.. note::

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.. _1.1.4_py_pi5:

1.1.4 7-Segment-Anzeige
=============================

Einführung
-----------------

Lassen Sie uns versuchen, eine 7-Segment-Anzeige zu steuern, um Ziffern von 0 bis 9 und Buchstaben von A bis F anzuzeigen.

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

Für dieses Projekt benötigen wir die folgenden Komponenten.

.. image:: ../python_pi5/img/1.1.4_7_segment_list.png

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

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

    *   - Name	
        - INHALT DES KITS
        - LINK
    *   - Raphael Kit
        - 337
        - |link_Raphael_kit|

Sie können sie auch separat über die untenstehenden Links kaufen.

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

    *   - KOMPONENTENVORSTELLUNG
        - 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_7_segment`
        - |link_7segment_buy|
    *   - :ref:`cpn_74hc595`
        - |link_74hc595_buy|

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

Verbinden Sie den Pin ST_CP des 74HC595 mit GPIO18 des Raspberry Pi, SH_CP mit GPIO27 und DS
mit GPIO17, parallele Ausgangsports mit den 8 Segmenten der LED-Segmentanzeige.

Daten werden in den DS-Pin eingegeben, um in das Schieberegister zu gelangen, wenn SH_CP (der Takteingang des Schieberegisters) an der steigenden Flanke ist, und in das Speicherregister, wenn ST_CP (der Takteingang des Speichers) an der steigenden Flanke ist.

Dann können Sie die Zustände von SH_CP und ST_CP über die GPIOs des Raspberry Pi steuern, um serielle Dateneingaben in parallele Datenausgaben umzuwandeln, um so GPIOs des Raspberry Pi zu sparen und die Anzeige zu steuern.

============ ======== ===
T-Board Name physical BCM
GPIO17       Pin 11   17
GPIO18       Pin 12   18
GPIO27       Pin 13   27
============ ======== ===

.. image:: ../python_pi5/img/1.1.4_7_segment_schematic.png

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

**Schritt 1:** Baue den Schaltkreis.

.. image:: ../python_pi5/img/1.1.4_7-Segment_circuit.png

**Schritt 2:** Wechseln Sie in den Ordner des Codes.

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

    cd ~/raphael-kit/python-pi5

**Schritt 3:** Ausführen.

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

    sudo python3 1.1.4_7-Segment_zero.py

Nachdem der Code ausgeführt wurde, sehen Sie, dass die 7-Segment-Anzeige 0-9, A-F anzeigt.

.. warning::

    Wenn die Fehlermeldung ``RuntimeError: Cannot determine SOC peripheral base address`` angezeigt wird, lesen Sie bitte :ref:`faq_soc`

**Code**

.. note::
    Sie können den untenstehenden Code **modifizieren/zurücksetzen/kopieren/ausführen/stoppen**. Aber zuvor müssen Sie zum Quellcodepfad wie ``raphael-kit/python-pi5`` gehen. Nachdem Sie den Code modifiziert haben, können Sie ihn direkt ausführen, um den Effekt zu sehen. Nach der Bestätigung, dass keine Probleme vorhanden sind, können Sie den modifizierten Code mit dem Kopieren-Button kopieren, dann den Quellcode im Terminal über den Befehl ``nano`` öffnen und einfügen.

.. raw:: html

    <run></run>

.. code-block:: python

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

   # GPIO pins connected to 74HC595 shift register
   SDI = OutputDevice(17)   # Serial Data Input
   RCLK = OutputDevice(18)  # Memory Clock Input (Register Clock)
   SRCLK = OutputDevice(27) # Shift Register Clock

