19. díl o Arduinu – 4. bitový sedmisegmentový displej

V minulém díle jsme si něco řekli o tom, jak se zapojují LED diody do matice. Vše, co jsme se v minulém díle naučili, se nám nyní bude hodit, protože se dnes pokusíme zapojit 4bitový sedmisegmentový displej, který právě maticového zapojení využívá. Displej má většinou 12 pinů s tím, že společný vývod je buď katoda anebo anoda. Například u mého displeje jsou piny 6, 8, 9 a 12 anody a zbylé piny, tedy 1,2,3,4,5,7,10,11 slouží pro segmenty a tečku a jsou katody. To znamená, že pokud se rozhodnete tento displej používat, můžete jej otestovat tak, že k anodě přivedete + a k některému ze segmentů mínus. Tedy například že k pinu 6 přivedete od digitálního pinu napětí a přes odpor z pinu třeba 2 to připojíte zpět k Arduinu na místo, označené jako GND, tím se rozsvítí jeden segment v některé z číslic. Pokud k zemi přivedete více segmentů, v té samé číslici se vám rozsvítí více segmentů a pokud přivedete napětí i k dalším číslicím, ty samé segmenty, jaké máte rozsvícené v té, která teď svítí, se rozsvítí i na té další.

To vše tedy znamená, že pokud se rozhodneme rozsvěcovat jednotlivá čísla, budeme muset dělat to, co bylo napsáno na konci minulého dílu, tedy rozsvítit jednu diodu, zhasnout ji a pak rozsvítit jinou a takhle na střídačku s nimi blikat.

18. díl o Arduinu - maticové zapojení LED diod

Tentokrát ale nebudeme takto blikat pouze s jednou jedinou diodou, ale těch diod budeme používat v jednom bliknutí více, resp. přesně tolik, kolik segmentů je zapotřebí k vykreslení konkrétní číslice. Pokud budeme vykreslovat jedničku, budou svítit jen dva segmenty, pokud dvojku, těch segmentů bude celkem pět. Pokud budeme vykreslovat číslici 45, budeme na střídačku blikat v předposlední číslici se čtyřmi segmenty a v poslední číslici s pěti segmenty. Pokud tedy toto budeme dělat dostatečně rychle, lidské oko nic nepostřehne a na displeji to bude vypadat, že svítí číslice 45, i když tomu ve skutečnosti tak není.

Pokud tedy budeme chtít vykreslit na tomto displeji číslo 1234, budeme muset nejdříve na první číslici vykreslit jedničku, pak na druhé číslici dvojku, potom na třetí číslici trojku a nakonec na čtvrté číslici čtyřku. Tímto dostatečně rychlým opakováním docílíme správného efektu, ale dost o teorii, pojďme se na vše podívat prakticky.

Jako v každém díle začneme nejdříve základní deklarací proměnných, tentokrát ale něco lehce změníme. Uděláme něco nového, co jsme předtím nedělali. Vytvoříme proměnné, ve kterých budeme mít uloženo, o jaké segmenty displeje se jedná.

Na začátek celého kódu, aniž bychom to vložili do kterékoliv funkce tak deklarujeme toto:

int digit1 = 37;

int digit2 = 34;

int digit3 = 33;

int digit4 = 30;

int segA = 43;

int segB = 44;

int segC = 52;

int segD = 51;

int segE = 48;

int segF = 40;

int segG = 47;

Tímto kódem neuděláme nic jiného, než že vytvoříme několik proměnných, které mají určitou hodnotu. První čtyři budeme používat pro čtyři čísla displeje a těch dalších sedm bude pro jednotlivé segmenty. Jak jsem již na začátku tohoto dílu řekl, budeme překreslovat několik diod a přepínat mezi nimi. Právě kvůli ulehčení si vytvoříme toto, protože to bude o hodně jednodušší.

