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5.2 Zahlen anzeigen

In dieser Lektion lernst du, wie man mit einem 7-Segment-Display und dem 74HC595-Schieberegister Zahlen auf dem Raspberry Pi Pico 2 W darstellen kann. Das 7-Segment-Display ist ein weit verbreitetes elektronisches Bauteil, das in Geräten wie digitalen Uhren, Taschenrechnern und Haushaltsgeräten zur Anzeige numerischer Informationen eingesetzt wird.

Durch die Kombination des 74HC595 mit dem 7-Segment-Display können alle Segmente mit nur wenigen GPIO-Pins gesteuert werden, wodurch wertvolle I/O-Ressourcen für andere Komponenten eingespart werden.

7-Segment-Anzeige

Benötigte Komponenten

Für dieses Projekt benötigen wir folgende Bauteile.

Ein komplettes Kit ist besonders praktisch – hier ist der Link:

Name	ENTHALTENE TEILE	LINK
Pico 2 W Starter Kit	450+	Pico 2 W Kit

Die Bauteile können auch einzeln über folgende Links erworben werden:

SN	KOMPONENTE	MENGE	LINK
1	Einführung in den Pico 2 W	1
2	Micro-USB-Kabel	1
3	Breadboard	1	KAUFEN
4	Jumper-Kabel	Mehrere	KAUFEN
5	Widerstand	1 (220Ω)	KAUFEN
6	7-Segment-Anzeige	1	KAUFEN
7	74HC595	1	KAUFEN

Funktionsweise des 7-Segment-Displays

Ein 7-Segment-Display besteht aus 7 LEDs (Segmenten), die in Form einer Acht angeordnet sind, um Ziffern von 0 bis 9 anzuzeigen. Zusätzlich gibt es eine achte LED für den Dezimalpunkt. Jedes Segment ist mit a bis g und der Dezimalpunkt mit dp beschriftet.

Hier die Segmentbezeichnungen:

Bei einem gemeinsamen Kathoden-Display (common cathode) sind alle Kathoden der LEDs mit Masse verbunden.

Schaltplan

Die Verdrahtung erfolgt im Prinzip genauso wie bei 5.1 Verwendung des 74HC595-Schieberegisters, mit dem Unterschied, dass die Pins Q0–Q7 mit den Segmenten a bis g des 7-Segment-Displays verbunden werden.

Wiring
74HC595	LED Segmentanzeige
Q0	a
Q1	b
Q2	c
Q3	d
Q4	e
Q5	f
Q6	g
Q7	dp

Verdrahtung

Code schreiben

Wir schreiben nun ein MicroPython-Programm, das die Ziffern 0 bis 9 auf dem 7-Segment-Display anzeigt.

Bemerkung

Öffne 5.2_number_display.py aus pico-2w-kit-main/micropython oder kopiere den Code in Thonny und klicke auf „Run“ oder drücke F5.
Stelle sicher, dass der richtige Interpreter ausgewählt ist: MicroPython (Raspberry Pi Pico).COMxx.

import machine
import utime

# Define the binary codes for each digit (0-9)
SEGMENT_CODES = [
    0x3F,  # 0
    0x06,  # 1
    0x5B,  # 2
    0x4F,  # 3
    0x66,  # 4
    0x6D,  # 5
    0x7D,  # 6
    0x07,  # 7
    0x7F,  # 8
    0x6F   # 9
]

# Initialize the control pins for 74HC595
SDI = machine.Pin(0, machine.Pin.OUT)   # Serial Data Input (DS)
RCLK = machine.Pin(1, machine.Pin.OUT)  # Register Clock (STCP)
SRCLK = machine.Pin(2, machine.Pin.OUT) # Shift Register Clock (SHCP)

# Function to send data to 74HC595
def shift_out(data):
    RCLK.low()
    for bit in range(7, -1, -1):
        SRCLK.low()
        bit_val = (data >> bit) & 0x01
        SDI.value(bit_val)
        SRCLK.high()
    RCLK.high()

# Main loop to display numbers 0-9
while True:
    for num in range(10):
        shift_out(SEGMENT_CODES[num])
        utime.sleep(0.5)

Beim Ausführen des Codes zeigt das 7-Segment-Display nacheinander die Ziffern 0 bis 9 im 0,5-Sekunden-Takt an. Nach der 9 beginnt die Anzeige wieder bei 0 und wiederholt sich endlos.