   # Hexadecimal digit codes for a common cathode 7-segment display
   segCode = [
       0x3f, 0x06, 0x5b, 0x4f, 0x66, 0x6d, 0x7d,
       0x07, 0x7f, 0x6f, 0x77, 0x7c, 0x39, 0x5e, 0x79, 0x71
   ]

   def hc595_shift(data):
       # Shift 8 bits of data into the 74HC595
       for bit in range(8):
           # Set SDI high or low based on data bit
           SDI.value = 0x80 & (data << bit)
           # Trigger shift register clock
           SRCLK.on()
           sleep(0.001)
           SRCLK.off()
       # Latch data to output by triggering memory clock
       RCLK.on()
       sleep(0.001)
       RCLK.off()

   def display_all_on():
       # Function to turn all segments on (for common cathode 7-segment display)
       all_on_code = 0x3f
       hc595_shift(all_on_code)
       print("Displaying all segments on")

   try:
       while True:
           # Display each hexadecimal digit on 7-segment display
           for code in segCode:
               hc595_shift(code)  # Shift the code into 74HC595
               # Print the displayed segment code
               print(f"Displaying segCode[{segCode.index(code)}]: 0x{code:02X}")
               sleep(0.5)  # Pause between displaying each digit

   except KeyboardInterrupt:
       # Gracefully handle script interruption (e.g., Ctrl+C)
       pass


**Code-Erklärung**

#. Dieser Schnipsel importiert die notwendigen Klassen für das Projekt. ``OutputDevice`` von ``gpiozero`` wird verwendet, um Hardwarekomponenten, die mit GPIO-Pins verbunden sind, zu steuern, und ``sleep`` von ``time`` für Verzögerungen.

   .. code-block:: python

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

#. SDI, RCLK und SRCLK entsprechen den Pins Serial Data Input, Memory Clock Input (Register Clock) und Shift Register Clock des 74HC595.

   .. code-block:: python

       # GPIO pins connected to 74HC595 shift register
       SDI = OutputDevice(17)   # Serial Data Input
       RCLK = OutputDevice(18)  # Memory Clock Input (Register Clock)
       SRCLK = OutputDevice(27) # Shift Register Clock

#. ``segCode`` ist ein Array, das hexadezimale Codes für jede anzuzeigende Ziffer auf der 7-Segment-Anzeige enthält.

   .. code-block:: python

       # Hexadecimal digit codes for a common cathode 7-segment display
       segCode = [
           0x3f, 0x06, 0x5b, 0x4f, 0x66, 0x6d, 0x7d,
           0x07, 0x7f, 0x6f, 0x77, 0x7c, 0x39, 0x5e, 0x79, 0x71
       ]

#. Diese Funktion verschiebt 8 Bit Daten in den 74HC595. Sie gibt jedes Bit seriell in ``SDI`` ein, löst ``SRCLK`` aus, um das Bit zu verschieben, und verwendet ``RCLK``, um die Daten auf den Ausgang zu übertragen.

   .. code-block:: python

       def hc595_shift(data):
           # Shift 8 bits of data into the 74HC595
           for bit in range(8):
               # Set SDI high or low based on data bit
               SDI.value = 0x80 & (data << bit)
               # Trigger shift register clock
               SRCLK.on()
               sleep(0.001)
               SRCLK.off()
           # Latch data to output by triggering memory clock
           RCLK.on()
           sleep(0.001)
           RCLK.off()

#. Diese Funktion schaltet alle Segmente der Anzeige ein, indem sie einen spezifischen Code an ``hc595_shift`` sendet.

   .. code-block:: python

       def display_all_on():
           # Function to turn all segments on (for common cathode 7-segment display)
           all_on_code = 0x3f
           hc595_shift(all_on_code)
           print("Displaying all segments on")


#. In der Hauptschleife wird jeder Code in ``segCode`` in Sequenz an die Anzeige gesendet, mit einer Verzögerung zwischen jedem.

   .. code-block:: python

       try:
           while True:
               # Display each hexadecimal digit on 7-segment display
               for code in segCode:
                   hc595_shift(code)  # Shift the code into 74HC595
                   # Print the displayed segment code
                   print(f"Displaying segCode[{segCode.index(code)}]: 0x{code:02X}")
                   sleep(0.5)  # Pause between displaying each digit

#. Dieser Teil des Codes behandelt die Skriptunterbrechung (wie Ctrl+C) auf elegante Weise.

   .. code-block:: python

       except KeyboardInterrupt:
           # Gracefully handle script interruption (e.g., Ctrl+C)
           pass