Новые статьи

● Проект 7: Матрица 4-разрядная из 7-сегментных индикаторов. Делаем динамическую индикацию

В этом эксперименте мы рассмотрим работу Arduino с 4-разрядной семисегментной матрицей. Получим представление о динамической индикации, позволяющей использовать одни выводы Arduino при выводе информации на несколько семисегментных индикаторов.

Необходимые компоненты:

Матрица 4-разрядная из семисегментных индикаторов состоит из четырех семисегментных индикаторов и предназначена для одновременного вывода на матрицу 4 цифр, также есть возможность вывода десятичной точки. Схема 4-разрядной матрицы на 7-сегментных индикаторах показана на рис. 7.1.

Рис. 7.1. Схема 4-разрядной матрицы на 7-сегментных индикаторах

Для вывода цифры необходимо зажечь нужные светодиоды на контактах A-G и DP и выбрать нужную матрицу подачей LOW на вывод 6, 8, 9 или 12.
Подключим контакты матрицы к плате Arduino и будем выводить цифры на различные разряды матрицы. Для подключения нам понадобятся 12 выводов Arduino. Схема соединений для подключения 4-разрядной матрицы к плате Arduino показана на рис. 7.2. При подключении контактов используются ограничительные резисторы 510 Ом.

Рис. 7.2. Схема подключения 4-разрядной матрицы к Arduino

Напишем скетч последовательного вывода цифр (0-9) на произвольный регистр матрицы. Для выбора случайного значения из диапазона будем использовать функцию random(). В массиве numbers хранятся значения, соответствующие данным для отображения цифр 0-9 (старший разряд байта соответствует метке сегмента A индикатора, а младший - сегменту G), в массиве pins - значения контактов для сегментов A-G и DP, в массиве pindigits - значения контактов для выбора разряда матрицы. Содержимое скетча показано в листинге 7.1.

// переменная для хранения значения текущей цифры int number=0 ; // семисегментного индикатора int digit=0 ; void setup () { for (int i=0 ;i<8 ;i++) pinMode(pins[i],OUTPUT); for (int i=0 ;i<4 ;i++) {pinMode(pindigits[i],OUTPUT); digitalWrite(pindigits[i],HIGH); } } void loop () { number=(number+1 )%10 ; showNumber(number); // DS for (int i=0 ;i<4 ;i++) digitalWrite(pindigits[i],HIGH); digit=random(0 ,4 ); digitalWrite(pindigits,LOW); delay(3000 ); } void showNumber (int num) { for (int i=0 ;i<7 ;i++) { if (bitRead(numbers,7 -i)==HIGH) // зажечь сегмент // потушить сегмент digitalWrite(pins[i],LOW); } }
Порядок подключения:

1. Подключаем семисегментный индикатор по схеме на рис. 7.3.
2. Загружаем в плату Arduino скетч из листинга 7.2.

// список выводов Arduino для подключения к разрядам a-g // семисегментного индикатора int pins={9 ,13 ,4 ,6 ,7 ,10 ,3 ,5 }; // значения для вывода цифр 0-9 byte numbers = { B11111100, B01100000, B11011010, B11110010, B01100110, B10110110, B10111110, B11100000, B11111110, B11110110}; // переменная для хранения и обработки текущего значения int number=0 ; int number1=0 ; int number2=0 ; // семисегментного индикатора int pindigits={2 ,8 ,11 ,12 }; // переменная для хранения текущего разряда int digit=0 ; // для отмеривания 100 мс unsigned long millis1=0 ; // режим 1 - секундомер работает mode=0 ; const int BUTTON=14 ; // Контакт 14(A0) для подключения кнопки int tekButton = LOW; // Переменная для сохранения текущего состояния кнопки int prevButton = LOW; // Переменная для сохранения предыдущего состояния // к нопки boolean ledOn = false ; // Текущее состояние светодиода (включен/выключен) void setup () { // Сконфигурировать контакт кнопки как вход pinMode (BUTTON, INPUT); // Сконфигурировать контакты как выходы for (int i=0 ;i<8 ;i++) pinMode(pins[i],OUTPUT); for (int i=0 ;i<4 ;i++) {pinMode(pindigits[i],OUTPUT); digitalWrite(pindigits[i],HIGH); } } void loop () { tekButton = debounce(prevButton); if (prevButton == LOW && tekButton == HIGH) // если нажатие... { mode=1 -mode; // изменение режима if (mode==1 ) number=0 ; } if (millis()-millis1>=100 && mode==1 ) {millis1=millis1+100 ; number=number+1 ; if (number==10000 ) number=0 ; } number1=number; for (int i=0 ;i<4 ;i++) { number2=number1%10 ; number1=number1/10 ; showNumber(number2,i); for (int j=0 ;j<4 ;j++) digitalWrite(pindigits[j],HIGH); digitalWrite(pindigits[i],LOW); delay(1 ); } } // функция вывода цифры на семисегментный индикатор void showNumber (int num,int dig) { for (int i=0 ;i<8 ;i++) { if (bitRead(numbers,7 -i)==HIGH) // зажечь сегмент digitalWrite(pins[i],HIGH); else // потушить сегмент digitalWrite(pins[i],LOW); } if (dig==1 ) // десятичная точка для второго разряда digitalWrite(pins,HIGH); } // Функция сглаживания дребезга. Принимает в качестве // аргумента предыдущее состояние кнопки и выдает фактическое. boolean debounce (boolean last) { boolean current = digitalRead(BUTTON); // Считать состояние кнопки, if (last != current) // если изменилось... { d elay (5 ) ; // ж дем 5 м с current = digitalRead(BUTTON); // считываем состояние кнопки return current; // возвращаем состояние кнопки } }

3. Нажатием кнопки запускаем или останавливаем секундомер.

