.. note:: FacebookのSunFounder Raspberry Pi & Arduino & ESP32愛好家コミュニティへようこそ！Raspberry Pi、Arduino、ESP32についての知識を深め、同じ趣味を持つ仲間と交流しましょう。 **なぜ参加するのか？** - **専門的なサポート**: コミュニティとチームの支援を受けて、販売後の問題や技術的な課題を解決します。 - **学びと共有**: ヒントやチュートリアルを交換してスキルを向上させましょう。 - **独占的なプレビュー**: 新製品の発表や先行プレビューに早期アクセスが可能です。 - **特別な割引**: 最新製品の独占的な割引を楽しみましょう。 - **祭りのプロモーションとギブアウェイ**: ギブアウェイや休日のプロモーションに参加しましょう。 👉 私たちと一緒に探索し、創造しませんか？[|link_sf_facebook|]をクリックして今すぐ参加してください！ .. _ar_74hc_4dig: 5.3 4桁7セグメントディスプレイで時間カウンターを作成する ============================================================== このレッスンでは、 **4桁7セグメントディスプレイ** を使用して、Raspberry Pi Pico 2 でシンプルな時間カウンターを作成する方法を学びます。ディスプレイは1秒ごとにカウントアップし、経過秒数を表示します。 **必要なもの** このプロジェクトでは、以下のコンポーネントが必要です。 以下のリンクからキットを購入すると便利です。 .. list-table:: :widths: 20 20 20 :header-rows: 1 * - 名称 - このキットに含まれるアイテム - リンク * - Newton Lab Kit - 450+ - |link_newton_lab_kit| また、以下のリンクから個別に購入することもできます。 .. list-table:: :widths: 5 20 5 20 :header-rows: 1 * - 番号 - コンポーネント - 数量 - リンク * - 1 - :ref:`cpn_pico_2` - 1 - |link_pico2_buy| * - 2 - Micro USB ケーブル - 1 - * - 3 - :ref:`cpn_breadboard` - 1 - |link_breadboard_buy| * - 4 - :ref:`cpn_wire` - 数本 - |link_wires_buy| * - 5 - :ref:`cpn_resistor` - 4(220Ω) - |link_resistor_buy| * - 6 - :ref:`cpn_4_dit_7_segment` - 1 - * - 7 - :ref:`cpn_74hc595` - 1 - |link_74hc595_buy| **4桁7セグメントディスプレイの理解** 4桁7セグメントディスプレイは、4つの個別の7セグメントディスプレイが1つのモジュールに統合されたものです。各桁は同じセグメント制御ライン（ **a** ～ **g** および **dp** ）を共有しますが、各桁には独自の **共通カソード** 制御があります。この構成により、どの桁をアクティブにするかを制御できます。 異なる数字を各桁に表示するためには、 **マルチプレクシング** という技術を使用します。これは、桁ごとに高速で切り替えて更新することで、すべての桁が同時に表示されているように見せる技術です。これは視覚残像の原理を利用したものです。 |4digit_control_pins| **回路図** |sch_4dig| この回路の配線の基本原理は :ref:`py_74hc_led` とほぼ同じですが、異なる点は、Q0～Q7が4桁7セグメントディスプレイのa～gピンに接続されることです。 さらに、G10～G13は、どの7セグメントディスプレイを動作させるかを制御します。 **配線図** |wiring_4dig| * **セグメント接続（220Ω抵抗を通して）:** * **Q0** → セグメント **a** * **Q1** → セグメント **b** * **Q2** → セグメント **c** * **Q3** → セグメント **d** * **Q4** → セグメント **e** * **Q5** → セグメント **f** * **Q6** → セグメント **g** * **Q7** → セグメント **dp**（小数点） * **共通カソード接続（桁選択ピン）:** * **桁1（左端桁）:** **GP10** に接続 * **桁2:** **GP11** に接続 * **桁3:** **GP12** に接続 * **桁4（右端桁）:** **GP13** に接続 **コードの記述** .. note:: * ``5.3_time_counter.ino`` を ``newton-lab-kit/arduino/5.3_time_counter`` フォルダから開くことができます。 * または、以下のコードを **Arduino IDE** にコピーしてください。 * **Raspberry Pi Pico 2** ボードを選択し、適切なポートを選択して「アップロード」をクリックしてください。 .. code-block:: arduino // Define the connection pins for the shift register #define DATA_PIN 18 // DS (Serial Data Input) #define LATCH_PIN 19 // STCP (Storage Register Clock) #define CLOCK_PIN 20 // SHCP (Shift Register Clock) // Define the digit control pins for the 4-digit 7-segment display const int digitPins[4] = { 10, 11, 12, 13 }; // DIG1, DIG2, DIG3, DIG4 // Segment byte maps for numbers 0-9 const byte digitCodes[10] = { // Pgfedcba 0b00111111, // 0 0b00000110, // 1 0b01011011, // 2 0b01001111, // 3 0b01100110, // 4 0b01101101, // 5 0b01111101, // 6 0b00000111, // 7 0b01111111, // 8 0b01101111 // 9 }; unsigned long previousMillis = 0; // Stores the last time the display was updated unsigned int counter = 0; // Counter value void setup() { // Initialize the shift register pins pinMode(DATA_PIN, OUTPUT); pinMode(LATCH_PIN, OUTPUT); pinMode(CLOCK_PIN, OUTPUT); // Initialize the digit control pins for (int i = 0; i < 4; i++) { pinMode(digitPins[i], OUTPUT); digitalWrite(digitPins[i], HIGH); // Turn off all digits } } void loop() { unsigned long currentMillis = millis(); // Update the counter every 1000 milliseconds (1 second) if (currentMillis - previousMillis >= 1000) { previousMillis = currentMillis; counter++; // Increment the counter if (counter > 9999) { counter = 0; // Reset counter after 9999 } } // Display the counter value displayNumber(counter); } void displayNumber(int num) { // Break the number into digits int digits[4]; digits[0] = num / 1000; // Thousands digits[1] = (num / 100) % 10; // Hundreds digits[2] = (num / 10) % 10; // Tens digits[3] = num % 10; // Units // Display each digit for (int i = 0; i < 4; i++) { digitalWrite(digitPins[i], LOW); // Activate digit shiftOutDigit(digitCodes[digits[i]]); delay(5); // Small delay for multiplexing digitalWrite(digitPins[i], HIGH); // Deactivate digit } } void shiftOutDigit(byte data) { // Send data to the shift register digitalWrite(LATCH_PIN, LOW); shiftOut(DATA_PIN, CLOCK_PIN, MSBFIRST, data); digitalWrite(LATCH_PIN, HIGH); } コードをアップロードすると、4桁7セグメントディスプレイが「0000」からカウントを開始し、1秒ごとに1ずつ増加します。 カウントの進行は次のようになります：0000、0001、0002、...、9999、その後0000にリセットされます。 **コードの理解** #. 制御ピンの定義: * ``DATA_PIN (DS)``: 74HC595にシリアルデータを送信 * ``LATCH_PIN (STCP)``: シフトレジスタのデータを出力ピンに固定 * ``CLOCK_PIN (SHCP)``: シフトレジスタへのデータ送信を制御 .. code-block:: arduino #define DATA_PIN 18 // DS (シリアルデータ入力) #define LATCH_PIN 19 // STCP (ストレージレジスタクロック) #define CLOCK_PIN 20 // SHCP (シフトレジスタクロック) #. 桁制御ピンの定義: * 各桁の共通カソードは個別のGPIOピンに接続されます。 * LOW に設定するとその桁が有効になり、HIGH で無効になります。 .. code-block:: arduino const int digitPins[4] = {10, 11, 12, 13}; // DIG1, DIG2, DIG3, DIG4 #. セグメントのバイトマップ作成: * 各バイトは、共通カソードの7セグメントディスプレイに表示する数字 (0～9) のセグメントを表します。 * 各ビットはセグメント a から g および dp に対応しています。 .. code-block:: arduino const byte digitCodes[10] = { 0b00111111, // 0 0b00000110, // 1 0b01011011, // 2 0b01001111, // 3 0b01100110, // 4 0b01101101, // 5 0b01111101, // 6 0b00000111, // 7 0b01111111, // 8 0b01101111 // 9 }; #. セットアップ関数: * ``DATA_PIN`` 、 ``LATCH_PIN`` 、 ``CLOCK_PIN`` を出力ピンとして設定。 * すべての桁制御ピンを ``HIGH`` に設定し、最初はすべての桁を無効化。 .. code-block:: arduino void setup() { // シフトレジスタのピンを初期化 pinMode(DATA_PIN, OUTPUT); pinMode(LATCH_PIN, OUTPUT); pinMode(CLOCK_PIN, OUTPUT); // 桁制御ピンの初期化 for (int i = 0; i < 4; i++) { pinMode(digitPins[i], OUTPUT); digitalWrite(digitPins[i], HIGH); // 初期状態で全桁をオフ } } #. ループ関数: * ``millis()`` を使用し、プログラムをブロックせずに経過時間を追跡。 * ``counter`` を1秒ごとに増加し、9999を超えたらリセット。 .. code-block:: arduino void loop() { unsigned long currentMillis = millis(); // 1000ミリ秒 (1秒) ごとにカウンターを更新 if (currentMillis - previousMillis >= 1000) { previousMillis = currentMillis; counter++; // カウントを増加 if (counter > 9999) { counter = 0; // 9999を超えたらリセット } } // カウンター値を表示 displayNumber(counter); } #. 数値の表示: * ``counter`` の値を千の位、百の位、十の位、一の位に分割。 * 各桁を順番にアクティブにし、対応するセグメントデータを送信後、非アクティブに。 * 高速で桁を切り替えることで、すべての桁が同時に点灯しているように見せる。 .. code-block:: arduino void displayNumber(int num) { // 数値を個々の桁に分解 int digits[4]; digits[0] = num / 1000; // 千の位 digits[1] = (num / 100) % 10; // 百の位 digits[2] = (num / 10) % 10; // 十の位 digits[3] = num % 10; // 一の位 // 各桁を順番に表示 for (int i = 0; i < 4; i++) { digitalWrite(digitPins[i], LOW); // 現在の桁を有効化 // 現在の桁に対応するセグメントデータを送信 shiftOutDigit(digitCodes[digits[i]]); delay(5); // マルチプレクシングのための短い遅延 digitalWrite(digitPins[i], HIGH); // 現在の桁を無効化 } } #. セグメントデータのシフト出力: * 74HC595シフトレジスタにセグメントデータを送信。 * ``shiftOut()`` を使用して、最上位ビット (``MSBFIRST``) から1ビットずつ送信。 * ``LATCH_PIN`` をトグルして出力ピンにデータをラッチ。 .. code-block:: arduino void shiftOutDigit(byte data) { // シフトレジスタにデータを送信 digitalWrite(LATCH_PIN, LOW); shiftOut(DATA_PIN, CLOCK_PIN, MSBFIRST, data); digitalWrite(LATCH_PIN, HIGH); } **さらなる実験** * リセットボタンを追加する: ボタンをPicoに接続し、押したらカウンターがリセットされるようにします。 * 異なるデータを表示する: センサーの値 (温度や光の強さ) を表示するようにコードを変更できます。 * ストップウォッチを作成する: スタート、ストップ、リセット機能を追加し、ストップウォッチとして使用できるようにします。 **結論** このプロジェクトでは、シフトレジスタを使用して4桁7セグメントディスプレイを制御する方法を学びました。 ``millis()`` を利用して適切なタイミング管理を行い、表示の滑らかさを損なうことなく正確な時間カウンターを実現しました。