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Arduinoで7セグLEDを使ってみる [Arduino]

秋月電子の,「ダイナミック接続4桁高輝度赤色7セグメントLED表示器 カソードコモン カソード共通接続」OSL40562-LRを入手したので,Arduinoで動かしてみる.

今回は,ArduinoのIOピンで直接制御してみる.高輝度で点灯させるにはトランジスタを併用してLEDへの電流を確保する必要があるが,ひとまずIOピンから出力できる電流量で点灯させてみる.

Arduino Unoでは,IOピンの定格電流は40mAのようなので,これを前提に考えると...

OSL40562-LRの順方向電圧はtyp2Vだが,Minが1.8Vなのでそれで計算する.
ArduinoのIOは5Vなので,
5V - 1.8 V = 3.2V
小数点も含めると8個のLEDがあるので,Totalで30mAぐらいに収めるとすると,1LEDあたり,
30mA / 8 = 3.75mA
3.2V / 3.75mA = 0.85KΩ
ということになる.

というわけで,手元にある抵抗から近いものを探して820Ωを採用.
実際に点灯させてみれば分かるが,室内で見ている限りこれで十分な視認性が得られる.

こんな感じで接続する.
7segLed_回路図.png

あとは,Arduino側のスケッチだが,今回は,Adafruitが公開しているLibraryを参考に改変して,出力する桁数を指定可能な7セグLED点灯用ライブラリを作ってみた.

表示テスト用のスケッチとあわせて示そう.

まず,ライブラリだが,以下の3つのファイルからなる.
Led7segment.h
Led7segment.cpp
keywords.txt
で,適当なディレクトリに,Led7segmentディレクトリを作成し,上記3つのファイルを保存してやればよい.

順にコードを示そう.

まず,Led7segment.h
/*
 * 数値を7セグLED用向けビットマップ値に変換する
 */

#ifndef LED_7SEGMENT_H
#define LED_7SEGMENT_H

class Led7segment
{
public:
    void print(unsigned char *buff, double value,
               unsigned int numeric_digits, unsigned int frac_digits = 1); 
    /*
     * buff           : 格納先バッファ(呼び出し元で必要なサイズ分を用意すること)
     * value          : 変換する値
     * numeric_digits : 出力する桁数(-符号含む桁数."."は含まない).例えば出力が"12.34"なら4.
     * frac_digits    : 出力する小数点以下桁数(桁数不足で表示できない場合は丸められる)
     */

private:
    void write(unsigned char *buff, unsigned int x, unsigned int num, bool is_dot = false);
    void write_minus(unsigned char *buff, int display_index);
    void write_space(unsigned char *buff, int display_index);
    void write_error(unsigned char *buff, int display_index);
};

#endif // LED_7SEGMENT_H


次に,Led7segment.cpp
/*
 * This is a library for 7segment LED OSL40562-LR.
 * 
 * function Led7segment::print were copied and modified from
 * Adafruit-LED-Backpack-Library(original function: Adafruit_7segment::printFloat).
 * https://github.com/adafruit/Adafruit-LED-Backpack-Library
 */
/*************************************************** 
  This is a library for our I2C LED Backpacks
  Designed specifically to work with the Adafruit LED Matrix backpacks 
  ----> http://www.adafruit.com/products/
  ----> http://www.adafruit.com/products/
  These displays use I2C to communicate, 2 pins are required to 
  interface. There are multiple selectable I2C addresses. For backpacks
  with 2 Address Select pins: 0x70, 0x71, 0x72 or 0x73. For backpacks
  with 3 Address Select pins: 0x70 thru 0x77
  Adafruit invests time and resources providing this open source code, 
  please support Adafruit and open-source hardware by purchasing 
  products from Adafruit!
  Written by Limor Fried/Ladyada for Adafruit Industries.  
  MIT license, all text above must be included in any redistribution
  
  https://github.com/adafruit/Adafruit-LED-Backpack-Library/blob/master/license.txt
 ****************************************************/