Подключим семисегментный светодиодный индикатор к плате Ардуино и научимся управлять им с помощью библиотеки Led4Digits.h.

В предыдущем уроке подробно описаны к микроконтроллерам. Подключим такой индикатор к плате Ардуино.

Схема подключения индикатора к плате Ардуино выглядит так.

Я собрал ее на монтажной плате.

Для управления индикаторами я написал библиотеку Led4Digits.h:

И оплатите.

Библиотека позволяет управлять семисегментными индикаторами:

размерностью до четырех разрядов;
с любыми вариантами полярностей управляющих импульсов (все );
работает в параллельном процессе;
позволяет выводить на индикатор:
- сегменты каждого разряда;
- цифру каждого разряда;
- целое число 0 … 9999;
для вывода целого числа может быть задано число разрядов;
есть режим гашения незначащих разрядов.

Загрузить библиотеку Led4Digits.h можете по этой ссылке:

И оплатите. Всего 25 руб. в месяц за доступ ко всем ресурсам сайта!

Как устанавливать написано в .

Я не буду приводить исходные тексты. Можете их посмотреть в файлах библиотеки. Как всегда, там достаточно комментариев. Я подробно, с примерами, опишу, как пользоваться библиотекой.

Библиотека управления LED индикаторами для Ардуино Led4Digits.

Вот описание класса. Я привел только public методы и свойства.

class Led4Digits {
public:
byte digit; // коды управления сегментами разрядов
void regen(); // регенерация, метод должен вызываться регулярно
void tetradToSegCod(byte dig, byte tetrad); // преобразования тетрады в коды сегментов
boolean print(unsigned int value, byte digitNum, byte blank); // вывод целого числа

} ;

Конструктор.

Led4Digits (byte typeLed, byte digitPin0, byte digitPin1, byte digitPin2, byte digitPin3,
byte segPinA, byte segPinB, byte segPinC, byte segPinD,
byte segPinE, byte segPinF, byte segPinG, byte segPinH);

typeLed Задает полярности управляющих импульсов для сигналов выбора разрядов и сегментов. Поддерживает любые схемы подключения ().

typeLed	Выбор разряда	Выбор сегмента	Тип схемы
0	-_-	-_-	Общий анод с ключами выбора разряда
1	_-_	-_-	Общий анод
2	-_-	_-_	Общий катод
3	_-_	_-_	Общий катод с ключами выбора разряда

digitPin0 … digitPin3 – выводы выбора разрядов. Если digitPin = 255, то разряд отключен. Это позволяет подключать индикаторы с меньшим количеством разрядов. digitPin0 – младший (правый) разряд.

segPinA … segPinH – выводы управления сегментами.

Например,

означает: тип индикатора 1; выводы разрядов 5,4,3,2; выводы сегментов 6,7,8,9,10,11,12,13.

Метод void regen()

Метод должен вызываться регулярно в параллельном процессе. В нем происходит регенерация изображения на индикаторах. Время цикла регенерации равно периоду вызова метода, умноженному на число разрядов.

Например,

// обработчик прерывания 2 мс
void timerInterrupt() {
disp.regen(); // регенерация индикатора
}

Массив byte digit

Содержит состояние сегментов. digit это младший разряд, младший бит digit это сегмент ”A” младшего разряда. Состояние бита равное 1, означает, что сегмент светится.

Например,

digit = B0000101;

означает, что во втором разряде светятся сегменты ”A” и ”C”.

Пример программы, которая последовательно зажигает все сегменты каждого разряда.

// бегущие сегменты
#include
#include

//
Led4Digits disp(1, 5,4,3,2, 6,7,8,9,10,11,12,13);

void setup() {
прерывание по таймеру 2 мс
MsTimer2::start(); // разрешение прерывания
}

void loop() {
for (int i = 0; i < 32; i++) {
if (i == 0) disp.digit= 1;
else if (i == 8) disp.digit= 1;
else if (i == 16) disp.digit= 1;
else if (i == 24) disp.digit= 1;
else {
disp.digit = disp.digit << 1;
disp.digit = disp.digit << 1;
disp.digit = disp.digit << 1;
disp.digit = disp.digit << 1;
}
delay(250);
}
}

// обработчик прерывания 2 мс
void timerInterrupt() {
disp.regen(); // регенерация индикатора
}

В массиве digit сдвигается 1 и индикаторы отображают это.

Метод void tetradToSegCod(byte dig, byte tetrad)

Метод позволяет выводить на отдельные разряды цифры и буквы шестнадцатеричного кода. Имеет аргументы:

dig – номер разряда 0 … 3;
tetrad – десятичный код символа. Код 0 отобразит цифру ”0”, код 1 - цифру ”1”, код 14 - букву ”E”.

