! Больно уж дорого стОят чипы от Maxim. Есть куда более простое решение - последовательно-параллльные сдвиговые регистры. Правда, проводов больше потребуется - общие выводы индикаторов переключать. Или, как верно заметил коллега, использовать два МК. Это всё равно дешевле, чем Максовские чипы... З.Ы. Можно, правда, изваять универсальную схему на двух регистрах. Тогда можно обойтись четырьмя проводами: такт, данные, запись и знак/место. Количество знакомест будет ограничено лишь разрядностью регистров.
• Сам начинал со сдвиговых регистров. Но потом отказался. Причина проста. Необходимо значительное время процессора для индикации. Для простых программ пойдёт. По мере роста объёма ПО падает яркость. Ток индикатора тоже нельзя увеличивать до величин превосходящих постоянный ток сегмента. Программа может и повиснуть. Отдельный процессор тоже не выход.Резисторы процессор и размеры платы и обвязка будут стоить 2/3 стоимости MAX7219 на плате. Имею ввиду 8 разрядную индикцию. Неоднократно выходил с Терраэлектроники с кучкой чего-то зажатой в руке. И за что отдал 6000-10000 деревянных? И когда потом сдаёшь заказчику устройство, вспоминаешь и думаешь от скольки проблем меня это спасло.И они стоят того. Со временем вы поменяете точку зрения.
• Позвольте не согласиться;) Минимальный комплект для индикатора 4 позиции * 8 сегментов: pic16f628a или attiny2313 (кушает значительно больше) в режиме "растрового" сканирования, яркость правда не слишком велика, зато деталей минимум. В большинстве решений с достаточно значительным током сегментов и повышенным (+11 - +27 Вольт нестабилизированное постоянное) напряжением проблему создают только "верхние" ключи (независимо, что кормим с +U - сегмент или анод матрицы индикатора). Cтандартный набор: pic16f628a/attiny2313/, pic16f676 uln2803 tpic6b595 (hc595hc595 + uln2803) и наборчик npn транзисторов (по схеме эмиттерного поворителя) в качестве "верхних" ключей в качестве активных источников тока стандартное решение на LM317L (LM317T). При известном и стабильном уровне напряжения, питающего аноды рассчет базовых резисторов верхних ключей достаточно прост. Некоторые проблемы возникают при питании повышенным нестабилизированным постоянным напряжением...:mad: Возможно решение при помощи специализированных микросхем - но те достаточно дорогое удовольствие, по сему была придумана "обманка", быстродействия которой вполне достаточно, а детали весьма народные - комплект из нескольких резисторов, 4N33 и мощного n-p-n транзистора (см. схему по ссылке http://radiokot.ru/forum/download/file.php?id=93485):)
• В каких-то случаях сдвиговые регистры и оправданы. Ну не берусь я за копеечные конструкции. Если например делаю электронный теодолит за 80 . То четырёх строчный LCD за 1т.р. надо покупать. Просто жалко тратить время на индикацию. Ключи паять, Растрачивать время процессора-оно самое дорогое. Да и заказчик обычно привередливый. Яркость должна быть нормальной. Да вы забыли посчитать стоимость набора деталей и не забудьте туда включить разницу в стоимости печатной платы(она будет больше) и время монтажа. И ещё об одном. Тут специфика работы. К примеру повис PIC. Есть возможность понять причину. Последние данные до сбоя вы можете увидеть. Вот и недавний пример 3 месяца очень редкий и непонятный сбой в программе. Не знал где и искать. Тут ещё и пальцы отдавило работнику конкретно. И когда увидел последние данные перед сбоем - понял причину.
• Разница между профессиональным оборудованием и любительскими самоделками всегда была, есть и будет - "по крутому" разработанную схему сдал китаям, а те вообще на "капельке" ее соорудят:) Сетодиодный примитив - не конкурент моноблоку на ЖКИ (правда за редкими исключениями). А вот за примером типового применения МК в сьёмных индикаторах далеко ходить не потребуется - стоит обратить внимание на решение у так называемых фискальных регистраторов (дисплей клиента) - там у одного аппарата может применяться любой вариант (люминесцентный/ЖКИ/светодиодный) - лиш бы протокол связи поддерживался и клиенту нравился (готов денюжку на то выложить)... Чего касательно закладки в разработку по принципу "клиент может заплатить больше"... дык тот, у кого много денежки готовенькое у фирмачей покупает, а к самодельщику обращаются либо "по нищете", либо полные жлобы, умеющие найти любой повод для последующего кидалова...:mad: Для себя самого сгодится то, что в данный момент доступно (и не всегда самое свеженькое - ramtronовских часиков я уже лет 12 никак не увижу в продаже:)). Кроме всего прочего - практически ведь болшинство "специализированных" БИС создаются на базе тех же МК с масочной программой. ;)