Pokud se rozhodnete někdo z vás na tento pokus použít desku UNO, jde to. Není problém například na některé segmenty použít analogové vstupy. Jen místo čísla pinu napíšete třeba A0, A1 atd. Tímto můžete použít i analogové vstupy na desce, kterou máte. Teď se pustíme do funkce setup() ve které nastavíme všechny výše deklarované proměnné tak, že se jedná o piny a přiřadíme jim, k čemu jsou, tedy:

pinMode(segA, OUTPUT);

pinMode(segB, OUTPUT);

pinMode(segC, OUTPUT);

pinMode(segD, OUTPUT);

pinMode(segE, OUTPUT);

pinMode(segF, OUTPUT);

pinMode(segG, OUTPUT);

pinMode(digit1, OUTPUT);

pinMode(digit2, OUTPUT);

pinMode(digit3, OUTPUT);

pinMode(digit4, OUTPUT);

Obdobným způsobem budeme využívat v dalších funkcích toho, že přesně víme, co konkrétní řádek dělá. Do teď jsme vždy místo názvu proměnné používali číslo pinu, což by u takto složité věci už mohlo být značně zavádějící. Nejdůležitějším na tom je to, abyste opravdu podle schématu vašeho displeje zapojili přesně ten pin, který jste si pojmenovali a aby při jeho zapojení se právě ten segment rozsvítil. Pokud toto neuděláte, tato deklarace nemá žádný smysl! Nyní se podíváme na dvě jednoduché funkce, které si budou pomáhat, ta jedna bude na zapínání segmentů, ta druhá na pouštění čísel. Tedy jedna bude hlavní, ta, které předáme číslo, co chceme zobrazit a ta druhá jí bude jen pomáhat.

Ta, která jí bude pouze pomáhat, se bude jmenovat zapni_segmenty() a její kód můžeme napsat třeba takto:

void zapni_segmenty(int cislo_displeje) {

#define SEGMENT_ON LOW

#define SEGMENT_OFF HIGH

switch (cislo_displeje){

case 0:

digitalWrite(segA, SEGMENT_ON);

digitalWrite(segB, SEGMENT_ON);

digitalWrite(segC, SEGMENT_ON);

digitalWrite(segD, SEGMENT_ON);

digitalWrite(segE, SEGMENT_ON);

digitalWrite(segF, SEGMENT_ON);

digitalWrite(segG, SEGMENT_OFF);

break;

case 1:

digitalWrite(segA, SEGMENT_OFF);

digitalWrite(segB, SEGMENT_ON);

digitalWrite(segC, SEGMENT_ON);

digitalWrite(segD, SEGMENT_OFF);

digitalWrite(segE, SEGMENT_OFF);

digitalWrite(segF, SEGMENT_OFF);

digitalWrite(segG, SEGMENT_OFF);

break;

case 2:

digitalWrite(segA, SEGMENT_ON);

digitalWrite(segB, SEGMENT_ON);

digitalWrite(segC, SEGMENT_OFF);

digitalWrite(segD, SEGMENT_ON);

digitalWrite(segE, SEGMENT_ON);

digitalWrite(segF, SEGMENT_OFF);

digitalWrite(segG, SEGMENT_ON);

break;

case 3:

digitalWrite(segA, SEGMENT_ON);

digitalWrite(segB, SEGMENT_ON);

digitalWrite(segC, SEGMENT_ON);

digitalWrite(segD, SEGMENT_ON);

digitalWrite(segE, SEGMENT_OFF);

digitalWrite(segF, SEGMENT_OFF);

digitalWrite(segG, SEGMENT_ON);

break;

case 4:

digitalWrite(segA, SEGMENT_OFF);

digitalWrite(segB, SEGMENT_ON);

digitalWrite(segC, SEGMENT_ON);

digitalWrite(segD, SEGMENT_OFF);

digitalWrite(segE, SEGMENT_OFF);

digitalWrite(segF, SEGMENT_ON);

digitalWrite(segG, SEGMENT_ON);

break;

case 5:

digitalWrite(segA, SEGMENT_ON);

digitalWrite(segB, SEGMENT_OFF);

digitalWrite(segC, SEGMENT_ON);

digitalWrite(segD, SEGMENT_ON);

digitalWrite(segE, SEGMENT_OFF);

digitalWrite(segF, SEGMENT_ON);

digitalWrite(segG, SEGMENT_ON);

