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.. _ar_4_digit:

2.7 4-Digital-7-Segment-Anzeige
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Überblick
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In dieser Lektion lernen Sie die 4-Digital-7-Segment-Anzeige kennen. Es besteht aus vier 7-Segment-Anzeigen, die zusammenarbeiten, um 4-stellige Zahlen anzuzeigen.


Erforderliche Komponenten
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.. image:: img/list_2.7.png

* :ref:`cpn_mega2560`
* :ref:`cpn_breadboard`
* :ref:`cpn_wires`
* :ref:`cpn_resistor`
* :ref:`cpn_4_digit`

Fritzing-Schaltung
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.. image:: img/image438.png

Schematische Darstellung
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.. image:: img/image439.png


Code
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.. note::

    * Sie können die Datei ``2.7_4digitalSegment.ino`` unter dem Pfad ``sunfounder_vincent_kit_for_arduino\code\2.7_4digitalSegment`` direkt öffnen.

.. raw:: html

    <iframe src=https://create.arduino.cc/editor/sunfounder01/1a717c75-35df-4674-be90-a5d290f7065d/preview?embed style="height:510px;width:100%;margin:10px 0" frameborder=0></iframe>

Code-Analyse
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Im Wesentlichen verwendet dieser Code das Prinzip des Multiplexing, um eine 4-stellige Zahl auf einer 7-Segment-Anzeige darzustellen. Durch schnelles Umschalten zwischen den Ziffern und Anzeigen einer Ziffer zu einem Zeitpunkt entsteht der Eindruck, dass alle Ziffern gleichzeitig angezeigt werden.
Die Stoppuhr-Funktionalität wird durch die Verwendung der eingebauten ``millis()``-Funktion erreicht, um die Zeit zu verfolgen und die angezeigte Zahl jede Sekunde zu erhöhen.

#. Variable and Constant Definitions:

    .. code-block:: arduino

        int segmentPins[] = {2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9};
        int digitPins[] = {13, 12, 11, 10};

        long n = 0; // Variable to store the current stopwatch number
        int del = 5; // Delay time (in milliseconds) to keep each digit illuminated
        unsigned long previousMillis = 0; // Store the last time the stopwatch incremented
        const long interval = 1000; // One-second interval (in milliseconds)


    * Die Arrays ``segmentPins`` und ``digitPins`` definieren die Pins, die mit den Segmenten bzw. Ziffern der 7-Segment-Anzeige verbunden sind.
    * ``n`` ist eine long-Variable, die die aktuelle Stoppuhrennummer verfolgt, beginnend bei 0 und erhöhend.
    * ``del`` ist eine Verzögerungszeit, um die Anzeige der aktuellen Ziffer aufrechtzuerhalten, bevor zur nächsten übergegangen wird.
    * ``previousMillis`` und ``interval`` beziehen sich auf die Zeitmessung, um zu entscheiden, wann die Stoppuhr erhöht wird.

#. 7-Segment-Muster für Zahlen:

    Das 2D-Array numbers definiert, wie jede der Zahlen 0-9 auf einer Gemeinsam-Kathoden-7-Segment-Anzeige dargestellt wird. Jedes Unterarray hat 8 Werte (entweder HIGH oder LOW), die den 7 Segmenten und einem Dezimalpunkt entsprechen. Dieses Muster hilft, die entsprechenden Segmente für jede Zahl anzusteuern.

    .. code-block:: arduino

        byte numbers[10][8] = {
            {HIGH, HIGH, HIGH, HIGH, HIGH, HIGH, LOW, LOW},  // 0
            {LOW, HIGH, HIGH, LOW, LOW, LOW, LOW, LOW},      // 1
            {HIGH, HIGH, LOW, HIGH, HIGH, LOW, HIGH, LOW},   // 2
            {HIGH, HIGH, HIGH, HIGH, LOW, LOW, HIGH, LOW},   // 3
            {LOW, HIGH, HIGH, LOW, LOW, HIGH, HIGH, LOW},    // 4
            {HIGH, LOW, HIGH, HIGH, LOW, HIGH, HIGH, LOW},   // 5
            {HIGH, LOW, HIGH, HIGH, HIGH, HIGH, HIGH, LOW},  // 6
            {HIGH, HIGH, HIGH, LOW, LOW, LOW, LOW, LOW},     // 7
            {HIGH, HIGH, HIGH, HIGH, HIGH, HIGH, HIGH, LOW}, // 8
            {HIGH, HIGH, HIGH, HIGH, LOW, HIGH, HIGH, LOW}   // 9
        }; 

#. Setup-Funktion:

