Как проверить сегментный индикатор. Семисегментный индикатор

Четырехразрядный семисегментный индикатор

Четырехразрядный семисегментный индикатор Ардуино ► светодиодный индикатор четырехсимвольный используется для таймеров на Arduino или вывода чисел в проектах.

Светодиодный четырехразрядный семисегментный индикатор Ардуино используется для создания счетчиков или таймеров на Arduino, вывода числовых значений с датчиков в готовых проектах. Рассмотрим распиновку четырехсимвольного светодиодного индикатора, как подключить модуль к плате Arduino и рассмотрим несколько примеров использования индикатора с подробным описанием программ.

Распиновка 4 разрядного 7 сегментного индикатора

Распиновка сегментов индикатора, состоящего из четырех символов ничем не отличается от одно символьного семисегментного индикатора Ардуино. Отличие модуля в количестве разрядов (символов) — каждый разряд включается отключением питания от соответствующего катода. Таким образом все светодиоды одного сегмента в разрядах (например, A-A-A-A) подключены параллельно к общему катоду.

Распиновка четырехразрядного семисегментного светодиодного индикатора

С включением сегмента довольно просто разобраться. Разберем небольшой пример. Изначально на все 4 разряда (D1, D2, D3, D4) подано напряжение. Чтобы включить сегмент A на втором символе, необходимо на ножку A (анод) подать напряжение. Но сегмент не загорится, пока мы не отключим напряжение у ножки D2. Таким образом можно включать любой светодиод на модуле 7 сегментного индикатора.

Проблема подключения индикатора к Arduino состоит в том, что используется сразу много пинов на плате. Кроме того, выводить на индикаторе одновременно можно только одну цифру. Поэтому необходимо за очень короткое время по очереди выводить нужную цифру на каждом из разрядов. Человеческое зрение не успевает уловить переключение и вам будет казаться, что все разряды горят одновременно.

Подключение 4 разрядного 7 сегментного индикатора

Для занятия нам понадобятся следующие детали:

• плата Arduino Uno / Arduino Nano / Arduino Mega;
• четырехразрядный семисегментный индикатор;
• макетная плата (breadboard);
• тактовая кнопка;
• аналоговый датчик воды;
• резисторы 220 Ом;
• провода «папа-папа».

Схема подключения четырехсегментного индикатора к Ардуино

В первом примере мы продемонстрируем простую программу, чтобы можно было наглядно понять, как работает 4-разрядный 7-сегментный индикатор к Ардуино. Схема подключения индикатора к микроконтроллеру представлена на схеме выше, но в первом примере не все пины Ардуино используются в программе. Подключите светодиодный четырехразрядный индикатор к плате и загрузите следующий код.

Введение

Для отображения цифровой информации в системах на базе микроконтроллеров используются светодиодные семисегментные индикаторы. Они просты в управлении, имеет высокую яркость, широкий диапазон рабочих температур и низкую стоимость. К недостаткам светодиодных индикаторов относятся – высокое энергопотребление, отсутствие управляющего контроллера и скудные возможности по выводу буквенной информации.
Светодиодный семисегментный индикатор представляет собой группу светодиодов расположенных в определенном порядке и объединенных конструктивно. Зажигая одновременно несколько светодиодов можно формировать на индикаторе символы цифр. Индикаторы различаются по типу соединения светодиодов – общий анод, общий катод, по количеству отображаемых разрядов – однораразрядные, двух разрядные и т.д. и по цвету – красные, зеленые, желтые и т.д.

Семисегментным индикатором можно управлять статически или динамически. При статическом управлении разряды индикатора подключены к микроконтроллеру независимо друг от друга и информация на них выводится постоянно. Этот способ управления проще динамического, но без использования дополнительных элементов, как-то сдвиговые регистры, подключить многоразрядный семисегментный индикатор к микроконтроллеру будет проблематично – может не хватить выводов.

Динамическое управление (динамическая индикация) подразумевает поочередное зажигание разрядов индикатора с частотой, не воспринимаемой человеческим глазом. Схема подключения индикатора в этом случае на порядок экономичнее благодаря тому, что одинаковые сегменты разрядов индикатора объединены.