break;

case 6:

digitalWrite(segA, SEGMENT_ON);

digitalWrite(segB, SEGMENT_OFF);

digitalWrite(segC, SEGMENT_ON);

digitalWrite(segD, SEGMENT_ON);

digitalWrite(segE, SEGMENT_ON);

digitalWrite(segF, SEGMENT_ON);

digitalWrite(segG, SEGMENT_ON);

break;

case 7:

digitalWrite(segA, SEGMENT_ON);

digitalWrite(segB, SEGMENT_ON);

digitalWrite(segC, SEGMENT_ON);

digitalWrite(segD, SEGMENT_OFF);

digitalWrite(segE, SEGMENT_OFF);

digitalWrite(segF, SEGMENT_OFF);

digitalWrite(segG, SEGMENT_OFF);

break;

case 8:

digitalWrite(segA, SEGMENT_ON);

digitalWrite(segB, SEGMENT_ON);

digitalWrite(segC, SEGMENT_ON);

digitalWrite(segD, SEGMENT_ON);

digitalWrite(segE, SEGMENT_ON);

digitalWrite(segF, SEGMENT_ON);

digitalWrite(segG, SEGMENT_ON);

break;

case 9:

digitalWrite(segA, SEGMENT_ON);

digitalWrite(segB, SEGMENT_ON);

digitalWrite(segC, SEGMENT_ON);

digitalWrite(segD, SEGMENT_ON);

digitalWrite(segE, SEGMENT_OFF);

digitalWrite(segF, SEGMENT_ON);

digitalWrite(segG, SEGMENT_ON);

break;

case 10:

digitalWrite(segA, SEGMENT_OFF);

digitalWrite(segB, SEGMENT_OFF);

digitalWrite(segC, SEGMENT_OFF);

digitalWrite(segD, SEGMENT_OFF);

digitalWrite(segE, SEGMENT_OFF);

digitalWrite(segF, SEGMENT_OFF);

digitalWrite(segG, SEGMENT_OFF);

break;

}

První dva řádky, které začínají slovem #define zde být nemusí, a jako druhý parametr se pak jen natvrdo napíše HIGH a nebo LOW. Nicméně existují displeje, který mají stejně piny, jsou stejně veliké, prostě k nerozeznání a jedny mají společnou katodu a druhou anodu. Pokud si kód napíšete takto a vyměníte jej za ten druhý typ, což se může velmi snadno stát, změna na druhý typ je opravdu velmi jednoduchá. Jen se to přepíše na dvou řádcích a je hotovo, v tom druhém případě, kdy to budete mít v každém řádku napsáno natvrdo, tak budeme muset ručně každý řádek změnit, což je opravdu na hodně dlouho. Proto si myslím, že takto je to pro tento účel o dost lepší. Úplně stejného výsledku se dá použít funkcí IF a několikrát podmínku s ELSE IF a tak podobně, ale toto je o dost lepší. Hlavně je to o dost rychlejší, což sice nepoznáme, ale kdybychom dělali nějaký obrovský projekt, tak vědět že je tato metoda rychlejší se nám určitě vyplatí a to nejen pro programování na Arduinu.

K této funkci tedy ještě vytvoříme funkci zobraz_cislo, která bude získávat z hlavní funkce loop() číslo, které se má zobrazit. Funkce není ani moc dlouhá a rozsáhlá a vypadá přibližně takto:

void zobraz_cislo(int cislo){

#define DIGIT_ON HIGH

#define DIGIT_OFF LOW

#define svitivost 5

int jedna;

int dva;

int tri;

int ctyry;

if(cislo>=0 && cislo<10){

digitalWrite(digit1, DIGIT_OFF);

digitalWrite(digit2, DIGIT_OFF);

digitalWrite(digit3, DIGIT_OFF);

digitalWrite(digit4, DIGIT_ON);

zapni_segmenty(cislo);

delay(svitivost);

digitalWrite(digit4, DIGIT_OFF);