Например,

tetrad(2, 7);

выведет цифру “7” в третьем разряде.

Пример программы меняющей символы в каждом разряде по очереди.

// цифры по очереди
#include
#include

// тип индикатора 1; выводы разрядов 5,4,3,2; выводы сегментов 6,7,8,9,10,11,12,13
Led4Digits disp(1, 5,4,3,2, 6,7,8,9,10,11,12,13);

void setup() {
MsTimer2::set(2, timerInterrupt); // прерывание по таймеру 2 мс
MsTimer2::start(); // разрешение прерывания
}

void loop() {
for (int i = 0; i < 64; i++) {
disp.tetradToSegCod(i>>4, i);
delay(250);
}
}

// обработчик прерывания 2 мс
void timerInterrupt() {
disp.regen(); // регенерация индикатора
}

Метод boolean print(unsigned int value, byte digitNum, byte blank)

Метод выводит на индикаторы целое число. В нем двоичное число преобразуется в двоично-десятичный код для каждого разряда. Имеет аргументы:

value – число, которое выводится на индикатор.
digitNum – количество разрядов для числа. Не надо путать с количеством разрядов индикатора. Вы можете захотеть вывести число на 2х разрядах, а на остальных двух отобразить символы, используя digit.
blank – признак гашения незначащих разрядов. blank=0 означает, что число должно отображаться со всеми нулями. Число ”7” будет выглядеть “0007”. При blank, отличном от 0 незначащие нули будут гаситься.

Если число value превышает допустимое для выбранного количества разрядов (digitNum), то функция отобразит на индикаторе ”---” и вернет false.

Пример программы вывода чисел.

// вывод числа
#include
#include

// тип индикатора 1; выводы разрядов 5,4,3,2; выводы сегментов 6,7,8,9,10,11,12,13
Led4Digits disp(1, 5,4,3,2, 6,7,8,9,10,11,12,13);

void setup() {
MsTimer2::set(2, timerInterrupt); // прерывание по таймеру 2 мс
MsTimer2::start(); // разрешение прерывания
}

void loop() {
for (int i = 0; i < 12000; i++) {
disp.print(i, 4, 1);
delay(50);
}
}

// обработчик прерывания 2 мс
void timerInterrupt() {
disp.regen(); // регенерация индикатора
}

Последние два метода не меняют состояния сегмента ”H” – децимальной точки. Чтобы изменить состояние точки можно использовать команды:

digit |= 0x80; // зажечь децимальную точку
digit &= 0x7f; // погасить децимальную точку

Вывод на индикаторы отрицательных чисел (int).

Вывод отрицательных чисел можно производить следующим образом:

Проверить знак числа.
Если число отрицательное, то напечатать на старшем разряде знак минус и в функции print() изменить знак числа на положительный.
Если число положительное, то погасить разряд знака и вывести число функцией print().

Вот программа, которая демонстрирует такой способ. Она выводит числа от -999 до 999.

// вывод отрицательных чисел
#include
#include

// тип индикатора 1; выводы разрядов 5,4,3,2; выводы сегментов 6,7,8,9,10,11,12,13
Led4Digits disp(1, 5,4,3,2, 6,7,8,9,10,11,12,13);

void setup() {
MsTimer2::set(2, timerInterrupt); // прерывание по таймеру 2 мс
MsTimer2::start(); // разрешение прерывания
}

void loop() {

for (int i = -999; i < 1000; i++) {

if (i < 0) {
// число отрицательно
disp.digit= B01000000; // знак -
disp.print(i * -1, 3, 1);
}
else {
disp.digit= B00000000; // гашение знака
disp.print(i, 3, 1);
}

delay(50);
}
}

// обработчик прерывания 2 мс
void timerInterrupt() {
disp.regen(); // регенерация индикатора
}

Вывод на индикаторы дробных чисел, формат float.

Для вывода на индикаторы чисел с плавающей запятой (float) существует много способов с использованием стандартных функций языка C. Это, прежде всего, функция sprint(). Работает очень медленно, требует дополнительных преобразований кодов символов в двоично-десятичные коды, надо из строки выделять точку. С другими функциями те же проблемы.

Я использую другой способ вывода на индикаторы значений переменных float. Способ простой, надежный, быстрый. Сводится к следующим операциям:

Число с плавающей запятой умножается на 10 в степени соответствующей требуемому числу знаков после запятой. Если вам необходимо на индикаторы выводить 1 знак после запятой, умножаете на 10, если 2, то умножаете на 100, 3 знака – на 1000.
Далее число с плавающей запятой явно преобразуется в целое (int) и выводится на индикаторы функцией print().
В нужном разряде ставится точка.

Например, следующие строки выведут на семисегментные светодиодные индикаторы переменную типа float с двумя знаками после запятой.

float x = 2.12345;

disp.digit |= 0x80; //

Мы умножаем число на 100, а поставив точку в третьем разряде, делим результат на 100.

Вот программа, выводящая на индикаторы числа с плавающей запятой от 0.00 до 99.99.