#include <math.h>
#include "Led7segment.h"

namespace {
const unsigned char digits_table[] = {
   /*   _____
    *  |  A  |
    * F|     |B
    *  |_____|
    *  |  G  |
    * E|     |C
    *  |_____|  o DP
    *     D
    */
            /*    DP G F E D C B A */
    0x3F,   /* 0 : 0 0 1 1 1 1 1 1 */
    0x06,   /* 1 : 0 0 0 0 0 1 1 0 */
    0x5B,   /* 2 : 0 1 0 1 1 0 1 1 */
    0x4F,   /* 3 : 0 1 0 0 1 1 1 1 */
    0x66,   /* 4 : 0 1 1 0 0 1 1 0 */
    0x6D,   /* 5 : 0 1 1 0 1 1 0 1 */
    0x7D,   /* 6 : 0 1 1 1 1 1 0 1 */
    0x07,   /* 7 : 0 0 1 0 0 1 1 1 */
    0x7F,   /* 8 : 0 1 1 1 1 1 1 1 */
    0x6F,   /* 9 : 0 1 1 0 1 1 1 1 */
    0x00,   /*   : 0 0 0 0 0 0 0 0 */
    0x40,   /* - : 0 1 0 0 0 0 0 0 */
    0x80,   /* . : 1 0 0 0 0 0 0 0 */
};

const int SPACE_INDEX = 10;
const int MINUS_INDEX = 11;
const int DOT_INDEX   = 12;

} // namespace

void Led7segment::print(unsigned char *buff, double value,
                        unsigned int numeric_digits, unsigned int frac_digits) 
{ 
    const unsigned int base = 10;
    bool is_minus = false;

    int display_index = numeric_digits - 1;

    if (value < 0) {
        is_minus = true;
        numeric_digits--;
        value *= -1;
    }

    if (numeric_digits <= frac_digits) {
        frac_digits = numeric_digits - 1;
    }

    unsigned long to_int_factor = pow(base, frac_digits) + 0.5;
    unsigned long display_value = value * to_int_factor + 0.5;
    unsigned long max_limit = pow(base, numeric_digits) + 0.5;

    while (display_value >= max_limit) {
        to_int_factor /= base;
        display_value = value * to_int_factor + 0.5;
        frac_digits--;
    }

    if (to_int_factor != 0) {
        if (display_value != 0) {
            for (int i = 0; (display_value != 0) || (i <= frac_digits); i++) {
                const bool is_dot = (frac_digits != 0) && (i == frac_digits);
                write(buff, display_index--, display_value % base, is_dot);

                display_value /= base;
            }
        }
        else {
            for (int i = 0; i <= frac_digits; i++) {
                const bool is_dot = (frac_digits != 0) && (i == frac_digits);
                write(buff, display_index--, 0, is_dot);
            }
        }

        if (is_minus == true) {
            write_minus(buff, display_index--);
        }

        while (display_index >= 0) {
            write_space(buff, display_index--);
        }
    }
    else {
        while (display_index >= 0) {
            write_error(buff, display_index--);
        }
    }
}

void Led7segment::write(unsigned char *buff, unsigned int i, unsigned int num, bool is_dot)
{
    if (is_dot == true) {
        buff[i] = digits_table[num] | digits_table[DOT_INDEX];
    }
    else {
        buff[i] = digits_table[num];
    }
}

void Led7segment::write_minus(unsigned char *buff, int display_index)
{
    write(buff, display_index, MINUS_INDEX);
}

void Led7segment::write_space(unsigned char *buff, int display_index)
{
    write(buff, display_index, SPACE_INDEX);
}

void Led7segment::write_error(unsigned char *buff, int display_index)
{
    write(buff, display_index, MINUS_INDEX);
}


最後に,keywords.txt
Led7segment	KEYWORD1
print	KEYWORD2


ダウンロードするなら,こちらから.
Led7segment.zip.jpg
ただし,So-netのブログでは,zip圧縮ファイルのアップロードができないため,zip圧縮してから拡張子に.jpgをつけて無理矢理アップロードしている.
なので.ダウンロードしたら.jpgを消してzipファイルとして展開してやってください.