}else if(cislo>=10 && cislo<100){

digitalWrite(digit1, DIGIT_OFF);

digitalWrite(digit2, DIGIT_OFF);

jedna = cislo / 10;

dva = cislo % 10;

digitalWrite(digit3, DIGIT_ON);

zapni_segmenty(jedna);

delay(svitivost);

digitalWrite(digit3, DIGIT_OFF);

digitalWrite(digit4, DIGIT_ON);

zapni_segmenty(dva);

delay(svitivost);

digitalWrite(digit4, DIGIT_OFF);

}else if(cislo>=100 && cislo<1000){

digitalWrite(digit1, DIGIT_OFF);

jedna = cislo / 100;

dva = cislo % 100;

digitalWrite(digit2, DIGIT_ON);

zapni_segmenty(jedna);

delay(svitivost);

digitalWrite(digit2, DIGIT_OFF);

tri = dva % 10;

dva = dva / 10;

digitalWrite(digit3, DIGIT_ON);

zapni_segmenty(dva);

delay(svitivost);

digitalWrite(digit3, DIGIT_OFF);

digitalWrite(digit4, DIGIT_ON);

zapni_segmenty(tri);

delay(svitivost);

digitalWrite(digit4, DIGIT_OFF);

}else if(cislo>=1000 && cislo <10000){

jedna = cislo / 1000;

dva = cislo % 1000;

digitalWrite(digit1, DIGIT_ON);

zapni_segmenty(jedna);

delay(svitivost);

digitalWrite(digit1, DIGIT_OFF);

tri = dva % 100;

dva = dva / 100;

digitalWrite(digit2, DIGIT_ON);

zapni_segmenty(dva);

delay(svitivost);

digitalWrite(digit2, DIGIT_OFF);

ctyry = tri % 10;

tri = tri / 10;

digitalWrite(digit3, DIGIT_ON);

zapni_segmenty(tri);

delay(svitivost);

digitalWrite(digit3, DIGIT_OFF);

digitalWrite(digit4, DIGIT_ON);

zapni_segmenty(ctyry);

delay(svitivost);

digitalWrite(digit4, DIGIT_OFF);

}else{

//error - protože se jedná o číslo, které není možné na tomto displeji zobrazit

}

Tento kód vypadá sice hrozně, ale jde dost zjednodušit, funkce, která udělá, dá se říci to samé, jako ta předchozí vypadá takto, ale je na pochopení o něco složitější.

void zobraz_cislo(int toDisplay) {

#define DISPLAY_BRIGHTNESS 500

#define DIGIT_ON HIGH

#define DIGIT_OFF LOW

long beginTime = millis();

for(int digit = 4 ; digit > 0 ; digit--) {

switch(digit) {

case 1:

digitalWrite(digit1, DIGIT_ON);

break;

case 2:

digitalWrite(digit2, DIGIT_ON);

break;

case 3:

digitalWrite(digit3, DIGIT_ON);

break;

case 4:

digitalWrite(digit4, DIGIT_ON);

break;

}

zapni_segmenty(toDisplay % 10);

toDisplay /= 10;

delayMicroseconds(DISPLAY_BRIGHTNESS);

zapni_segmenty(10);

digitalWrite(digit1, DIGIT_OFF);

digitalWrite(digit2, DIGIT_OFF);

digitalWrite(digit3, DIGIT_OFF);

digitalWrite(digit4, DIGIT_OFF);

}

while( (millis() - beginTime) < 10) ;

}

Tato funkce udělá úplně to samé, jako ta dlouhá, předchozí, ale pro začátečníky je o dost těžší pochopit, copak ta první je sice dlouhá, ale pochopí jí naprosto každý. Teď už jen stačí z hlavní funkce loop() zavolat funkci zobraz_cislo s hodnotou nějakého čísla, například:

zobraz_cislo(1234);

A po nahrání do Arduina se na displeji zobrazí číslo 1234. Teď by se ještě (jako je to mým zvykem) hodilo, na konec dílu vytvořit cyklus, který bude vypadat třeba takto:

zobraz_cislo(i);

i++;

if(i>9999){

i = 0;

}

delay(5);

Tímto zobrazíme všechny čísla od 0 – 9999. Stejně jako v následujícím videu.