Code-Erklärung

Module importieren:
- machine: Zugriff auf GPIOs und Hardware-Funktionen.
- utime: Zeitfunktionen und Delays.
Segment-Codes definieren:

Jeder Eintrag steht für die LEDs, die zur Darstellung einer Ziffer leuchten sollen. Zur besseren Lesbarkeit wird Hexadezimal verwendet.
```
SEGMENT_CODES = [
    0x3F,  # 0
    0x06,  # 1
    0x5B,  # 2
    0x4F,  # 3
    0x66,  # 4
    0x6D,  # 5
    0x7D,  # 6
    0x07,  # 7
    0x7F,  # 8
    0x6F   # 9
]
```
Angenommen, das 7-Segment-Display soll die Zahl „1“ anzeigen, dann müssen die Segmente b und c auf High gesetzt werden, während a, d, e, f, g und dp auf Low gesetzt werden.

Das bedeutet, dass die Binärzahl „00000110“ ausgegeben werden muss. Zur besseren Lesbarkeit verwenden wir die hexadezimale Schreibweise „0x06“.

Steuerpins initialisieren:

Weist den GPIO-Pins des Pico Steuerfunktionen für den 74HC595 zu.

SDI = machine.Pin(0, machine.Pin.OUT)
RCLK = machine.Pin(1, machine.Pin.OUT)
SRCLK = machine.Pin(2, machine.Pin.OUT)

Funktion shift_out definieren:

Sendet 8 Bits an den 74HC595.
Beginnt beim höchstwertigen Bit (MSB).
Steuert SRCLK und RCLK entsprechend.

def shift_out(data):
    RCLK.low()
    for bit in range(7, -1, -1):
        SRCLK.low()
        bit_val = (data >> bit) & 0x01
        SDI.value(bit_val)
        SRCLK.high()
    RCLK.high()

Hauptschleife zur Anzeige der Zahlen:
- Zählt von 0 bis 9.
- Ruft shift_out mit dem passenden Segmentcode auf.
- Wartet 0,5 Sekunden zwischen den Zahlen.
```
while True:
    for num in range(10):
        shift_out(SEGMENT_CODES[num])
        utime.sleep(0.5)
```

Segmentcodes verstehen

Jeder Code bestimmt, welche Segmente zur Anzeige der Ziffer aktiv sind:

0: a, b, c, d, e, f → 0x3F
1: b, c → 0x06
2: a, b, g, e, d → 0x5B
3: a, b, c, d, g → 0x4F
4: b, c, f, g → 0x66
5: a, c, d, f, g → 0x6D
6: a, c, d, e, f, g → 0x7D
7: a, b, c → 0x07
8: a, b, c, d, e, f, g → 0x7F
9: a, b, c, d, f, g → 0x6F

Weitere Experimente

Hexadezimal anzeigen:

Erweitere die SEGMENT_CODES-Liste um Buchstaben A–F für hexadezimale Darstellung. Beispiel: ‚A‘ = 0x77
Zähler implementieren:

Ändere den Code in einen Auf- oder Abwärtszähler. Nutze Taster als Eingabe zur Steuerung.
Mehrere Displays steuern:

Kaskadiere mehrere 74HC595, um mehrere Ziffern anzuzeigen. Verwende Multiplexing zur Anzeige mit minimalen GPIOs.

Fazit

In dieser Lektion hast du gelernt, wie man mit einem 7-Segment-Display und einem 74HC595-Schieberegister Zahlen mit dem Raspberry Pi Pico 2 W darstellt. Durch das gezielte Setzen binärer Segmentcodes und den Einsatz des Schieberegisters kannst du effizient Ausgänge mit wenigen Pins steuern.