.. note::

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.. _1.1.5_c_pi5:

1.1.5 4-stellige 7-Segment-Anzeige
====================================

Einführung
-----------------

Als Nächstes folgen Sie mir, um zu lernen, wie man die 4-stellige 7-Segment-Anzeige steuert.

Benötigte Komponenten
------------------------------

Für dieses Projekt benötigen wir die folgenden Komponenten.

.. image:: ../img/list_4_digit.png

Es ist definitiv praktisch, ein gesamtes Kit zu kaufen, hier ist der Link:

.. list-table::
    :widths: 20 20 20
    :header-rows: 1

    *   - Name	
        - ARTIKEL IN DIESEM KIT
        - LINK
    *   - Raphael Kit
        - 337
        - |link_Raphael_kit|

Sie können sie auch einzeln über die untenstehenden Links kaufen.

.. list-table::
    :widths: 30 20
    :header-rows: 1

    *   - KOMPONENTENBESCHREIBUNG
        - KAUF-LINK

    *   - :ref:`cpn_gpio_board`
        - |link_gpio_board_buy|
    *   - :ref:`cpn_breadboard`
        - |link_breadboard_buy|
    *   - :ref:`cpn_wires`
        - |link_wires_buy|
    *   - :ref:`cpn_resistor`
        - |link_resistor_buy|
    *   - :ref:`cpn_4_digit`
        - \-
    *   - :ref:`cpn_74hc595`
        - |link_74hc595_buy|

.. note::
    In diesem Projekt sollten wir für die 4-stellige 7-Segment-Anzeige das BS-Modell verwenden. Wenn Sie das AS-Modell verwenden, leuchtet es möglicherweise nicht.

Schaltplan
--------------------------

============ ======== ======== ===
T-Board Name physical wiringPi BCM
GPIO17       Pin 11   0        17
GPIO27       Pin 13   2        27
GPIO22       Pin 15   3        22
SPIMOSI      Pin 19   12       10
GPIO18       Pin 12   1        18
GPIO23       Pin 16   4        23
GPIO24       Pin 18   5        24
============ ======== ======== ===

.. image:: ../img/schmatic_4_digit.png


Experimentelle Verfahren
-----------------------------------

**Schritt 1**: Bauen Sie den Schaltkreis.

.. image:: ../img/image80.png

**Schritt 2**: Navigieren Sie zum Ordner des Codes.

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

    cd ~/raphael-kit/c/1.1.5/

**Schritt 3**: Kompilieren Sie den Code.

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

    gcc 1.1.5_4-Digit.c -lwiringPi

**Schritt 4**: Führen Sie die ausführbare Datei aus.

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

    sudo ./a.out

Nachdem der Code ausgeführt wurde, zählt das Programm hoch, um 1 pro Sekunde, und die 4-stellige 7-Segment-Anzeige zeigt den Zählstand an.


.. note::

    Wenn es nach dem Ausführen nicht funktioniert oder eine Fehlermeldung angezeigt wird: \"wiringPi.h: Datei oder Verzeichnis nicht gefunden\", beziehen Sie sich bitte auf :ref:`install_wiringpi_pi5`.

**Code**

.. code-block:: c

    #include <wiringPi.h>
    #include <stdio.h>
    #include <wiringShift.h>
    #include <signal.h>
    #include <unistd.h>

    #define SDI 5
    #define RCLK 4
    #define SRCLK 1

    const int placePin[] = {12, 3, 2, 0};
    unsigned char number[] = {0xc0, 0xf9, 0xa4, 0xb0, 0x99, 0x92, 0x82, 0xf8, 0x80, 0x90};

    int counter = 0;

    void pickDigit(int digit)
    {
        for (int i = 0; i < 4; i++)
        {
            digitalWrite(placePin[i], 0);
        }
        digitalWrite(placePin[digit], 1);
    }

    void hc595_shift(int8_t data)
    {
        int i;
        for (i = 0; i < 8; i++)
        {
            digitalWrite(SDI, 0x80 & (data << i));
            digitalWrite(SRCLK, 1);
            delayMicroseconds(1);
            digitalWrite(SRCLK, 0);
        }
        digitalWrite(RCLK, 1);
        delayMicroseconds(1);
        digitalWrite(RCLK, 0);
    }

    void clearDisplay()
    {
        int i;
        for (i = 0; i < 8; i++)
        {
            digitalWrite(SDI, 1);
            digitalWrite(SRCLK, 1);
            delayMicroseconds(1);
            digitalWrite(SRCLK, 0);
        }
        digitalWrite(RCLK, 1);
        delayMicroseconds(1);
        digitalWrite(RCLK, 0);
    }

