.. note::

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.. _1.1.5_py_pi5:

1.1.5 4-stellige 7-Segment-Anzeige
====================================

Einführung
-----------------

Als Nächstes versuchen wir, die 4-stellige 7-Segment-Anzeige zu steuern.

Benötigte Komponenten
------------------------------

Für dieses Projekt benötigen wir die folgenden Komponenten.

.. image:: ../python_pi5/img/1.1.5_4_digit_list.png


Schaltplan
--------------------------

============ ======== ===
T-Board Name physical BCM
GPIO17       Pin 11   17
GPIO27       Pin 13   27
GPIO22       Pin 15   22
SPIMOSI      Pin 19   10
GPIO18       Pin 12   18
GPIO23       Pin 16   23
GPIO24       Pin 18   24
============ ======== ===

.. image:: ../python_pi5/img/1.1.5_4_digit_schmatic.png


Experimentelle Verfahren
-----------------------------------

**Schritt 1**: Bauen Sie den Schaltkreis auf.

.. image:: ../python_pi5/img/1.1.5_4-Digit_circuit.png

**Schritt 2:** Wechseln Sie in den Ordner des Codes.

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

    cd ~/davinci-kit-for-raspberry-pi/python-pi5

**Schritt 3:** Führen Sie die ausführbare Datei aus.

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

    sudo python3 1.1.5_4-Digit_zero.py

Nachdem der Code ausgeführt wurde, führt das Programm einen Zähler aus, der pro Sekunde um 1 erhöht wird, und die 4-stellige Anzeige zeigt den Zählerstand an.

.. warning::

    Wenn die Fehlermeldung ``RuntimeError: Cannot determine SOC peripheral base address`` angezeigt wird, lesen Sie bitte :ref:`faq_soc`

**Code**

.. note::

    Sie können den unten stehenden Code **Modifizieren/Zurücksetzen/Kopieren/Ausführen/Stoppen**. Aber bevor Sie das tun, müssen Sie zum Quellcode-Pfad wie ``davinci-kit-for-raspberry-pi/python-pi5`` gehen. Nachdem Sie den Code geändert haben, können Sie ihn direkt ausführen, um die Auswirkungen zu sehen.

.. raw:: html

    <run></run>

.. code-block:: python

   #!/usr/bin/env python3
   from gpiozero import OutputDevice
   import time
   import threading

   # GPIO-Pins für das 74HC595 Schieberegister definieren
   SDI = OutputDevice(24)   # Serieller Dateneingang
   RCLK = OutputDevice(23)  # Register Clock
   SRCLK = OutputDevice(18) # Schieberegistertakt

   # GPIO-Pins für die Ziffernauswahl auf der 7-Segment-Anzeige definieren
   placePin = [OutputDevice(pin) for pin in (10, 22, 27, 17)]

   # Segmentcodes für die Zahlen 0-9 auf der 7-Segment-Anzeige definieren
   number = (0xc0, 0xf9, 0xa4, 0xb0, 0x99, 0x92, 0x82, 0xf8, 0x80, 0x90)

   counter = 0  # Zähler für die Anzeige initialisieren
   timer1 = 0   # Timer für Zählererhöhung initialisieren

   def clearDisplay():
       """ Die 7-Segment-Anzeige löschen. """
       for _ in range(8):
           SDI.on()
           SRCLK.on()
           SRCLK.off()
       RCLK.on()
       RCLK.off()

   def hc595_shift(data):
       """ Ein Byte Daten in das 74HC595 Schieberegister schieben. """
       for i in range(8):
           SDI.value = 0x80 & (data << i)  # SDI auf Hoch/Niedrig basierend auf dem Datenbit setzen
           SRCLK.on()  # Schieberegistertakt auslösen
           SRCLK.off()
       RCLK.on()  # Daten durch Auslösen des Register Clocks in die Ausgabe übernehmen
       RCLK.off()

   def pickDigit(digit):
       """ Eine Ziffer für die Anzeige auf der 7-Segment-Anzeige auswählen. """
       for pin in placePin:
           pin.off()  # Alle Ziffernauswahl-Pins ausschalten
       placePin[digit].on()  # Die ausgewählte Ziffer einschalten

   def timer():
       """ Timerfunktion, um den Zähler jede Sekunde zu erhöhen. """
       global counter, timer1
       timer1 = threading.Timer(1.0, timer)  # Timer für nächste Erhöhung zurücksetzen
       timer1.start()
       counter += 1  # Zähler erhöhen
       print("%d" % counter)  # Aktuellen Zählerstand ausgeben

   def setup():
       """ Anfangszustand einrichten und den Timer starten. """
       global timer1
       timer1 = threading.Timer(1.0, timer)  # Timer initialisieren und starten
       timer1.start()

   def loop():
       """ Hauptloop, um die 7-Segment-Anzeige mit dem Zählerwert zu aktualisieren. """
       global counter
       while True:
           for i in range(4):  # Jede Ziffer durchlaufen
               clearDisplay()  # Anzeige löschen, bevor neue Ziffer gesetzt wird
               pickDigit(i)    # Ziffer für die Anzeige auswählen
               digit = (counter // (10 ** i)) % 10
               hc595_shift(number[digit])  # Ziffernwert in 74HC595 schieben
               time.sleep(0.001)  # Kurze Verzögerung für Anzeigestabilität

   def destroy():
       """ GPIO-Ressourcen freigeben und Timer bei Beendigung stoppen. """
       global timer1
       timer1.cancel()  # Timer stoppen
       for device in [SDI, RCLK, SRCLK] + placePin:
           device.close()  # GPIO-Geräte schließen

   try:
       setup()  # Initialisierung einrichten
       while True:
           loop()  # Hauptloop starten
           
   except KeyboardInterrupt:
       # Skriptunterbrechung (z. B. Ctrl+C) behandeln
       destroy()  # Ressourcen bei Beendigung aufräumen


