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.. _py_4-dig:

1.1.5 4桁7セグメントディスプレイ
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前書き
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次に、4桁7セグメントディスプレイを制御してみてください。

部品
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.. image:: ../img/list_4_digit.png


原理
--------------

**4桁7セグメントディスプレイ**

4桁の7セグメントディスプレイは、連携して動作する4つの7セグメントディスプレイで構成されている。

.. image:: ../img/4-digit-sche.png

4デジタル7セグメントディスプレイは独立して動作する。人間の視覚的持続性の原理を使用して、ループ内の各7セグメントの文字をすばやく表示し、連続した文字列を形成する。

つまり、ディスプレイに「1234」が表示されている場合、最初の7セグメントに「1」が表示され、「234」は表示されないということである。しばらくすると、2番目の7セグメントに「2」が表示され、7セグメントの1番目、3番目、4番目に表示されなくなり、4つのデジタルディスプレイショーが順番に表示される。このプロセスは非常に短く（通常5ms）、光学的残光効果と視覚的残留の原理により、同時に4つの文字を見ることができる。

.. image:: ../img/image78.png


**表示コード**

7セグメントディスプレイ（アノードコモン）がどのように番号を表示するかを知るために、次の表をご参照ください。数字は7セグメントディスプレイに表示される0〜Fの数字である。（DP）GFEDCBAは、0または1に設定された対応のLEDを指す。たとえば、11000000はDPおよびGが1に設定され、他のLEDが0に設定されることを意味する。
したがって、7セグメントディスプレイには0が表示され、HEXコードは16進数に対応する。

.. image:: ../img/common_anode.png


回路図
--------------------------

============ ======== ======== ===
T-Board Name physical wiringPi BCM
GPIO17       Pin 11   0        17
GPIO27       Pin 13   2        27
GPIO22       Pin 15   3        22
SPIMOSI      Pin 19   12       10
GPIO18       Pin 12   1        18
GPIO23       Pin 16   4        23
GPIO24       Pin 18   5        24
============ ======== ======== ===

.. image:: ../img/schmatic_4_digit.png


実験手順
-----------------------------------

ステップ1: 回路を作る。

.. image:: ../img/image80.png
    :width: 800


ステップ2：コードのフォルダーに入る。

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

    cd ~/davinci-kit-for-raspberry-pi/c/1.1.5/

ステップ3：コードをコンパイルする。

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

    gcc 1.1.5_4-Digit.c -lwiringPi

ステップ4：EXEファイルを実行する。

.. raw:: html

   <run></run>

.. code-block::

    sudo ./a.out

コードの実行後、プログラムは1秒間に1つずつ増やすカウントを行い、4桁の7セグメントディスプレイにそのカウントが表示される。


**コード**

.. code-block:: c

    #include <wiringPi.h>
    #include <stdio.h>
    #include <wiringShift.h>
    #include <signal.h>
    #include <unistd.h>

    #define SDI 5
    #define RCLK 4
    #define SRCLK 1

    const int placePin[] = {12, 3, 2, 0};
    unsigned char number[] = {0xc0, 0xf9, 0xa4, 0xb0, 0x99, 0x92, 0x82, 0xf8, 0x80, 0x90};

    int counter = 0;

    void pickDigit(int digit)
    {
        for (int i = 0; i < 4; i++)
        {
            digitalWrite(placePin[i], 0);
        }
        digitalWrite(placePin[digit], 1);
    }

    void hc595_shift(int8_t data)
    {
        int i;
        for (i = 0; i < 8; i++)
        {
            digitalWrite(SDI, 0x80 & (data << i));
            digitalWrite(SRCLK, 1);
            delayMicroseconds(1);
            digitalWrite(SRCLK, 0);
        }
        digitalWrite(RCLK, 1);
        delayMicroseconds(1);
        digitalWrite(RCLK, 0);
    }

    void clearDisplay()
    {
        int i;
        for (i = 0; i < 8; i++)
        {
            digitalWrite(SDI, 1);
            digitalWrite(SRCLK, 1);
            delayMicroseconds(1);
            digitalWrite(SRCLK, 0);
        }
        digitalWrite(RCLK, 1);
        delayMicroseconds(1);
        digitalWrite(RCLK, 0);
    }

