Светодиодные семисегментные индикаторы. Семисегментный индикатор 7 сегментный индикатор 4 разряда arduino

При таком подходе, для вывода числа с любым количеством разрядов используется всего 2 цифровых выхода Arduino.

Для примера будем выводить на индикаторы количество секунд, прошедших с момента старта работы.

Исходные компоненты

Принцип работы

Семисегментный индикатор - это просто набор обычных светодиодов в одном корпусе. Просто они выложены восьмёркой и имеют форму палочки-сегмента. Можно подключить его напрямую к Arduino, но тогда будет занято 7 контактов, а в программе будет необходимо реализовать алгоритм преобразования числа из двоичного представления в соответствующие «калькуляторному шрифту» сигналы.

Для упрощения этой задачи существует 7-сегментный драйвер. Это простая микросхема с внутренним счётчиком. У неё есть 7 выходов для подключения всех сегментов (a, b, c, d, e, f, g pins), контакт для сбрасывания счётчика в 0 (reset pin) и контакт для увеличения значения на единицу (clock pin). Значение внутреннего счётчика преобразуется в сигналы (включен / выключен) на контакты a-g так, что мы видим соответствующую арабскую цифру.

На микросхеме есть ещё один выход, обозначенный как «÷10». Его значение всё время LOW за исключением момента переполнения, когда значение счётчика равно 9, а его увеличивают на единицу. В этом случае значением счётчика снова становится 0, но выход «÷10» становится HIGH до момента следующего инкремента. Его можно соединить с clock pin другого драйвера и таким образом получить счётчик для двузначных чисел. Продолжая эту цепочку, можно выводить сколь угодно длинные числа.

Микросхема может работать на частоте до 16 МГц, т.е. она будет фиксировать изменения на clock pin даже если они будут происходить 16 миллионов раз в секунду. На той же частоте работает Arduino, и это удобно: для вывода определённого числа достаточно сбросить счётчик в 0 и быстро инкрементировать значение по единице до заданного. Глазу это не заметно.

Подключение

Сначала установим индикаторы и драйверы на breadboard. У всех них ноги располагаются с двух сторон, поэтому, чтобы не закоротить противоположные контакты, размещать эти компоненты необходимо над центральной канавкой breadboard’а. Канавка разделяет breadboard на 2 несоединённые между собой половины.

16 - к рельсе питания: это питание для микросхемы

2 «disable clock» - к рельсе земли: мы его не используем

3 «enable display» - к рельсе питания: это питание для индикатора

8 «0V» - к рельсе земли: это общая земля

1 «clock» - через стягивающий резистор к земле. К этому контакту мы позже подведём сигнал с Arduino. Наличие резистора полезно, чтобы избежать ложного срабатывания из-за окружающих помех пока вход ни к чему не подключен. Подходящим номиналом является 10 кОм. Когда мы соединим этот контакт с выходом Arduino, резистор не будет играть роли: сигнал притянет к земле микроконтроллер. Поэтому если вы знаете, что драйвер при работе всегда будет соединён с Arduino, можете не использовать резистор вовсе.

15 «reset» и 5 «÷10» пока оставим неподключенными, но возьмём на заметку - нам они понадобятся в дальнейшем

Контакты 3 и 8 на индикаторе обозначены как «катод», они общие для всех сегментов, и должны быть напрямую соединены с общей землёй.

Далее следует самая кропотливая работа: соединение выходов микросхемы с соответствующими анодами индикатора. Соединять их необходимо через токоограничивающие резисторы как и обычные светодиоды. В противном случае ток на этом участке цепи будет выше нормы, а это может привести к выходу из строя индикатора или микросхемы. Номинал 220 Ом подойдёт.

Соединять необходимо сопоставляя распиновку микросхемы (выходы a-g) и распиновку индикатора (входы a-g)

Повторяем процедуру для второго разряда

Теперь вспоминаем о контакте «reset»: нам необходимо соединить их вместе и притянуть к земле через стягивающий резистор. В последствии, мы подведём к ним сигнал с Arduino, чтобы он мог обнулять значение целиком в обоих драйверах.

Также подадим сигнал с «÷10» от правого драйвера на вход «clock» левого. Таким образом мы получим схему, способную отображать числа с двумя разрядами.

Стоит отметить, что «clock» левого драйвера не стоит стягивать резистором к земле, как это делалось для правого: его соединение с «÷10» само по себе сделает сигнал устойчивым, а притяжка к земле может только нарушить стабильность передачи сигнала.

Железо подготовленно, осталось реализовать несложную программу.

Программирование

7segment.pde #define CLOCK_PIN 2 #define RESET_PIN 3 /* * Функция resetNumber обнуляет текущее значение * на счётчике */ void resetNumber() { // Для сброса на мгновение ставим контакт // reset в HIGH и возвращаем обратно в LOW digitalWrite(RESET_PIN, HIGH) ; digitalWrite(RESET_PIN, LOW) ; } /* * Функция showNumber устанавливает показания индикаторов * в заданное неотрицательное число `n` вне зависимости * от предыдущего значения */ void showNumber(int n) { // Первым делом обнуляем текущее значение resetNumber() ; // Далее быстро «прокликиваем» счётчик до нужного // значения while (n-- ) { digitalWrite(CLOCK_PIN, HIGH) ; digitalWrite(CLOCK_PIN, LOW) ; } } void setup() { pinMode(RESET_PIN, OUTPUT) ; pinMode(CLOCK_PIN, OUTPUT) ; // Обнуляем счётчик при старте, чтобы он не оказался // в случайном состоянии resetNumber() ; } void loop() { // Получаем количество секунд в неполной минуте // с момента старта и выводим его на индикаторы showNumber((millis() / 1000 ) % 60 ) ; delay(1000 ) ; }

Результат

Подключаем контакт 2 с Arduino к контакту clock младшего (правого) драйвера, контакт 3 - к общему reset’у драйверов; разводим питание; включаем - работает!

