為Raspberry Pi創(chuàng)建七段顯示驅(qū)動(dòng)程序

描述

背景

這篇博文旨在作為我深入研究在 Raspberry Pi 上使用 Windows IoT 進(jìn)行軟件和硬件開發(fā)的一系列博文中的第一篇。

介紹

在 Raspberry Pi 上做任何其他事情之前，我決定開始的第一個(gè)任務(wù)是顯示輸出，這樣我就可以看到我的應(yīng)用程序完成的任何處理的結(jié)果。七段顯示器是顯示基本數(shù)字輸出的一種簡(jiǎn)單方式，無論是溫度、濕度還是計(jì)時(shí)器。

七段顯示器可以有一個(gè)或多個(gè)數(shù)字，并帶有共陽極或共陰極電路。共陽極顯示器的每個(gè)段都有一個(gè)共享輸入，每個(gè)段都有自己的輸出，而共陰極顯示器的每個(gè)段都有一個(gè)單獨(dú)的輸入和一個(gè)公共輸出。

具有多于一個(gè)數(shù)字的顯示器，每個(gè)數(shù)字將有一個(gè)陽極或一個(gè)陰極，但段輸入/輸出是共享的。由于一次只能顯示一個(gè)數(shù)字，要顯示多位數(shù)字，每個(gè)數(shù)字及其段必須非?？焖俚卮蜷_和關(guān)閉，給人眼的印象是所有需要的數(shù)字都在連續(xù)顯示。

下面的解決方案是使用 4 位 7 段共陰極顯示器編寫的，但該庫是有意編寫的，以允許它通過 GPIO 輸出用于任意位數(shù)的 7 段共陰極顯示器。

先決條件

• 運(yùn)行 Windows IoT 的樹莓派。
• 8 x 220 歐姆電阻器。
• 7段共陰極顯示。我在這個(gè)演示中使用了 5641AS，但任何都可以工作，只需相應(yīng)地更改引腳即可。
• 面包板。
• 連接線。

熔化圖

?

?

七段顯示圖

編寫此代碼時(shí)使用的顯示器是 5641AS，它有 12 個(gè)引腳，從左下角逆時(shí)針方向排列。數(shù)據(jù)表可以在谷歌上找到，但引腳布局如下：

• 乙
• 丁
• 小數(shù)點(diǎn)
• C
• G
• 數(shù)字 4
• 乙
• 數(shù)字 3
• 數(shù)字 2
• F
• 一種
• 數(shù)字 1

代碼

GitHub [上面的鏈接] 上提供了完整的解決方案，但可以分為 3 個(gè)主要部分，初始化、構(gòu)建輸出和顯示輸出。

初始化

要設(shè)置顯示器，我們需要知道哪些輸出引腳將驅(qū)動(dòng)段，哪些將驅(qū)動(dòng)顯示器。雖然段數(shù)是固定的（7 或 8，包括小數(shù)點(diǎn)），但顯示屏上可用的位數(shù)可能會(huì)有所不同，具體取決于所使用的顯示屏。在此示例中，我們有 4 位數(shù)字，因此我們需要提供 4 個(gè)額外的 pin 號(hào)碼并對(duì)其進(jìn)行初始化。

這些段是顯式傳遞的，并且任何剩余的引腳都假定為每個(gè)顯示器一個(gè)，通過 params 參數(shù)傳遞。每個(gè)顯示鏈接輸出引腳和段輸出都設(shè)置為高電平，這意味著沒有電壓差，也沒有電流流過。因此，所有顯示都將關(guān)閉。 ?

public Display(int segA, int segB, int segC, int segD, int segE, int segF, int segG, params int[] displayPins)
        {
            this.Displays = new GpioPin[displayPins.Length];

            for (int i = 0; i < displayPins.Length; i++)
            {
                GpioPin pin = GpioController.GetDefault().OpenPin(displayPins[i]);
                pin.Write(GpioPinValue.High);
                pin.SetDriveMode(GpioPinDriveMode.Output);
                this.Displays[i] = pin;
            }

