1.1.5 4-stellige 7-Segment-Anzeige

Einführung

Als Nächstes versuchen wir, die 4-stellige 7-Segment-Anzeige zu steuern.

Benötigte Komponenten

Für dieses Projekt benötigen wir die folgenden Komponenten.

Schaltplan

T-Board Name	physical	BCM
GPIO17	Pin 11	17
GPIO27	Pin 13	27
GPIO22	Pin 15	22
SPIMOSI	Pin 19	10
GPIO18	Pin 12	18
GPIO23	Pin 16	23
GPIO24	Pin 18	24

Experimentelle Verfahren

Schritt 1: Bauen Sie den Schaltkreis auf.

Schritt 2: Wechseln Sie in den Ordner des Codes.

cd ~/davinci-kit-for-raspberry-pi/python-pi5

Schritt 3: Führen Sie die ausführbare Datei aus.

sudo python3 1.1.5_4-Digit_zero.py

Nachdem der Code ausgeführt wurde, führt das Programm einen Zähler aus, der pro Sekunde um 1 erhöht wird, und die 4-stellige Anzeige zeigt den Zählerstand an.

Code

Bemerkung

Sie können den unten stehenden Code Modifizieren/Zurücksetzen/Kopieren/Ausführen/Stoppen. Aber bevor Sie das tun, müssen Sie zum Quellcode-Pfad wie davinci-kit-for-raspberry-pi/python-pi5 gehen. Nachdem Sie den Code geändert haben, können Sie ihn direkt ausführen, um die Auswirkungen zu sehen.

#!/usr/bin/env python3
from gpiozero import OutputDevice
import time
import threading

# GPIO-Pins für das 74HC595 Schieberegister definieren
SDI = OutputDevice(24)   # Serieller Dateneingang
RCLK = OutputDevice(23)  # Register Clock
SRCLK = OutputDevice(18) # Schieberegistertakt

# GPIO-Pins für die Ziffernauswahl auf der 7-Segment-Anzeige definieren
placePin = [OutputDevice(pin) for pin in (10, 22, 27, 17)]

# Segmentcodes für die Zahlen 0-9 auf der 7-Segment-Anzeige definieren
number = (0xc0, 0xf9, 0xa4, 0xb0, 0x99, 0x92, 0x82, 0xf8, 0x80, 0x90)

counter = 0  # Zähler für die Anzeige initialisieren
timer1 = 0   # Timer für Zählererhöhung initialisieren

def clearDisplay():
    """ Die 7-Segment-Anzeige löschen. """
    for _ in range(8):
        SDI.on()
        SRCLK.on()
        SRCLK.off()
    RCLK.on()
    RCLK.off()

def hc595_shift(data):
    """ Ein Byte Daten in das 74HC595 Schieberegister schieben. """
    for i in range(8):
        SDI.value = 0x80 & (data << i)  # SDI auf Hoch/Niedrig basierend auf dem Datenbit setzen
        SRCLK.on()  # Schieberegistertakt auslösen
        SRCLK.off()
    RCLK.on()  # Daten durch Auslösen des Register Clocks in die Ausgabe übernehmen
    RCLK.off()

def pickDigit(digit):
    """ Eine Ziffer für die Anzeige auf der 7-Segment-Anzeige auswählen. """
    for pin in placePin:
        pin.off()  # Alle Ziffernauswahl-Pins ausschalten
    placePin[digit].on()  # Die ausgewählte Ziffer einschalten

def timer():
    """ Timerfunktion, um den Zähler jede Sekunde zu erhöhen. """
    global counter, timer1
    timer1 = threading.Timer(1.0, timer)  # Timer für nächste Erhöhung zurücksetzen
    timer1.start()
    counter += 1  # Zähler erhöhen
    print("%d" % counter)  # Aktuellen Zählerstand ausgeben

def setup():
    """ Anfangszustand einrichten und den Timer starten. """
    global timer1
    timer1 = threading.Timer(1.0, timer)  # Timer initialisieren und starten
    timer1.start()

def loop():
    """ Hauptloop, um die 7-Segment-Anzeige mit dem Zählerwert zu aktualisieren. """
    global counter
    while True:
        for i in range(4):  # Jede Ziffer durchlaufen
            clearDisplay()  # Anzeige löschen, bevor neue Ziffer gesetzt wird
            pickDigit(i)    # Ziffer für die Anzeige auswählen
            digit = (counter // (10 ** i)) % 10
            hc595_shift(number[digit])  # Ziffernwert in 74HC595 schieben
            time.sleep(0.001)  # Kurze Verzögerung für Anzeigestabilität

def destroy():
    """ GPIO-Ressourcen freigeben und Timer bei Beendigung stoppen. """
    global timer1
    timer1.cancel()  # Timer stoppen
    for device in [SDI, RCLK, SRCLK] + placePin:
        device.close()  # GPIO-Geräte schließen

try:
    setup()  # Initialisierung einrichten
    while True:
        loop()  # Hauptloop starten

except KeyboardInterrupt:
    # Skriptunterbrechung (z. B. Ctrl+C) behandeln
    destroy()  # Ressourcen bei Beendigung aufräumen