// вывод чисел с плавающей запятой
#include
#include

// тип индикатора 1; выводы разрядов 5,4,3,2; выводы сегментов 6,7,8,9,10,11,12,13
Led4Digits disp(1, 5,4,3,2, 6,7,8,9,10,11,12,13);

void setup() {
MsTimer2::set(2, timerInterrupt); // прерывание по таймеру 2 мс
MsTimer2::start(); // разрешение прерывания
}

void loop() {
float x = 0;

for (int i = 0; i < 10000; i++) {
x += 0.01;

disp.print((int)(x * 100.), 4, 1);
disp.digit |= 0x80; // зажечь точку третьего разряда

delay(50);
}
}

// обработчик прерывания 2 мс
void timerInterrupt() {
disp.regen(); // регенерация индикатора
}

Как видите, библиотека Led4Digits.h значительно упрощает работу с семисегментыми светодиодными (LED) индикатороми, подключенными к плате Ардуино. Аналога такой библиотеки я не нашел.

Существуют библиотеки работы с LED дисплеями через сдвиговый регистр. Кто-то мне написал, что нашел библиотеку, работающую с LED дисплеем, непосредственно подключенным к плате Ардуино. Но при ее использовании разряды индикатора светятся неравномерно, подмигивают.

В отличие от аналогов библиотека Led4Digits.h:

Работает параллельным процессом. В основном цикле программа загружает данные в определенные переменные, которые автоматически, отображаются на дисплее. Вывод информации и регенерация индикаторов происходят в прерывании по таймеру, незаметно для основной программы.
Цифры дисплея светятся равномерно, без миганий. Это свойство обеспечивается тем, что регенерация происходит в цикле, строго заданном прерыванием по таймеру.
Библиотека имеет компактный код, выполняется быстро, минимально нагружает контроллер.

В следующем уроке подключим к плате Ардуино одновременно светодиодный индикатор и матрицу кнопок. Напишем библиотеку для такой конструкции.

Рубрика: . Вы можете добавить в закладки.

Эта статья продолжает цикл моих публикация про организацию динамической индикации на микроконтроллерах PIC и LED индикаторах. Вот ссылки на предыдущие публикации:

Таблица работы предлагаемого алгоритма (используется индикатор с общим катодом, в первой графе указаны выводы регистра, совмещенные с разрядами индикатора) согласно схеме подключения, приведенной ниже.

В каждом из прерываний с интервалом 2 мс (в данном случае от таймера TMR0) подготавливается один этап динамической индикации (ДИ) согласно алгоритму, который состоит из пяти фаз управления регистром и индикатором.

2-я фаза: положительный перепад на выводе 12 регистра (ST_CP) записывает нулевое состояние регистра в выходную защелку. Здесь и далее, до начала индикации, индикатор погашен нулевым потенциалом на сегментах.

3-я фаза: посредством управления выводами регистра 14 (DS – данные) и 11 (SH_CP – тактовый) в него записывается код для управления сегментами.

4-я фаза: положительным перепадом на выводе 12 регистра данные из регистра записываются в выходную защелку, причем, из-за положительных уровней на разрядах индикатор остается погашенным.

5-я фаза: здесь на выводы разрядов индикатора подается требуемый код, и далее происходит собственно индикация.

Если в схеме задействован один 4-х разрядный индикатор, то для правильной работы он должен быть с ОК. Если требуется управлять 8-ю разрядами, то используются 8 портов МК, при этом, остальные 4 порта просто управляют разрядами (в фазе 4 на них должен быть высокий уровень). Стоит отметить, что в этом случае возможно применение индикаторов как с ОК, так и с ОА, подключая к регистру соответственно сегменты или разряды (по причинам, изложенным ниже, ДИ в первом случае предпочтительно организовать посегментную, а во втором – поразрядную).

По этой методике можно подключить два четырехразрядных индикатора к МК PIC16F676, используя один сдвиговый регистр, при этом, останутся для использования целых четыре свободных порта. , например, для такого подключения люди использовали совмещение в некоторых портах МК функций ДИ и аналоговых входов (на мой взгляд, крайне сомнительное решение), что привело к значительному усложнению схемы и к некоторым ограничениям, о чем авторы и предупреждают. Используя мою схему подключения, все решилось бы просто и красиво – входы отдельно, индикация отдельно, плюс еще два порта (включая MCLR) для кнопок.

Для тестирования данного способа управления предлагается следующая простая схема на МК PIC12F629 и индикаторе FYQ3641A, которое выдает на индикаторе попеременно слово «test» и число 1234.

Здесь решено применить посегментную ДИ (в каждый момент включен один сегмент, а на разрядных выводах присутствует код, где в каждом разряде: 0 – если в данном разряде должен гореть данный сегмент и 1 – в противном случае), при котором пиковые токи перекладываются на регистр. Почему? Этому есть две причины: первая – максимальная нагрузочная способность выходов 74HC595 35 мА против 25 мА у контроллеров PIC; вторая и главная – близкий к предельному ток через выходной порт МК теоретически может поднять выходной потенциал оного до уровня переключения входов регистра, что привело бы к ошибкам в работе. А так, в порты МК втекают токи 6-7 мА и на выходах потенциалы заведомо не превышают TTL-уровни.

Как упоминалось выше, интервал прерываний - 2 мс, что соответствует частоте обновления индикатора в 64 Гц и его свечение достаточно комфортно воспринимается глазом.