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)

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.

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. ;)

Наверняка вы уже видели индикаторы - "восьмёрки". Это и есть семисегментный светодиодный индикатор, который служит для отображения цифр от 0 до 9, а также децимальной точки (DP - Decimal point) или запятой.

Конструктивно такое изделие представляет собой сборку светодиодов. Каждый светодиод сборки засвечивает свой знакосегмент.

В зависимости от модели сборка может состоять из 1 - 4 семисегментных групп. Например, индикатор АЛС333Б1 состоит из одной семисегментной группы, которая способна отображать всего лишь одну цифру от 0 до 9.

А вот светодиодный индикатор KEM-5162AS уже имеет две семисегментных группы. Он является двухразрядным. Далее на фото показаны разные светодиодные семисегментные индикаторы.

Также существуют индикаторы с 4-мя семисегментными группами - четырёхразрядные (на фото - FYQ-5641BSR-11). Их можно использовать в самодельных электронных часах.

Как обозначаются семисегментные индикаторы на схемах?

Так как семисегментный индикатор - это комбинированный электронный прибор, то изображение его на схемах мало отличается от его внешнего вида.

Стоит только обратить внимание на то, что каждому выводу соответствует конкретный знакосегмент, к которому он подключен. Также имеется один или несколько выводов общего катода или анода - в зависимости от модели прибора.

Особенности семисегментных индикаторов.

Несмотря на кажущуюся простоту этой детали и у неё есть особенности.

Во-первых, светодиодные семисегментные индикаторы бывают с общим анодом и с общим катодом. Данную особенность следует учитывать при его покупке для самодельной конструкции или прибора.

Вот, например, цоколёвка уже знакомого нам 4-ёх разрядного индикатора FYQ-5641BSR-11 .

Как видим, аноды у светодиодов каждой цифры объединены и выведены на отдельный вывод. Катоды же у светодиодов, которые принадлежат к знакосегменту (например, G ), соединены вместе. От того, какую схему соединений имеет индикатор (с общим анодом или катодом) зависит очень многое. Если взглянуть на принципиальные схемы приборов с применением семисегментных индикаторов, то станет ясно, почему это так важно.

Кроме небольших индикаторов есть большие и даже очень большие. Их можно увидеть в общественных местах, обычно в виде настенных часов, термометров, информеров.

Чтобы увеличить размеры цифр на табло и одновременно сохранить достаточную яркость каждого сегмента, используется несколько светодиодов, включенных последовательно. Вот пример такого индикатора - он умещается на ладони. Это FYS-23011-BUB-21 .

Один его сегмент состоит из 4 светодиодов, включенных последовательно.

Чтобы засветить один из сегментов (A, B, C, D, E, F или G), нужно подать на него напряжение в 11,2 вольта (2,8V на каждый светодиод). Можно и меньше, например, 10V, но яркость тоже уменьшится. Исключение составляет децимальная точка (DP), её сегмент состоит из двух светодиодов. Для неё нужно всего 5 - 5,6 вольт.

Также в природе встречаются двухцветные индикаторы. В них встраиваются, например, красные и зелёные светодиоды. Получается, что в корпус встроено как бы два индикатора, но со светодиодами разного цвета свечения. Если подать напряжение на обе цепи светодиодов, то можно получить жёлтый цвет свечения сегментов. Вот схема соединений одного из таких двухцветных индикаторов (SBA-15-11EGWA).

Если коммутировать выводы 1 (RED ) и 5 (GREEN ) на "+" питания через ключевые транзисторы, то можно менять цвет свечения отображаемых чисел с красного на зелёный. А если же одновременно подключить выводы 1 и 5, то цвет cвечения будет оранжевым. Вот так можно баловаться с индикаторами .

Управление семисегментными индикаторами.

Для управления семисегментными индикаторами в цифровых устройствах используют регистры сдвига и дешифраторы. Например, широко распространённый дешифратор для управления индикаторами серии АЛС333 и АЛС324 - микросхема К514ИД2 или К176ИД2 . Вот пример .

А для управления современными импортными индикаторами обычно используются регистры сдвига 74HC595 . По идее, управлять сегментами табло можно и напрямую с выходов микроконтроллера. Но такую схему используют редко, так как для этого требуется задействовать довольно много выводов самого микроконтроллера. Поэтому для этой цели применяются регистры сдвига. Кроме этого, ток, потребляемый светодиодами знакосегмента, может быть больше, чем ток, который может обеспечить рядовой выход микроконтроллера.

Для управления большими семисегментными индикаторами, такими как, FYS-23011-BUB-21 применяются специализированные драйверы, например, микросхема MBI5026 .

Что внутри семисегментного индикатора?

Ну и немного вкусненького. Любой электронщик не был бы таковым, если бы не интересовался "внутренностями" радиодеталей. Вот что внутри индикатора АЛС324Б1.

Чёрные квадратики на основании - это кристаллы светодиодов. Тут же можно разглядеть золотые перемычки, которые соединяют кристалл с одним из выводов. К сожалению, этот индикатор уже работать не будет, так как были оборваны как раз эти самые перемычки . Но зато мы можем посмотреть, что скрывается за декоративной панелькой табло.