Code-Erklärung

1. Diese vier Pins steuern die gemeinsamen Anodenpins der vierstelligen 7-Segment-Anzeigen.

   # GPIO-Pins für die Ziffernauswahl auf der 7-Segment-Anzeige definieren
   placePin = [OutputDevice(pin) for pin in (10, 22, 27, 17)]
   

2. Ein Segmentcode-Array von 0 bis 9 in Hexadezimal (gemeinsame Anode).

   # Segmentcodes für die Zahlen 0-9 auf der 7-Segment-Anzeige definieren
   number = (0xc0, 0xf9, 0xa4, 0xb0, 0x99, 0x92, 0x82, 0xf8, 0x80, 0x90)
   

3. Initialisiert einen Timer, der die timer-Funktion jede Sekunde auslöst. Dadurch wird die regelmäßige Zählererhöhung eingerichtet.

   def setup():
       """ Anfangszustand einrichten und den Timer starten. """
       global timer1
       timer1 = threading.Timer(1.0, timer)  # Timer initialisieren und starten
       timer1.start()
   

4. Nachdem der Timer 1,0 s erreicht hat, wird die Timerfunktion aufgerufen; 1 zum Zähler hinzufügen, und der Timer wird erneut verwendet, um sich selbst jede Sekunde wiederholt auszuführen.

   def timer():
       """ Timerfunktion, um den Zähler jede Sekunde zu erhöhen. """
       global counter, timer1
       timer1 = threading.Timer(1.0, timer)  # Timer für nächste Erhöhung zurücksetzen
       timer1.start()
       counter += 1  # Zähler erhöhen
       print("%d" % counter)  # Aktuellen Zählerstand ausgeben
   

5. Verschiebt ein Byte Daten in das 74HC595 Schieberegister und steuert damit die Anzeigesegmente.

   def hc595_shift(data):
       """ Ein Byte Daten in das 74HC595 Schieberegister schieben. """
       for i in range(8):
           SDI.value = 0x80 & (data << i)  # SDI auf Hoch/Niedrig basierend auf dem Datenbit setzen
           SRCLK.on()  # Schieberegistertakt auslösen
           SRCLK.off()
       RCLK.on()  # Daten durch Auslösen des Register Clocks in die Ausgabe übernehmen
       RCLK.off()
   

6. Aktualisiert kontinuierlich die Anzeige mit dem aktuellen Zählerwert, indem jede Ziffer nacheinander angezeigt wird.

   def loop():
       """ Hauptloop, um die 7-Segment-Anzeige mit dem Zählerwert zu aktualisieren. """
       global counter
       while True:
           for i in range(4):  # Jede Ziffer durchlaufen
               clearDisplay()  # Anzeige löschen, bevor neue Ziffer gesetzt wird
               pickDigit(i)    # Ziffer für die Anzeige auswählen
               digit = (counter // (10 ** i)) % 10
               hc595_shift(number[digit])  # Ziffernwert in 74HC595 schieben
               time.sleep(0.001)  # Kurze Verzögerung für Anzeigestabilität
   

7. Löscht die 7-Segment-Anzeige, indem alle Segmente ausgeschaltet werden, bevor die nächste Ziffer angezeigt wird.

   def clearDisplay():
       """ Die 7-Segment-Anzeige löschen. """
       for _ in range(8):
           SDI.on()
           SRCLK.on()
           SRCLK.off()
       RCLK.on()
       RCLK.off()
   

8. Wählt aus, welche Ziffer der 7-Segment-Anzeige aktiviert werden soll. Jede Ziffer wird durch einen separaten GPIO-Pin gesteuert.

   def pickDigit(digit):
       """ Eine Ziffer für die Anzeige auf der 7-Segment-Anzeige auswählen. """
       for pin in placePin:
           pin.off()  # Alle Ziffernauswahl-Pins ausschalten
       placePin[digit].on()  # Die ausgewählte Ziffer einschalten
   

9. Gibt die GPIO-Ressourcen ordnungsgemäß frei und stoppt den Timer, wenn das Programm unterbrochen wird.

   except KeyboardInterrupt:
       # Skriptunterbrechung (z. B. Ctrl+C) behandeln
       destroy()  # Ressourcen bei Beendigung aufräumen