Данный способ ДИ, кроме всего прочего, позволил вдвое уменьшить количество токоограничительных резисторов (R2-R5).

Устройство собрано на так называемой «беспаечной» макетной плате.

Индикатор можно заменить на любой из серии 3641А.

Схема питается от стабилизированного источника, напряжением 5 В. Я использовал специальную плату-стабилизатор, предназначенный для использования совместно с упомянутой выше макетной платой.

Программа управления МК написана на языке Си и оттранслирована в среде .

Код в MikroC, проект , HEX-файл в приложении.

Для использования данного способа подключения в коммерческих разработках просьба связаться со мной.

Список радиоэлементов

Обозначение	Тип	Номинал	Количество	Мой блокнот
DD1	МК PIC 8-бит	PIC12F629	1	В блокнот
DD2	Регистр	74HC595	1	В блокнот
HL	Индикатор	FYQ3641	1	В блокнот
R1	Резистор	30 кОм	1	В блокнот
R2	Резистор	430 Ом	1	В блокнот
R3	Резистор	430 Ом	1

Схема подключения одноразрядного семисегментного индикатора
Схема подключения многоразрядного семисегментного индикатора

Устройство отображения цифровой информации. Это - наиболее простая реализация индикатора, который может отображать арабские цифры. Для отображения букв используются более сложные многосегментные и матричные индикаторы.

Как говорит его название, состоит из семи элементов индикации (сегментов), включающихся и выключающихся по отдельности. Включая их в разных комбинациях, из них можно составить упрощённые изображения арабских цифр.
Сегменты обозначаются буквами от A до G; восьмой сегмент - десятичная точка (decimal point, DP), предназначенная для отображения дробных чисел.
Изредка на семисегментном индикаторе отображают буквы.

Бывают разных цветов, обычно это белый, красный, зеленый, желтый и голубой цвета. Кроме того, они могут быть разных размеров.

Также, светодиодный индикатор может быть одноразрядным (как на рисунке выше) и многоразрядным. В основном в практике используются одно-, двух-, трех- и четырехразрядные светодиодные индикаторы:

Кроме десяти цифр, семисегментные индикаторы способны отображать буквы. Но лишь немногие из букв имеют интуитивно понятное семисегментное представление.
В латинице : заглавные A, B, C, E, F, G, H, I, J, L, N, O, P, S, U, Y, Z, строчные a, b, c, d, e, g, h, i, n, o, q, r, t, u.
В кириллице : А, Б, В, Г, г, Е, и, Н, О, о, П, п, Р, С, с, У, Ч, Ы (два разряда), Ь, Э/З.
Поэтому семисегментные индикаторы используют только для отображения простейших сообщений.

Всего семисегментный светодиодный индикатор может отобразить 128 символов:

В обычном светодиодном индикаторе девять выводов: один идёт к катодам всех сегментов, а остальные восемь - к аноду каждого из сегментов. Эта схема называется «схема с общим катодом» , существуют также схемы с общим анодом (тогда все наоборот). Часто делают не один, а два общих вывода на разных концах цоколя - это упрощает разводку, не увеличивая габаритов. Есть еще, так называемые «универсальные», но я лично с такими не сталкивался. Кроме того существуют индикаторы со встроенным сдвиговым регистром, благодаря чему намного уменьшается количество задействованных выводов портов микроконтроллера, но они намного дороже и в практике применяются редко. А так как необъятное не объять, то такие индикаторы мы пока рассматривать не будем (а ведь есть еще индикаторы с гораздо большим количеством сегментов, матричные).

Многоразрядные светодиодные индикаторы часто работают по динамическому принципу: выводы одноимённых сегментов всех разрядов соединены вместе. Чтобы выводить информацию на такой индикатор, управляющая микросхема должна циклически подавать ток на общие выводы всех разрядов, в то время как на выводы сегментов ток подаётся в зависимости от того, зажжён ли данный сегмент в данном разряде.

Подключение одноразрядного семисегментного индикатора к микроконтроллеру

На схеме ниже, показано как подключается одноразрядный семисегментный индикатор к микроконтроллеру.
При этом следует учитывать, что если индикатор с ОБЩИМ КАТОДОМ , то его общий вывод подключается к «земле» , а зажигание сегментов происходит подачей логической единицы на вывод порта.
Если индикатор с ОБЩИМ АНОДОМ , то на его общий провод подают «плюс» напряжения, а зажигание сегментов происходит переводом вывода порта в состояние логического нуля .

Осуществление индикации в одноразрядном светодиодном индикаторе осуществляется подачей на выводы порта микроконтроллера двоичного кода соответствующей цифры соответствующего логического уровня (для индикаторов с ОК — логические единицы, для индикаторов с ОА — логические нули).

