.. note::

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.. _1.1.5_py_pi5:

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

概要
-----------------

次に、4桁の7セグメントディスプレイを制御してみましょう。

必要な部品
------------------------------

このプロジェクトには、次のコンポーネントが必要です。 

.. image:: ../python_pi5/img/1.1.5_4_digit_list.png

一式を購入するのが便利です、こちらがリンクです： 

.. 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 Kit
        - 337
        - |link_Raphael_kit|

以下のリンクから別々に購入することもできます。

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

    *   - コンポーネントの紹介
        - 購入リンク

    *   - :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 BCM
GPIO17       Pin 11   17
GPIO27       Pin 13   27
GPIO22       Pin 15   22
SPIMOSI      Pin 19   10
GPIO18       Pin 12   18
GPIO23       Pin 16   23
GPIO24       Pin 18   24
============ ======== ===

.. image:: ../python_pi5/img/1.1.5_4_digit_schmatic.png


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

**ステップ1:** 回路を組み立てます。

.. image:: ../python_pi5/img/1.1.5_4-Digit_circuit.png

**ステップ2:** コードのフォルダに移動します。 

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

    cd ~/raphael-kit/python-pi5

**ステップ3:** 実行します。

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

    sudo python3 1.1.5_4-Digit_zero.py

コードを実行した後、プログラムはカウントを1秒ごとに増やし、4桁のディスプレイにカウントを表示します。

.. warning::

    エラー メッセージ ``RuntimeError: Cannot determine SOC peripheral base address`` が表示された場合は、 :ref:`faq_soc` を参照してください。

**コード**

.. note::
    以下のコードは **変更/リセット/コピー/実行/停止** することができます。ただし、それを行う前に「raphael-kit/python_5」というソースコードのパスに移動する必要があります。コードを変更した後、そのまま実行して効果を確認できます。問題がないことを確認したら、修正されたコードをコピーするためのCopyボタンを使用し、ターミナルで「nano」コマンドを使用してソースコードを開き、コードを貼り付けることができます。

.. raw:: html

    <run></run>

.. code-block:: python

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

   # Define GPIO pins for the 74HC595 shift register
   SDI = OutputDevice(24)   # Serial Data Input
   RCLK = OutputDevice(23)  # Register Clock
   SRCLK = OutputDevice(18) # Shift Register Clock

   # Define GPIO pins for digit selection on the 7-segment display
   placePin = [OutputDevice(pin) for pin in (10, 22, 27, 17)]

   # Define segment codes for numbers 0-9 for the 7-segment display
   number = (0xc0, 0xf9, 0xa4, 0xb0, 0x99, 0x92, 0x82, 0xf8, 0x80, 0x90)

   counter = 0  # Initialize counter for display
   timer1 = 0   # Initialize timer for counter increment

   def clearDisplay():
       """ Clear the 7-segment display. """
       for _ in range(8):
           SDI.on()
           SRCLK.on()
           SRCLK.off()
       RCLK.on()
       RCLK.off()

   def hc595_shift(data):
       """ Shift a byte of data to the 74HC595 shift register. """
       for i in range(8):
           SDI.value = 0x80 & (data << i)  # Set SDI high/low based on data bit
           SRCLK.on()  # Pulse the Shift Register Clock
           SRCLK.off()
       RCLK.on()  # Latch data on the output by pulsing Register Clock
       RCLK.off()

   def pickDigit(digit):
       """ Select a digit for display on the 7-segment display. """
       for pin in placePin:
           pin.off()  # Turn off all digit selection pins
       placePin[digit].on()  # Turn on the selected digit

   def timer():
       """ Timer function to increment the counter every second. """
       global counter, timer1
       timer1 = threading.Timer(1.0, timer)  # Reset timer for next increment
       timer1.start()
       counter += 1  # Increment counter
       print("%d" % counter)  # Print current counter value

   def setup():
       """ Setup initial state and start the timer. """
       global timer1
       timer1 = threading.Timer(1.0, timer)  # Initialize and start the timer
       timer1.start()

   def loop():
       """ Main loop to update the 7-segment display with counter value. """
       global counter
       while True:
           for i in range(4):  # Loop through each digit
               clearDisplay()  # Clear display before setting new digit
               pickDigit(i)    # Select digit for display