Эксперименты с семисегментным индикатором

Чтобы зажечь на индикаторе какую-то цифру нужно настроить порты, к которым подключен индикатор, в режим выхода, “открыть” транзистор (в данном случае подать на базу “единицу”) и установить в порту микроконтроллера её код.
В зависимости от того, куда подключены сегменты индикатора – коды могут быть разные. Для нашего случая коды цифр будут выглядеть так.

unsigned char number[] =
<
0x3f, //0
0x06, //1
0x5b, //2
0x4f, //3
0x66, //4
0x6d, //5
0x7d, //6
0x07, //7
0x7f, //8
0x6f //9
>;

Используя десятичные цифры от 0 до 9 в качестве индекса массива, легко выводить в порт нужные коды.

Пример 1. Вывод цифр от 0 до 9
#include
#include

unsigned char number[] =
<
0x3f, //0
0x06, //1
0x5b, //2
0x4f, //3
0x66, //4
0x6d, //5
0x7d, //6
0x07, //7
0x7f, //8
0x6f //9
>;

unsigned char count = 0;
int main( void )
<
//порт, к которому подкл. сегменты
PORTB = 0xff;
DDRB = 0xff;

//вывод, к которому подкл. катод
PORTD |= (1 Эта программа каждую секунду выводит значение переменной count на семисегментный индикатор. Индикация в данном случае – статическая.

Идем дальше – вывод двух цифр. Настройка портов и коды цифр остаются без изменений, но теперь нам нужно добавить кусок кода, который будет зажигать разряды индикатора по очереди. Частота смены разрядов должна быть достаточно высокой, чтобы свечение индикатора воспринималось без мерцания.

Пример2. Вывод цифр от 0 до 99
#include
#include

unsigned char number[] =
<
0x3f, //0
0x06, //1
0x5b, //2
0x4f, //3
0x66, //4
0x6d, //5
0x7d, //6
0x07, //7
0x7f, //8
0x6f //9
>;

unsigned char count = 0;

//числа для вывода на индикатор
unsigned char data1 = 2;
unsigned char data2 = 5;

int main( void )
<
//порт, к которому подкл. сегменты
PORTB = 0xff;
DDRB = 0xff;

//порт, к которому подкл. катод
PORTD = 0;
DDRD = (1 Эта программа просто выводит любое поразрядно заданное число от 0 до 99.
Частота смены разрядов семисегментного индикатора задается с помощью программной задержки __delay_cycles(). Это не самое удачное решение, потому что добавление каких-нибудь других задач в цикл while будет мешать выводу на индикатор. Давайте организуем смену разрядов индикатора с помощью аппаратного таймера/счетчика Т0

Пример3. Вывод цифр от 0 до 99. Смена разрядов выполняется в прерывании таймера
#include
#include

unsigned char number[] =
<
0x3f, //0
0x06, //1
0x5b, //2
0x4f, //3
0x66, //4
0x6d, //5
0x7d, //6
0x07, //7
0x7f, //8
0x6f //9
>;

//числа для вывода на индикатор
volatile unsigned char data1 = 0;
volatile unsigned char data2 = 0;

int main( void )
<
//порт, к которому подкл. сегменты
PORTB = 0xff;
DDRB = 0xff;

//порт, к которому подкл. катод
PORTD = 0;
DDRD |= (1 Переменные data1, data2 объявлены с ключевым словом volatile, потому что они используются и в основном коде и в прерывании. В проекте под GCC я забыл поставить его поставить, и компилятор выкинул обе переменные, посчитав их ненужными!

Прерывания таймера происходят параллельно выполнению цикла while. Это позволяет выполнять в цикле какую-нибудь полезную задачу. В данном примере с помощью двух переменных в цикле организован программный счетчик от 0 до 99.
Использовать две восьмиразрядные переменные для организации счетчика от 0 до 99 неудобно и расточительно, ведь такой счетчик можно сделать и на одной переменной типа unsigned char. Хорошо, счетчик мы сделаем, а как вывести его значение на семисегментный индикатор? Нужен код “разбивающий” десятичное число на отдельные разряды и вот как он выглядит:

//программный счетчик
unsigned char counterProg = 35;

//”разбиваем” значение счетчика на отдельные разряды
data1 = counterProg % 10;
data2 = counterProg/10;

data1 = counterProg % 10 – это операция деления по модулю 10 (деление с остатком). Результатом этого выражения будет остаток от деления переменной counterProg на 10, то есть для нашего случая 5.

counterProg/10 – это целочисленное деление на 10. Результатом этого выражения будет число 3.