Токоограничительные резисторы могут присутствовать в схеме, а могут и не присутствовать. Все зависит от напряжения питания, которое подается на индикатор и технических характеристик индикаторов. Если, к примеру, напряжение подаваемое на сегменты равно 5 вольтам, а они рассчитаны на рабочее напряжение 2 вольта, то токоограничительные резисторы ставить необходимо (чтобы ограничить ток через них для повышенного напряжении питания и не сжечь не только индикатор, но и порт микроконтроллера).
Рассчитать номинал токоограничительных резисторов очень легко, по формуле дедушки Ома .
К примеру, характеристики индикатора следующие (берем из даташита):
— рабочее напряжение — 2 вольта
— рабочий ток — 10 мА (=0,01 А)
— напряжение питания 5 вольт
Формула для расчета:
R= U/I (все значения в этой формуле должны быть в Омах, Вольтах и Амперах)
R= (напряжение питания — рабочее напряжение)/рабочий ток
R= (5-2)/0.01 = 300 Ом

Схема подключения многоразрядного семисегментного светодиодного индикатора в основном та-же, что и при подключении одноразрядного индикатора. Единственное, добавляются управляющие транзисторы в катодах (анодах) индикаторов:

На схеме не показано, но между базами транзисторов и выводами порта микроконтроллера необходимо включать резисторы, сопротивление которых зависит от типа транзистора (номиналы резисторов рассчитываются, но можно и попробовать применить резисторы номиналом 5-10 кОм).

Осуществление индикации разрядами осуществляется динамическим путем:
— выставляется двоичный код соответствующей цифры на выходах порта РВ для 1 разряда, затем подается логический уровень на управляющий транзистор первого разряда
— выставляется двоичный код соответствующей цифры на выходах порта РВ для 2 разряда, затем подается логический уровень на управляющий транзистор второго разряда
— выставляется двоичный код соответствующей цифры на выходах порта РВ для 3 разряда, затем подается логический уровень на управляющий транзистор третьего разряда
— итак по кругу
При этом надо учитывать:
— для индикаторов с ОК применяется управляющий транзистор структуры NPN (управляется логической единицей)
— для индикатора с ОА — транзистор структуры PNP (управляется логическим нулем)

Семисегментные светодиодные индикаторы очень популярны среди устройств отображения цифровых значений и находят применение в передних панелях микроволновых печей, стиральных машин, цифровых часах, счетчиках, таймерах и др. По сравнению с ЖК индикаторами, сегменты светодиодного индикатора светятся ярко и различимы на большом расстоянии и при широком угле обзора. Для подключения семисегментного 4-разрядного индикатора к микроконтроллеру потребуется, по крайней мере, 12 линий ввода/вывода. Поэтому использовать данные индикаторы с микроконтроллерами с малым количеством выводов, например серии от компании , практически невозможно. Конечно, можно использовать разные методы мультиплексирования (описание которых можно найти на сайте в разделе "Схемы"), но и в этом случае имеются определенные ограничения для каждого метода, и зачастую в них используются сложные программные алгоритмы.

Мы рассмотрим метод подключения индикатора по интерфейсу SPI, который потребует всего 3 линии ввода/вывода микроконтроллера. При этом сохранится управление всеми сегментами индикатора.

Для подключения 4-разрядного индикатора к микроконтроллеру по SPI шине используется специализированная микросхема-драйвер производства компании . Микросхема способна управлять восемью семисегментными индикаторами с общим катодом и имеет в своем составе BCD-декодер, драйверы сегментов, схему мультиплексирования и статическое ОЗУ для хранения значений цифр.

Ток через сегменты индикаторов устанавливается с помощью лишь одного внешнего резистора. Дополнительно микросхема поддерживает управление яркостью индикаторов (16 уровней яркости) посредством встроенного ШИМ.

Рассматриваемая в статье схема - это схема дисплейного модуля с интерфейсом SPI, который может использоваться в радиолюбительских конструкциях. И нас больше интересует не сама схема, а работа с микросхемой по интерфейсу SPI. Питание модуля +5 В подается на вывод Vcc, сигнальные линии MOSI, CLK и CS предназначены для коммуникации мастер-устройства (микроконтроллер) с ведомым (микросхема MAX7219).

Микросхема используется в стандартном включении, из внешних компонентов нужен только резистор, который задает ток через сегменты, защитный диод по питанию и фильтрующий конденсатор по питанию.

Данные передаются в микросхему 16-битными пакетами (по два байта), которые помещаются во встроенный 16-битный регистр сдвига по каждому нарастающему фронту сигнала CLK. 16-битный пакет мы обозначим D0-D15, где биты D0-D7 содержат данные, D8-D11 содержат адрес регистра, биты D12-D15 значения не имеют. Бит D15 - старший значащий бит и является первым принимаемым битом. Хотя микросхема способна управлять восемью индикаторами, мы рассмотрим работу только с четырьмя. Управление ими осуществляется на выходах DIG0 - DIG3, расположенных в последовательности справа налево, 4-битные адреса (D8-D11), которые им соответствуют, это 0×01, 0×02, 0×03 и 0×04 (шестнадцатеричный формат). Регистр цифр реализуется на базе встроенного ОЗУ с организацией 8×8 и адресуются непосредственно, так что каждая отдельная цифра на дисплее может обновляться в любое время. В следующей таблице приведены адресуемые цифры и регистры управления микросхемы MAX7219.

