.. note::

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.. _1.1.5_py:

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

Einführung
-----------------

Kommen Sie und lernen Sie mit mir, 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 sicherlich praktisch, ein komplettes Set zu kaufen. Hier ist der Link:

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

    *   - Name
        - ARTIKEL IN DIESEM SET
        - LINK
    *   - Raphael Set
        - 337
        - |link_Raphael_kit|

Sie können die Teile 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|

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**: Schaltung aufbauen.

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

**Schritt 2:** Zum Ordner des Codes navigieren.

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

    cd ~/raphael-kit/python/

**Schritt 3:** Die ausführbare Datei starten.

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

    sudo python3 1.1.5_4-Digit.py

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

**Code**

.. note::

    Sie können den untenstehenden Code **modifizieren/zurücksetzen/kopieren/ausführen/stoppen**. Aber zuerst müssen Sie zum Quellcode-Pfad wie ``raphael-kit/python`` navigieren. Nach der Modifizierung können Sie ihn direkt ausführen, um das Ergebnis zu sehen.

.. raw:: html

    <run></run>

.. code-block:: python

    import RPi.GPIO as GPIO
    import time
    import threading

    SDI = 24
    RCLK = 23
    SRCLK = 18

    placePin = (10, 22, 27, 17)
    number = (0xc0, 0xf9, 0xa4, 0xb0, 0x99, 0x92, 0x82, 0xf8, 0x80, 0x90)

    counter = 0
    timer1 = 0

    def clearDisplay():
        for i in range(8):
            GPIO.output(SDI, 1)
            GPIO.output(SRCLK, GPIO.HIGH)
            GPIO.output(SRCLK, GPIO.LOW)
        GPIO.output(RCLK, GPIO.HIGH)
        GPIO.output(RCLK, GPIO.LOW)    

    def hc595_shift(data): 
        for i in range(8):
            GPIO.output(SDI, 0x80 & (data << i))
            GPIO.output(SRCLK, GPIO.HIGH)
            GPIO.output(SRCLK, GPIO.LOW)
        GPIO.output(RCLK, GPIO.HIGH)
        GPIO.output(RCLK, GPIO.LOW)

    def pickDigit(digit):
        for i in placePin:
            GPIO.output(i,GPIO.LOW)
        GPIO.output(placePin[digit], GPIO.HIGH)

    def timer():  
        global counter
        global timer1
        timer1 = threading.Timer(1.0, timer) 
        timer1.start()  
        counter += 1
        print("%d" % counter)

    def loop():
        global counter                    
        while True:
            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])

    def setup():
        GPIO.setmode(GPIO.BCM)
        GPIO.setup(SDI, GPIO.OUT)
        GPIO.setup(RCLK, GPIO.OUT)
        GPIO.setup(SRCLK, GPIO.OUT)
        for i in placePin:
            GPIO.setup(i, GPIO.OUT)
        global timer1
        timer1 = threading.Timer(1.0, timer)  
        timer1.start()       

    def destroy():   # When "Ctrl+C" is pressed, the function is executed.
        global timer1
        GPIO.cleanup()
        timer1.cancel()  # cancel the timer

    if __name__ == '__main__':  
        setup()
        try:
            loop()
        except KeyboardInterrupt:
            destroy()

**Code-Erklärung**

.. code-block:: python

    placePin = (10, 22, 27, 17)

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

.. code-block:: python

    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:: python

    def clearDisplay():
        for i in range(8):
            GPIO.output(SDI, 1)
            GPIO.output(SRCLK, GPIO.HIGH)
            GPIO.output(SRCLK, GPIO.LOW)
    GPIO.output(RCLK, GPIO.HIGH)
    GPIO.output(RCLK, GPIO.LOW)

Schreibe "1" acht Mal in SDI, sodass die acht LEDs auf der 7-Segment-Anzeige erlöschen und der angezeigte Inhalt gelöscht wird.

.. code-block:: python

    def pickDigit(digit):
        for i in placePin:
            GPIO.output(i,GPIO.LOW)
        GPIO.output(placePin[digit], GPIO.HIGH)

Wähle die Position des Wertes aus. Es sollte jedes Mal nur eine Position aktiviert sein. Der aktivierte Ort wird auf "HIGH" geschrieben.

.. code-block:: python

    def loop():
        global counter                    
        while True:
            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 auf der vierstelligen 7-Segment-Anzeige angezeigte Nummer festzulegen.

Zuerst wird das vierte Segment-Display gestartet und die einstellige Zahl geschrieben. Dann wird das dritte Segment-Display gestartet und die Zehnerstelle eingegeben. Danach werden nacheinander das zweite und das erste Segment-Display gestartet und die Hunderter- und Tausenderstellen eingegeben. Da die Aktualisierungsgeschwindigkeit sehr hoch ist, sehen wir eine komplette vierstellige Anzeige.

.. code-block:: python

    timer1 = threading.Timer(1.0, timer)  
    timer1.start()  

Das Modul threading ist das übliche Threading-Modul in Python, und Timer ist die Unterklasse davon.
Der Prototyp des Codes lautet:

.. code-block:: python

    class threading.Timer(interval, function, args=[], kwargs={})

Nach dem Intervall wird die Funktion ausgeführt. Hier beträgt das Intervall 1,0 und die Funktion ist timer().
start() bedeutet, dass der Timer an diesem Punkt startet.

.. code-block:: python

    def timer():  
        global counter
        global timer1
        timer1 = threading.Timer(1.0, timer) 
        timer1.start()  
        counter += 1
        print("%d" % counter)

Nachdem der Timer 1,0s erreicht hat, wird die Timer-Funktion aufgerufen; 1 wird zu counter hinzugefügt, und der Timer wird erneut verwendet, um sich jede Sekunde wiederholt auszuführen.

Phänomen-Bild
--------------------

.. image:: ../img/image81.jpeg