               # Choose the digit of counter to display
               digit = (counter // (10 ** i)) % 10

               hc595_shift(number[digit])  # Shift digit value to 74HC595
               time.sleep(0.001)  # Short delay for display stability

   def destroy():
       """ Cleanup GPIO resources and stop timer on exit. """
       global timer1
       timer1.cancel()  # Stop the timer
       for device in [SDI, RCLK, SRCLK] + placePin:
           device.close()  # Close GPIO devices

   try:
       setup()  # Initialize the setup
       while True:
           loop()  # Start the main loop
           
   except KeyboardInterrupt:
       # Handle script interruption (e.g., Ctrl+C)
       destroy()  # Cleanup resources on exit

**コードの説明**

#. これら4つのピンは、4桁7セグメント表示器の共通アノードピンを制御します。

   .. code-block:: python

       # Define GPIO pins for digit selection on the 7-segment display
       placePin = [OutputDevice(pin) for pin in (10, 22, 27, 17)]

#. 0から9までのセグメントコード配列（共通アノード）を16進数で。

   .. code-block:: python

       # Define segment codes for numbers 0-9 for the 7-segment display
       number = (0xc0, 0xf9, 0xa4, 0xb0, 0x99, 0x92, 0x82, 0xf8, 0x80, 0x90)

#. 毎秒`timer`関数をトリガーするタイマーを初期化します。これにより、繰り返しカウンターの増分が設定されます。

   .. code-block:: python

       def setup():
           """ Setup initial state and start the timer. """
           global timer1
           timer1 = threading.Timer(1.0, timer)  # Initialize and start the timer
           timer1.start()

#. タイマーが1.0秒に達すると、タイマー関数が呼び出されます。カウンターに1を加え、タイマーは自身を再度毎秒実行するために使用されます。

   .. code-block:: python

       def timer():
           """ Timer function to increment the counter every second. """
           global counter, timer1
           timer1 = threading.Timer(1.0, timer)  # Reset timer for next increment
           timer1.start()
           counter += 1  # Increment counter
           print("%d" % counter)  # Print current counter value

#. 74HC595シフトレジスタに1バイトのデータをシフトし、表示セグメントを制御します。

   .. code-block:: python

       def hc595_shift(data):
           """ Shift a byte of data to the 74HC595 shift register. """
           for i in range(8):
               SDI.value = 0x80 & (data << i)  # Set SDI high/low based on data bit
               SRCLK.on()  # Pulse the Shift Register Clock
               SRCLK.off()
           RCLK.on()  # Latch data on the output by pulsing Register Clock
           RCLK.off()

#. 現在のカウンター値を表示し、各桁を順番に表示することでディスプレイを連続的に更新します。

   .. code-block:: python

       def loop():
           """ Main loop to update the 7-segment display with counter value. """
           global counter
           while True:
               for i in range(4):  # Loop through each digit
                   clearDisplay()  # Clear display before setting new digit
                   pickDigit(i)    # Select digit for display
                   digit = (counter // (10 ** i)) % 10
                   hc595_shift(number[digit])  # Shift digit value to 74HC595
                   time.sleep(0.001)  # Short delay for display stability


#. 次の桁を表示する前に、すべてのセグメントをオフにして7セグメント表示をクリアします。

   .. code-block:: python

       def clearDisplay():
           """ Clear the 7-segment display. """
           for _ in range(8):
               SDI.on()
               SRCLK.on()
               SRCLK.off()
           RCLK.on()
           RCLK.off()


#. 7セグメント表示のどの桁をアクティブにするかを選択します。各桁は別々のGPIOピンによって制御されます。

   .. code-block:: python

       def pickDigit(digit):
           """ Select a digit for display on the 7-segment display. """
           for pin in placePin:
               pin.off()  # Turn off all digit selection pins
           placePin[digit].on()  # Turn on the selected digit




#. プログラムが中断されたときに、GPIOリソースを適切に解放し、タイマーを停止します。

   .. code-block:: python

       except KeyboardInterrupt:
           # Handle script interruption (e.g., Ctrl+C)
           destroy()  # Cleanup resources on exit