Регистр	Адрес	HEX-значение
Регистр		HEX-значение
Нет операции








Режим декодирования

Количество индикаторов
Выключение
Тест индикатора

Регистры управления

Микросхема MAX1792 имеет 5 регистров управления: режим декодирования (Decode-Mode), управление яркостью индикатора (Intensity), регистр количества подключенных индикаторов (Scan Limit), управление включением и выключением (Shutdown), режим тестирования (Display Test).

Включение и выключение микросхемы

При подаче питания на микросхему все регистры сбрасываются, и она переходит в режим Shutdown (выключение). В этом режиме дисплей отключен. Для перехода в нормальный режим работы необходимо установить бит D0 регистра Shutdown (адрес 0Сh). В любое время этот бит может быть сброшен, чтобы перевести драйвер в выключенное состояние, при это содержимое всех регистров сохраняется неизменным. Этот режим может использоваться для экономии энергии или в режиме сигнализации миганием индикатора (последовательная активация и деактивация режима Shutdown).

Перевод микросхемы в режим Shutdown осуществляется последовательной передачей адреса (0Сh) и данных (00h), а передача 0Ch (адрес) и затем 01h (данные) возвращают в нормальный режим работы.

Режим декодирования

C помощью регистра выбора режима декодирования (адрес 09h) можно использовать BCD code B декодирование (отображаемые символы 0-9, E, H, L, P, -) или же без декодирования для каждой цифры. Каждый бит в регистре соответствует одной цифре, установка логической единицы соответствует включению декодера для данного разряда, установка 0 - декодер исключается. Если используется BCD декодер, то принимается во внимание только младший полубайт данных в регистрах цифр (D3-D0), биты D4-D6 игнорируются, бит D7 не зависит от BCD декодера и отвечает за включение десятичной точки на индикаторе, если D7=1. Например, при последовательной посылке байтов 02h и 05h на индикаторе DIG1 (второй разряд справа) будет отображаться цифра 5. Подобным образом, при посылке 01h и 89h на индикаторе DIG0 будет отображаться цифра 9 с включенной десятичной точкой. В таблице ниже приведен полный список символов, отображаемых при использовании BCD декодера микросхемы.

Символ

Данные в регистрах

Включенные сегменты = 1

—

Пусто

*Десятичная точка устанавливается битом D7=1

При исключении BCD декодера из работы биты данных D7-D0 соответствуют линиям сегментов (A-G и DP) индикатора.

Управление яркостью индикаторов

Микросхема позволяет программно управлять яркостью индикаторов посредством встроенного ШИМ. Выход ШИМ контролируется младшим полубайтом (D3-D0) регистра Intensity (адрес 0Ah), который позволяет устанавливать один из 16 уровней яркости. При установке всех битов полубайта в 1 выбирается максимальная яркость индикатора.

Количество подключенных индикаторов

В регистре Scan-Limit (адрес 0Bh) устанавливается значение количества разрядов, обслуживаемых микросхемой (1 … 8). Для нашего варианта с 4 разрядами в регистр должно быть записано значение 03h.

Тест индикатора

Регистр, отвечающий за этот режим, находится по адресу 0Fh. Устанавливая бит D0 в регистре, пользователь включает все сегменты индикаторов, при этом содержимое регистров управления и данных не изменяется. Для выключения режима Display-Test бит D0 должен быть равен 0.

Интерфейс с микроконтроллером

Модуль индикатора может быть подключен к любому микроконтроллеру, который имеет три свободные линии ввода/вывода. Если микроконтроллер имеет встроенный аппаратный модуль SPI, то модуль индикатора может подключаться как ведомое устройство на шине. В этом случае сигнальные линии SPI интерфейса SDO (serial data out), SCLK (serial clock) и SS (slave select) микроконтроллера могут быть непосредственно подключены к выводам MOSI, CLK и CS микросхемы MAX7219 (модуля), сигнал CS имеет активный низкий уровень.

В случае если микроконтроллер не имеет аппаратного SPI, то интерфейс можно организовать программно. Общение с микросхемой MAX7219 начинается с установки и удержания низкого уровня на линии CS, после чего последовательно посылаются 16 бит данных (старший значимый бит передается первым) по линии MOSI по нарастающему фронту сигнала CLK. По завершению передачи на линии CS опять устанавливается высокий уровень.

В секции загрузок пользователи могут скачать исходный текст тестовой программы и HEX-файл прошивки, в которой реализуется обычный 4-разрядный счетчик с отображением значений на модуле индикатора с интерфейсом SPI. Используемый микроконтроллер - , интерфейс реализован программно, сигнальные линии CS, MOSI и CLK модуля индикатора подключены к портам GP0, GP1 и GP2, соответственно. Используется компилятор mikroC для PIC микроконтроллеров (), однако код может быть модифицирован под другие высокоуровневые компиляторы. Микроконтроллер работает на тактовой частоте 4 МГц от встроенного RC осциллятора, выход MCLR отключен.

Данный модуль можно подключать и к платформе Arduino. Для работы с ним потребуется библиотека LedControl, доступная для скачивания на сайте Arduino.