    void loop()
    {
        while(1){
        clearDisplay();
        pickDigit(0);
        hc595_shift(number[counter % 10]);

        clearDisplay();
        pickDigit(1);
        hc595_shift(number[counter % 100 / 10]);

        clearDisplay();
        pickDigit(2);
        hc595_shift(number[counter % 1000 / 100]);
    
        clearDisplay();
        pickDigit(3);
        hc595_shift(number[counter % 10000 / 1000]);
        }
    }

    void timer(int timer1)
    { 
        if (timer1 == SIGALRM)
        { 
            counter++;
            alarm(1); 
            printf("%d\n", counter);
        }
    }

    void main(void)
    {
        if (wiringPiSetup() == -1)
        { 
            printf("setup wiringPi failed !");
            return;
        }
        pinMode(SDI, OUTPUT); 
        pinMode(RCLK, OUTPUT);
        pinMode(SRCLK, OUTPUT);
        
        for (int i = 0; i < 4; i++)
        {
            pinMode(placePin[i], OUTPUT);
            digitalWrite(placePin[i], HIGH);
        }
        signal(SIGALRM, timer); 
        alarm(1);               
        loop(); 
    }



**Code-Erklärung**

.. code-block:: c

    const int placePin[] = {12, 3, 2, 0};

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

.. code-block:: c

    unsigned char number[] = {0xc0, 0xf9, 0xa4, 0xb0, 0x99, 0x92, 0x82, 0xf8, 0x80, 0x90};

Ein Segment-Code-Array von 0 bis 9 in Hexadezimal (gemeinsame Anode).

.. code-block:: c

    void pickDigit(int digit)
    {
        for (int i = 0; i < 4; i++)
        {
            digitalWrite(placePin[i], 0);
        }
        digitalWrite(placePin[digit], 1);
    }

Wählen Sie die Position des Werts. Es sollte jeweils nur eine Position aktiviert werden. Die aktivierte Position wird hoch geschrieben.

.. code-block:: c

    void loop()
    {
        while(1){
        clearDisplay();
        pickDigit(0);
        hc595_shift(number[counter % 10]);

        clearDisplay();
        pickDigit(1);
        hc595_shift(number[counter % 100 / 10]);

        clearDisplay();
        pickDigit(2);
        hc595_shift(number[counter % 1000 / 100]);
    
        clearDisplay();
        pickDigit(3);
        hc595_shift(number[counter % 10000 / 1000]);
        }
    }

Die Funktion wird verwendet, um die Anzeige auf der 4-stelligen 7-Segment-Anzeige festzulegen.

* ``clearDisplay()``: Schreibt 11111111, um diese acht LEDs auf der 7-Segment-Anzeige auszuschalten und den angezeigten Inhalt zu löschen.
* ``pickDigit(0)``: Wählt die vierte 7-Segment-Anzeige aus.
* ``hc595_shift(number[counter%10])``: Die Zahl im Einerbereich von counter wird im vierten Segment angezeigt.

.. code-block:: c

    signal(SIGALRM, timer); 

Dies ist eine systembereitgestellte Funktion, der Prototyp des Codes ist:

.. code-block:: c

    sig_t signal(int signum,sig_t handler);

Nach dem Ausführen von ``signal()`` unterbricht der Prozess bei Erhalt des entsprechenden signum (in diesem Fall SIGALRM) sofort die vorhandene Aufgabe und bearbeitet die eingestellte Funktion (in diesem Fall ``timer(sig)``).

.. code-block:: c

    alarm(1);

Dies ist ebenfalls eine systembereitgestellte Funktion. Der Code-Prototyp ist:

.. code-block:: c

    unsigned int alarm (unsigned int seconds);

Es erzeugt nach einer bestimmten Anzahl von Sekunden ein SIGALRM-Signal.

.. code-block:: c

    void timer(int timer1)
    { 
        if (timer1 == SIGALRM)
        { 
            counter++;
            alarm(1); 
            printf("%d\n", counter);
        }
    }

Wir verwenden die oben genannten Funktionen, um die Timer-Funktion zu implementieren.
Nachdem die ``alarm()``-Funktion das SIGALRM-Signal erzeugt hat, wird die Timer-Funktion aufgerufen. Zu counter wird 1 hinzugefügt, und die Funktion ``alarm(1)`` wird nach 1 Sekunde wiederholt aufgerufen.

Phänomen-Bild
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.. image:: ../img/image81.jpeg