また,ライブラリの追加方法は,「arduino ライブラリ 追加」等で検索してみてください.

で,表示テスト用のスケッチは,Led_7seg.ino.
Led7segmentライブラリの使い方は,Led7segment.hと,これを見れば分かると思う.
なお,このスケッチではMsTimer2ライブラリを使用しているので,別途追加してやってください.
#include <MsTimer2.h>
#include <Led7segment.h>

const int anode_pins[] = {
    12, // A
    8,  // B
    5,  // C
    3,  // D
    2,  // E
    11, // F
    6,  // G
    4,  // DP
};

const int cathode_pins[] = {
    13, // DIG.1
    10, // DIG.2
    9,  // DIG.3
    7,  // DIG.4
};

const int ANODE_PINS_NUM   = sizeof(anode_pins)   / sizeof(anode_pins[0]);
const int CATHODE_PINS_NUM = sizeof(cathode_pins) / sizeof(cathode_pins[0]);

unsigned int display_buffer[CATHODE_PINS_NUM] = {0};

void write_1digit(const unsigned char bitmap)
{
    for (int i = 0; i < ANODE_PINS_NUM; i++) {
        digitalWrite(anode_pins[i], bitmap & (1 << i) ? HIGH : LOW);
    }
}

void clear()
{
    for (int i = 0; i < ANODE_PINS_NUM; i++) {
        digitalWrite(anode_pins[i], LOW);
    }
}

void write()
{
    for (int i = 0; i < CATHODE_PINS_NUM; i++) {
        digitalWrite(cathode_pins[i], LOW);
        write_1digit(display_buffer[i]);
        delayMicroseconds(100);
        clear();
        digitalWrite(cathode_pins[i], HIGH);
    }
}

void print_7seg(unsigned char *buff)
{
    noInterrupts();
    for (int i = 0; i < CATHODE_PINS_NUM; i++) {
        display_buffer[i] = buff[i];
    }
    interrupts();
}

void setup()
{
    for (int i = 0; i < ANODE_PINS_NUM; i++) {
        pinMode(anode_pins[i], OUTPUT);
    }

    for (int i = 0; i < CATHODE_PINS_NUM; i++) {
        pinMode(cathode_pins[i], OUTPUT);
        digitalWrite(cathode_pins[i], HIGH);
    }
    
    MsTimer2::set(1, write);
    MsTimer2::start();
}

void loop()
{
    unsigned char buff[CATHODE_PINS_NUM] = {0};
    const unsigned int numeric_digits = CATHODE_PINS_NUM;
    const unsigned int frac_digits = 3;

    Led7segment led;

    for (long i = -1000; i <= 10000; i++) {
        double d = i;
        led.print(buff, d, numeric_digits, frac_digits);
        print_7seg(buff);
        delay(100);
    }
    
    for (long i = -1000; i <= 10000; i++) {
        double d = i / 10.0;
        led.print(buff, d, numeric_digits, frac_digits);
        print_7seg(buff);
        delay(100);
    }
    
    for (long i = -1000; i <= 10000; i++) {
        double d = i / 100.0;
        led.print(buff, d, numeric_digits, frac_digits);
        print_7seg(buff);
        delay(100);
    }
    
    for (long i = -1000; i <= 10000; i++) {
        double d = i / 1000.0;
        led.print(buff, d, numeric_digits, frac_digits);
        print_7seg(buff);
        delay(100);
    }
}


この表示テスト用スケッチでは,
・-1000  〜 10000  まで,1    ずつ
・-100.0 〜 1000.0 まで,0.1  ずつ
・-10.00 〜 100.00 まで,0.01 ずつ
・-1.000 〜 10.000 まで,0.001ずつ
順に表示する動作になっていて,桁数が足りなくて表示できない値は「----」と表示されます.

それでは,お試しあれ.

タグ:7セグLED
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