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.. _1.1.5_py:

1.1.5 4桁の7セグメントディスプレイ
====================================

はじめに
-----------------

次に、4桁の7セグメントディスプレイの制御を一緒に試してみましょう。

必要な部品
------------------------------

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。

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

キット全体を購入するのは確かに便利です、購入先のリンクはこちらです：

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

    *   - 名前	
        - このキットのアイテム
        - リンク
    *   - Raphael K
        - 337
        - |link_Raphael_kit|

以下のリンクから個別にも購入できます。

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

    *   - コンポーネントの紹介
        - 購入先のリンク

    *   - :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|

回路図
--------------------------

============ ======== ======== ===
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

実験手順
-----------------------------------

**ステップ1**: 回路を組み立てます。

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

**ステップ2**: コードが保存されているフォルダに移動します。

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

    cd ~/raphael-kit/python/

**ステップ3**: 実行可能ファイルを実行します。

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

    sudo python3 1.1.5_4-Digit.py

コードを実行後、プログラムはカウントを開始し、1秒ごとに1増加します。4桁のディスプレイにはそのカウントが表示されます。

**コード**

.. note::

    下記のコードを **修正/リセット/コピー/実行/停止** することができます。ただし、その前にソースコードのパス（例： ``raphael-kit/python`` ）に移動する必要があります。コードを修正した後、その効果を直接確認することができます。

.. 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()

**コード説明**

.. code-block:: python

    placePin = (10, 22, 27, 17)

この4つのピンは、4桁の7セグメントディスプレイの共通アノードピンを制御します。

.. code-block:: python

    number = (0xc0, 0xf9, 0xa4, 0xb0, 0x99, 0x92, 0x82, 0xf8, 0x80, 0x90)

これは0から9までのセグメントコードの配列です（共通アノード、16進数表記）。

.. 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)  

8回「1」をSDIに書き込むことで、7セグメントディスプレイ上の8つのLEDが消灯し、表示内容がクリアされます。

.. code-block:: python

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

値の位置を選択します。一度に有効にすべきは1つの位置だけです。有効な位置は高い状態にされます。

.. 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])

この関数は、4桁の7セグメントディスプレイに表示される数字を設定します。

まず、最も右の桁（一桁目）から表示を始め、次に十の位、百の位、千の位と進めます。表示が高速に更新されるため、完全な4桁の数字が表示されるように見えます。

.. code-block:: python

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

こちらはPythonの一般的なスレッドモジュールであるthreadingのサブクラス、Timerを使用しています。
プロトタイプは次の通りです。

.. code-block:: python

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

指定された間隔が経過すると、関数が実行されます。ここでは、間隔が1.0で、関数はtimer()です。
start()はこの時点でタイマーが開始されることを意味します。

.. code-block:: python

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

タイマーが1.0秒経過すると、timer関数が呼び出され、counterに1が加算されます。そして、タイマーは再び1秒ごとに自身を繰り返し実行します。

現象の画像
------------------------

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