    void loop()
    {
        while(1){
        clearDisplay();
        pickDigit(0);
        hc595_shift(number[counter % 10]);

        clearDisplay();
        pickDigit(1);
        hc595_shift(number[counter % 100 / 10]);

        clearDisplay();
        pickDigit(2);
        hc595_shift(number[counter % 1000 / 100]);
    
        clearDisplay();
        pickDigit(3);
        hc595_shift(number[counter % 10000 / 1000]);
        }
    }

    void timer(int timer1)
    { 
        if (timer1 == SIGALRM)
        { 
            counter++;
            alarm(1); 
            printf("%d\n", counter);
        }
    }

    void main(void)
    {
        if (wiringPiSetup() == -1)
        { 
            printf("setup wiringPi failed !");
            return;
        }
        pinMode(SDI, OUTPUT); 
        pinMode(RCLK, OUTPUT);
        pinMode(SRCLK, OUTPUT);
        
        for (int i = 0; i < 4; i++)
        {
            pinMode(placePin[i], OUTPUT);
            digitalWrite(placePin[i], HIGH);
        }
        signal(SIGALRM, timer); 
        alarm(1);               
        loop(); 
    }



**コードの説明**

.. code-block:: c

    const int placePin[] = {12, 3, 2, 0};

これらの4つのピンは、4桁の7セグメントディスプレイのアノードコモンピンを制御する。

.. code-block:: c

    unsigned char number[] = {0xc0, 0xf9, 0xa4, 0xb0, 0x99, 0x92, 0x82, 0xf8, 0x80, 0x90};

16進数（アノードコモン）の0〜9のセグメントコード配列。

.. code-block:: c

    void pickDigit(int digit)
    {
        for (int i = 0; i < 4; i++)
        {
            digitalWrite(placePin[i], 0);
        }
        digitalWrite(placePin[digit], 1);
    }

値の場所を選択する。毎回有効な場所は1つだけである。有効な場所はhighに書き込まれる。

.. code-block:: c

    void loop()
    {
        while(1){
        clearDisplay();
        pickDigit(0);
        hc595_shift(number[counter % 10]);

        clearDisplay();
        pickDigit(1);
        hc595_shift(number[counter % 100 / 10]);

        clearDisplay();
        pickDigit(2);
        hc595_shift(number[counter % 1000 / 100]);
    
        clearDisplay();
        pickDigit(3);
        hc595_shift(number[counter % 10000 / 1000]);
        }
    }

この機能を使用して、4桁の7セグメントディスプレイに表示される番号を設定する。

* ``clearDisplay()``：11111111に書き込み、7セグメントディスプレイ上のこれら8つのLEDをオフにして、表示されたコンテンツを消去する。
* ``pickDigit(0)``：4番目の7セグメントディスプレイを選択する。
* ``hc595_shift(number[counter%10])``：カウンターの1桁の数字が4番目のセグメントに表示される。

.. code-block:: c

    signal(SIGALRM, timer); 

これはシステム組み込みの関数であり、コードのプロトタイプは次のとおりである：

.. code-block:: c

    sig_t signal(int signum,sig_t handler);

``signal()`` を実行した後、プロセスは対応する signum（ここでSIGALRM）を受信すると、すぐに既存のタスクを一時停止し、設定関数(ここでtimer(sig))を処理する。

.. code-block:: c

    alarm(1);

これもシステム組み込み関数である。コードのプロトタイプは：

.. code-block:: c

    unsigned int alarm (unsigned int seconds);

指定した秒数後にSIGALRMシグナルを生成する。

.. code-block:: c

    void timer(int timer1)
    { 
        if (timer1 == SIGALRM)
        { 
            counter++;
            alarm(1); 
            printf("%d\n", counter);
        }
    }

上記の関数を使用して、タイマー関数を実装する。 ``alarm()`` がSIGALRMシグナルを生成した後、タイマー関数が呼び出される。カウンターに1を追加すると、1秒後に関数 ``alarm(1)`` が繰り返し呼び出される。