Загрузки

Исходный код тестовой программы и HEX-файл для прошивки микроконтроллера -

ЭТО НЕЧЕСТНО!!! Тему более корректно назвать "подключение светодиодной матрицы с интеллектуальным контроллером по малопроводному интерфейсу". Такую городушку можно и самому соорудить - поставить на индикаторе чего из PIC12-PIC16 с соответствующим протоколом (microLAN, SPI, I2C, rs232 или еще чего самодельного - просто синхронный режим УСАПП). Сейчас разных семейств МК развелось в достаточном количестве - пора переходить к работе со схемами составленными из нескольких МК, каждый из которых выполняет свою задачу, а не стараться грузить все "на одну голгву".
Это для буржуинов окаяных статейка! Больно уж дорого стОят чипы от Maxim. Есть куда более простое решение - последовательно-параллльные сдвиговые регистры. Правда, проводов больше потребуется - общие выводы индикаторов переключать. Или, как верно заметил коллега, использовать два МК. Это всё равно дешевле, чем Максовские чипы... З.Ы. Можно, правда, изваять универсальную схему на двух регистрах. Тогда можно обойтись четырьмя проводами: такт, данные, запись и знак/место. Количество знакомест будет ограничено лишь разрядностью регистров.
Сам начинал со сдвиговых регистров. Но потом отказался. Причина проста. Необходимо значительное время процессора для индикации. Для простых программ пойдёт. По мере роста объёма ПО падает яркость. Ток индикатора тоже нельзя увеличивать до величин превосходящих постоянный ток сегмента. Программа может и повиснуть. Отдельный процессор тоже не выход.Резисторы процессор и размеры платы и обвязка будут стоить 2/3 стоимости MAX7219 на плате. Имею ввиду 8 разрядную индикцию. Неоднократно выходил с Терраэлектроники с кучкой чего-то зажатой в руке. И за что отдал 6000-10000 деревянных? И когда потом сдаёшь заказчику устройство, вспоминаешь и думаешь от скольки проблем меня это спасло.И они стоят того. Со временем вы поменяете точку зрения.
Позвольте не согласиться;) Минимальный комплект для индикатора 4 позиции * 8 сегментов: pic16f628a или attiny2313 (кушает значительно больше) в режиме "растрового" сканирования, яркость правда не слишком велика, зато деталей минимум. В большинстве решений с достаточно значительным током сегментов и повышенным (+11 - +27 Вольт нестабилизированное постоянное) напряжением проблему создают только "верхние" ключи (независимо, что кормим с +U - сегмент или анод матрицы индикатора). Cтандартный набор: pic16f628a/attiny2313/, pic16f676 uln2803 tpic6b595 (hc595hc595 + uln2803) и наборчик npn транзисторов (по схеме эмиттерного поворителя) в качестве "верхних" ключей в качестве активных источников тока стандартное решение на LM317L (LM317T). При известном и стабильном уровне напряжения, питающего аноды рассчет базовых резисторов верхних ключей достаточно прост. Некоторые проблемы возникают при питании повышенным нестабилизированным постоянным напряжением...:mad: Возможно решение при помощи специализированных микросхем - но те достаточно дорогое удовольствие, по сему была придумана "обманка", быстродействия которой вполне достаточно, а детали весьма народные - комплект из нескольких резисторов, 4N33 и мощного n-p-n транзистора (см. схему по ссылке http://radiokot.ru/forum/download/file.php?id=93485):)
В каких-то случаях сдвиговые регистры и оправданы. Ну не берусь я за копеечные конструкции. Если например делаю электронный теодолит за 80 . То четырёх строчный LCD за 1т.р. надо покупать. Просто жалко тратить время на индикацию. Ключи паять, Растрачивать время процессора-оно самое дорогое. Да и заказчик обычно привередливый. Яркость должна быть нормальной. Да вы забыли посчитать стоимость набора деталей и не забудьте туда включить разницу в стоимости печатной платы(она будет больше) и время монтажа. И ещё об одном. Тут специфика работы. К примеру повис PIC. Есть возможность понять причину. Последние данные до сбоя вы можете увидеть. Вот и недавний пример 3 месяца очень редкий и непонятный сбой в программе. Не знал где и искать. Тут ещё и пальцы отдавило работнику конкретно. И когда увидел последние данные перед сбоем - понял причину.
Разница между профессиональным оборудованием и любительскими самоделками всегда была, есть и будет - "по крутому" разработанную схему сдал китаям, а те вообще на "капельке" ее соорудят:) Сетодиодный примитив - не конкурент моноблоку на ЖКИ (правда за редкими исключениями). А вот за примером типового применения МК в сьёмных индикаторах далеко ходить не потребуется - стоит обратить внимание на решение у так называемых фискальных регистраторов (дисплей клиента) - там у одного аппарата может применяться любой вариант (люминесцентный/ЖКИ/светодиодный) - лиш бы протокол связи поддерживался и клиенту нравился (готов денюжку на то выложить)... Чего касательно закладки в разработку по принципу "клиент может заплатить больше"... дык тот, у кого много денежки готовенькое у фирмачей покупает, а к самодельщику обращаются либо "по нищете", либо полные жлобы, умеющие найти любой повод для последующего кидалова...:mad: Для себя самого сгодится то, что в данный момент доступно (и не всегда самое свеженькое - ramtronовских часиков я уже лет 12 никак не увижу в продаже:)). Кроме всего прочего - практически ведь болшинство "специализированных" БИС создаются на базе тех же МК с масочной программой. ;)