    .. code-block:: arduino

        void setup() {
            // Configure all segment and digit pins as OUTPUT
            for (int i = 0; i < 8; i++) {
                pinMode(segmentPins[i], OUTPUT);
            }
            for (int i = 0; i < 4; i++) {
                pinMode(digitPins[i], OUTPUT);
                digitalWrite(digitPins[i], HIGH); // Initially turn off all digits (for common-cathode displays, HIGH is OFF)
            }
        }

    * Alle Segment- und Ziffern-Pins sind auf OUTPUT-Modus gesetzt, da sie die Segmente und Ziffern der Anzeige steuern.
    * Zu Beginn sind alle Ziffern ausgeschaltet, was durch Schreiben von HIGH für eine Gemeinsam-Kathoden-Anzeige angezeigt wird.

#. Haupt-Schleife:

    .. code-block:: arduino

        void loop() {
            // Check if a second has passed since the last increment
            if (millis() - previousMillis >= interval) {
                previousMillis += interval; // Update the last increment time
                n = (n + 1) % 10000; // Increment the stopwatch number and wrap around at 9999
            }

            displayNumber(n); // Display the current stopwatch number on the 7-segment display
        }

    * Dieser Abschnitt überprüft, ob das Intervall (das auf 1000ms oder 1 Sekunde eingestellt ist) seit der letzten Erhöhung der Stoppuhr vergangen ist. Wenn ja, erhöht es die Nummer.
    * Die Nummer wird dann auf der 7-Segment-Anzeige mit der Funktion displayNumber() angezeigt.

#. ``displayNumber()``-Funktion:

    .. code-block:: arduino

        // Function to display a 4-digit number on the 7-segment display
        void displayNumber(long num) {
            for (int digit = 0; digit < 4; digit++) {
                clearLEDs(); // Turn off all segments and digits
                pickDigit(digit); // Activate the current digit
                int value = (num / (int)pow(10, 3 - digit)) % 10; // Extract the specific digit from the number
                pickNumber(value); // Illuminate the segments to display the digit
                delay(del); // Keep the digit illuminated for a short time
            }
        }

    * Diese Funktion zerlegt die 4-stellige Zahl in einzelne Ziffern und zeigt jede Ziffer nacheinander in schneller Folge an. Dies erzeugt den Eindruck, dass alle Ziffern gleichzeitig angezeigt werden, aufgrund der Trägheit des Sehens.
    * Für jede Ziffer löscht die Funktion zuerst alle LEDs, wählt die entsprechende Ziffer mit ``pickDigit()`` aus und zeigt dann die Nummer auf dieser Ziffer mit ``pickNumber()`` an.
    * Die ``delay(del)`` stellt sicher, dass jede Ziffer für eine kurze Zeit sichtbar ist, bevor zur nächsten übergegangen wird.

#. ``pickDigit()``-Funktion:

    Diese Funktion ist dafür verantwortlich, eine der vier Ziffern auf der 7-Segment-Anzeige auszuwählen (oder einzuschalten). Dies wird erreicht, indem der entsprechende Ziffern-Pin auf LOW gesetzt wird.

    .. code-block:: arduino

        void pickDigit(int x) {
            digitalWrite(digitPins[x], LOW); // Turn ON the selected digit (for common-cathode displays, LOW is ON)
        }


#. ``pickNumber()`` Function:

    Gegeben eine einzelne Zahl (0-9), steuert diese Funktion die Segmente der 7-Segment-Anzeige, um diese Zahl anzuzeigen. Sie verwendet das zuvor definierte ``numbers``-Array, um zu wissen, welche Segmente ein-/ausgeschaltet werden sollen.

    .. code-block:: arduino

        void pickNumber(int x) {
            for (int i = 0; i < 8; i++) {
                digitalWrite(segmentPins[i], numbers[x][i]); // Set each segment according to the pattern for the given number
            }
        }


#. ``clearLEDs()`` Function:

    Wie der Name schon sagt, schaltet diese Funktion alle Segmente und Ziffern aus. Sie wird verwendet, um sicherzustellen, dass während des Multiplexing-Prozesses in der ``displayNumber()``-Funktion nur eine Ziffer aktiv ist.

    .. code-block:: arduino

        void clearLEDs() {
            for (int i = 0; i < 8; i++) {
                digitalWrite(segmentPins[i], LOW); // Turn off all segments
            }
            for (int i = 0; i < 4; i++) {
                digitalWrite(digitPins[i], HIGH); // Turn off all digits
            }
        }


Phänomen Bild
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.. image:: img/image104.jpeg