Таким образом, в переменные data2, data1 будут записаны числа 3 и 5 соответственно, значение счетчика counterProg при этом не изменится.

Пример 4. Вывод цифр от 0 до 99.
Преобразование двоичных чисел в двоично-десятичные (BCD)
#include
#include

unsigned char number[] =
<
0x3f, //0
0x06, //1
0x5b, //2
0x4f, //3
0x66, //4
0x6d, //5
0x7d, //6
0x07, //7
0x7f, //8
0x6f //9
>;

//числа для вывода на индикатор
volatile unsigned char data1 = 0;
volatile unsigned char data2 = 0;

//программный счетчик секунд
unsigned char counterProg = 0;

int main( void )
<
//порт, к которому подкл. сегменты
PORTB = 0xff;
DDRB = 0xff;

//порт, к которому подкл. катод
PORTD = 0;
DDRD |= (1 Следующий этап работы над программой – выделение кода обслуживающего светодиодный семисегментный индикатор в отдельные функции. Какой минимальный набор функций нам необходим? Функция инициализации, функция вывода на индикатор и функция преобразования чисел и записи их в буфер.

Функция инициализации

#define PORT_IND PORTB
#define DDR_IND DDRB
#define PORT_K PORTD
#define DDR_K DDRD
#define KAT1 0
#define KAT2 1

volatile unsigned char data[2];

void IND_Init( void )
<
//порт к которому подкл. сегменты
PORT_IND = 0xff;
DDR_IND = 0xff;

//порт, к которому подкл. катоды
PORT_K &=

((1 //программный счетчик секунд
unsigned char counterProg = 0;

int main( void )
<
IND_Init();

//инициализация таймера Т0
TIMSK = (1 И, наконец – разбиение программы на модули.

Создаем два файла – indicator.h и indicator.c. Сохраняем их в папке проекта.
В хидер файле у нас будут директивы условной компиляции, макроопределения и прототипы функций.

#ifndef INDICATOR_H
#define INDICATOR_H

#define PORT_IND PORTB
#define DDR_IND DDRB
#define PORT_K PORTD
#define DDR_K DDRD
#define KAT1 0
#define KAT2 1

void IND_Init( void );
void IND_Conv( unsigned char value);
void IND_Update( void );

В сишном файле – #include “indicator.h”, объявления переменных и реализация трех функций. Функции описаны выше, поэтому здесь их не привожу.

Подключаем файл indicator.c к проекту.
В файл main.c инклюдим заголовочный файл нашего драйвера семисегментного индикатора – #include “indicator.h”

Все. Теперь мы можем использовать функции для работы с индикатором в файле main.
Полный код драйвера смотрите в проектах.

Продолжение следует… Скоро будет дополнение к этой статье – описание вольтметра на микроконтроллере – в проекте используется 4-ех разрядный семисегментный индикатор.

Управление семисегментным индикатором

В этой статье мы поговорим о цифровой индикации.
Семисегментные светодиодные индикаторы предназначены для отображения арабских цифр от 0 до 9 (рис.1).

Рис.1.

Такие индикаторы бывают одноразрядные, которые отображают только одно число, но семисегментных групп, объединенных в один корпус может быть и больше (многоразрядные). В этом случае цифры разделяются децимальной точкой (рис.2)

Рис.2.

Индикатор называется семисегментным из-за того, что отображаемый символ строится из отдельных семи сегментов. Внутри корпуса такого индикатора находятся светодиоды, каждый из которых засвечивает свой сегмент.
Буквы и другие символы на таких индикаторах отображать проблематично, поэтому для этих целей используются 16-сегментные индикаторы.

Светодиодные индикаторы бывают двух типов.
В первом из них все катоды, т.е. отрицательные выводы всех светодиодов, объединены вместе и для них выделен соответствующий вывод на корпусе.
Остальные выводы индикатора соединены к аноду каждого из светодиодов (рис.3, а). Такая схема называется «схема с общим катодом».
Также существуют индикаторы, у которых светодиоды каждого из сегментов подключены по схеме с общим анодом (рис.3, б).

Рис.3.

Каждый сегмент обозначен соответствующей буквой. На рисунке 4 представлено их расположение.

Рис.4.