**Code-Erklärung**

#. Diese vier Pins steuern die gemeinsamen Anodenpins der vierstelligen 7-Segment-Anzeigen.

   .. code-block:: python

       # GPIO-Pins für die Ziffernauswahl auf der 7-Segment-Anzeige definieren
       placePin = [OutputDevice(pin) for pin in (10, 22, 27, 17)]

#. Ein Segmentcode-Array von 0 bis 9 in Hexadezimal (gemeinsame Anode).

   .. code-block:: python

       # Segmentcodes für die Zahlen 0-9 auf der 7-Segment-Anzeige definieren
       number = (0xc0, 0xf9, 0xa4, 0xb0, 0x99, 0x92, 0x82, 0xf8, 0x80, 0x90)

#. Initialisiert einen Timer, der die `timer`-Funktion jede Sekunde auslöst. Dadurch wird die regelmäßige Zählererhöhung eingerichtet.

   .. code-block:: python

       def setup():
           """ Anfangszustand einrichten und den Timer starten. """
           global timer1
           timer1 = threading.Timer(1.0, timer)  # Timer initialisieren und starten
           timer1.start()

#. Nachdem der Timer 1,0 s erreicht hat, wird die Timerfunktion aufgerufen; 1 zum Zähler hinzufügen, und der Timer wird erneut verwendet, um sich selbst jede Sekunde wiederholt auszuführen.

   .. code-block:: python

       def timer():
           """ Timerfunktion, um den Zähler jede Sekunde zu erhöhen. """
           global counter, timer1
           timer1 = threading.Timer(1.0, timer)  # Timer für nächste Erhöhung zurücksetzen
           timer1.start()
           counter += 1  # Zähler erhöhen
           print("%d" % counter)  # Aktuellen Zählerstand ausgeben

#. Verschiebt ein Byte Daten in das 74HC595 Schieberegister und steuert damit die Anzeigesegmente.

   .. code-block:: python

       def hc595_shift(data):
           """ Ein Byte Daten in das 74HC595 Schieberegister schieben. """
           for i in range(8):
               SDI.value = 0x80 & (data << i)  # SDI auf Hoch/Niedrig basierend auf dem Datenbit setzen
               SRCLK.on()  # Schieberegistertakt auslösen
               SRCLK.off()
           RCLK.on()  # Daten durch Auslösen des Register Clocks in die Ausgabe übernehmen
           RCLK.off()

#. Aktualisiert kontinuierlich die Anzeige mit dem aktuellen Zählerwert, indem jede Ziffer nacheinander angezeigt wird.

   .. code-block:: python

       def loop():
           """ Hauptloop, um die 7-Segment-Anzeige mit dem Zählerwert zu aktualisieren. """
           global counter
           while True:
               for i in range(4):  # Jede Ziffer durchlaufen
                   clearDisplay()  # Anzeige löschen, bevor neue Ziffer gesetzt wird
                   pickDigit(i)    # Ziffer für die Anzeige auswählen
                   digit = (counter // (10 ** i)) % 10
                   hc595_shift(number[digit])  # Ziffernwert in 74HC595 schieben
                   time.sleep(0.001)  # Kurze Verzögerung für Anzeigestabilität


#. Löscht die 7-Segment-Anzeige, indem alle Segmente ausgeschaltet werden, bevor die nächste Ziffer angezeigt wird.

   .. code-block:: python

       def clearDisplay():
           """ Die 7-Segment-Anzeige löschen. """
           for _ in range(8):
               SDI.on()
               SRCLK.on()
               SRCLK.off()
           RCLK.on()
           RCLK.off()


#. Wählt aus, welche Ziffer der 7-Segment-Anzeige aktiviert werden soll. Jede Ziffer wird durch einen separaten GPIO-Pin gesteuert.

   .. code-block:: python

       def pickDigit(digit):
           """ Eine Ziffer für die Anzeige auf der 7-Segment-Anzeige auswählen. """
           for pin in placePin:
               pin.off()  # Alle Ziffernauswahl-Pins ausschalten
           placePin[digit].on()  # Die ausgewählte Ziffer einschalten



#. Gibt die GPIO-Ressourcen ordnungsgemäß frei und stoppt den Timer, wenn das Programm unterbrochen wird.

   .. code-block:: python

       except KeyboardInterrupt:
           # Skriptunterbrechung (z. B. Ctrl+C) behandeln
           destroy()  # Ressourcen bei Beendigung aufräumen