В качестве примера рассмотрим двухразрядный семисегментный индикатор GND-5622As-21 красного свечения. Кстати существуют и другие цвета, в зависимости от модели.
С помощью трехвольтовой батарейки можно включать сегменты, а если объединить группу выводов в кучку и подать на них питание, то можно даже отображать цифры. Но такой метод является неудобным, поэтому для управления семисегментными индикаторами используют регистры сдвига и дешифраторы. Также, нередко, выводы индикатора подключаются напрямую к выходам микроконтроллера, но лишь в том случае когда используются индикаторы с низким потреблением тока. На рисунке 5 представлен фрагмент схемы с использованием PIC16F876A.

Рис.5.

Для управления семисегментным индикатором часто используется дешифратор К176ИД2.
Эта микросхема способна преобразовать двоичный код, состоящий из нулей и единиц в десятичные цифры от 0 до 9.

Чтобы понять, как все это работает, нужно собрать простую схему (рис.6). Дешифратор К176ИД2 выполнен в корпусе DIP16. Он имеет 7 выходных вывода (выводы 9 – 15), каждый из которых предназначен для определенного сегмента. Управление точкой здесь не предусмотрено. Также микросхема имеет 4 входа (выводы 2 – 5) для подачи двоичного кода. На 16-й и 8-ой вывод подается плюс и минус питания соответственно. Остальные три вывода являются вспомогательными, о них я расскажу чуть позже.

Рис.6.

DD1 – К176ИД2
R1 – R4 ( 10 – 100 кОм)
HG1 – GND-5622As-21

В схеме присутствует 4 тумблера (можно любые кнопки), при нажатии на них на входы дешифратора подается логическая единица от плюса питания. Кстати питается сама микросхема напряжением от 3 до 15 Вольт. В данном примере вся схема питается от 9-вольтовой “кроны”.

Также в схеме присутствует 4 резистора. Это, так называемые, подтягивающие резисторы. Они нужны, чтобы гарантировать на логическом входе низкий уровень, при отсутствии сигнала. Без них показания на индикаторе могут отображаться некорректно. Рекомендуется использовать одинаковые сопротивления от 10 кОм до 100 кОм.

На схеме выводы 2 и 7 индикатора HG1 не подключены. Если подключить к минусу питания вывод DP, то будет светиться децимальная точка. А если подать минус на вывод Dig.2, то будет светиться и вторая группа сегментов (будет показывать тот же символ).

Входы дешифратора устроены так, что для отображения на индикаторе чисел 1, 2, 4 и 8 требуется нажатие лишь одной кнопки (на макете установлены тумблеры, соответствующие входам D0, D1, D2 и D3). При отсутствии сигнала отображается цифра ноль. При подаче сигнала на вход D0 отображается цифра 1. И так далее. Для отображения других цифр требуется нажатие комбинации тумблеров. А какие именно нужно нажимать нам подскажет таблица 1.

Таблица 1.

Чтобы отобразить цифру “3” необходимо логическую единицу подать на вход D0 и D1. Если подать сигнал на D0 и D2, то отобразится цифра “5” (рис.6).

Рис.6.

Здесь представлена расширенная таблица, в которой мы видим не только ожидаемую цифру, но и те сегменты (a – g), которые составят эту цифру.

Таблица 2.

Вспомогательными являются 1, 6 и 7-ой выводы микросхемы (S, M, К соответственно).

На схеме (рис.6) 6-ой вывод “М” заземлен (на минус питания) и на выходе микросхемы присутствует положительное напряжение для работы с индикатором с общим катодом. Если используется индикатор с общим анодом, то на 6-ой вывод следует подать единицу.

Если на 7-ой вывод “К” подать логическую единицу, то знак индикатора гасится, ноль разрешает индикацию. В схеме данный вывод заземлен (на минус питания).

На первый вывод дешифратора подана логическая единица (плюс питания), что позволяет отображать преобразованный код на индикатор. Но если подать на данный вывод (S) логический ноль, то входы перестанут принимать сигнал, а на индикаторе застынет текущий отображаемый знак.

Стоит заметить одну интересную вещь: мы знаем, что тумблер D0 включает цифру “1”, а тублер D1 цифру “2”. Если нажать оба тумблера, то высветится цифра 3 (1+2=3). И в других случаях на индикатор выводится сумма цифр, составляющих эту комбинацию. Приходим к выводу, что входы дешифратора расположены продуманно и имеют очень логичные комбинации.

Также вы можете посмотреть видео к этой статье.