            this.SetupOutputPin(ref this.PinSegA, segA);
            this.SetupOutputPin(ref this.PinSegB, segB);
            this.SetupOutputPin(ref this.PinSegC, segC);
            this.SetupOutputPin(ref this.PinSegD, segD);
            this.SetupOutputPin(ref this.PinSegE, segE);
            this.SetupOutputPin(ref this.PinSegF, segF);
            this.SetupOutputPin(ref this.PinSegG, segG);

            this.cts = new CancellationTokenSource();
            this.token = new CancellationToken();
        }
        
        private void SetupOutputPin(ref GpioPin pin, int pinNo)
        {
            pin = GpioController.GetDefault().OpenPin(pinNo);
            pin.Write(GpioPinValue.High);
            pin.SetDriveMode(GpioPinDriveMode.Output);
        }

構(gòu)建輸出

為了為消費(fèi)者提供一種設(shè)置要顯示的值的簡(jiǎn)便方法，我們將在庫中完成這項(xiàng)工作。假設(shè)我們要顯示 1234 整數(shù)，那么我們需要將單個(gè)數(shù)字拆分為一個(gè)由單個(gè)數(shù)字組成的數(shù)組，數(shù)組的長(zhǎng)度小于或等于我們可以顯示的位數(shù)，這取決于我們是否're 顯示前導(dǎo)零。

在下面的代碼中，我們首先運(yùn)行一些檢查以確保我們有一個(gè)有效的數(shù)字來顯示，并且有足夠的數(shù)字來顯示它。然后我們通過 %10 [模數(shù)] 計(jì)算將它分解成單獨(dú)的數(shù)字。

 public void DisplayNumber(int number, bool displayLeadingZero = true)
        {
            this.displayNo = number;
            this.displayLeadingZero = displayLeadingZero;

            if (this.displayNo < 0)
            {
                throw new ArgumentOutOfRangeException("Number cannot be negative");
            }

            int checkMax = 1;
            for(int i = 0; i < this.DisplayDigits.Length; i++)
            {
                checkMax = checkMax * 10;
            }

            if(number >= checkMax)
            {
                throw new ArgumentException("Cannot display numbers greater than " + (checkMax - 1).ToString());
            }

            if (this.displayNo == 0)
            {
                this.Blank();
                if(this.DisplayDigits.Length > 0)
                {
                    this.DisplayDigits[0] = 0;
                }
            }
            else
            {
                List<int> listOfInts = new List<int>();
                while (this.displayNo > 0)
                {
                    listOfInts.Add(this.displayNo % 10);
                    this.displayNo = this.displayNo / 10;
                }

                if (displayLeadingZero)
                {
                    while (listOfInts.Count < this.Displays.Length)
                    {
                        listOfInts.Add(0);
                    }
                }
                else
                {
                    while (listOfInts.Count < this.Displays.Length)
                    {
                        listOfInts.Add(10);
                    }
                }                
                this.DisplayDigits = listOfInts.ToArray();
            }

顯示輸出

為了以足夠快的速度在輸出顯示器上顯示數(shù)字以欺騙眼睛認(rèn)為所有顯示器同時(shí)打開，我們必須創(chuàng)建一個(gè)永久循環(huán)，其唯一工作是依次打開和關(guān)閉每個(gè)顯示器。這是通過“開始”方法完成的，該方法只是啟動(dòng)一個(gè)循環(huán)，并顯示先前計(jì)算的數(shù)組中的數(shù)字。如果數(shù)組更新，顯示會(huì)自動(dòng)更新。

private void Start()
        {
            if (running)
            {
                return;
            }

            running = true;

            Task.Factory.StartNew(() =>
            {
                while (!this.cts.IsCancellationRequested)
                {
                    if (this.DisplayDigits == null)
                    {
                        this.Blank();
                    }

                    int[] arrDigs = this.DisplayDigits;

                    for (int i = 0; i < arrDigs.Length; i++)
                    {
                        this.SetDisplay(this.Displays[i], arrDigs[i]);
                    }
                }
            }, token);
        }

設(shè)置顯示功能關(guān)閉所有顯示[設(shè)置為高]，然后根據(jù)數(shù)字將顯示特定數(shù)字所需的段設(shè)置為高/低，然后將顯示引腳設(shè)置為低，允許電流流動(dòng)個(gè)位數(shù)。這輪流通過每個(gè)數(shù)字依次打開和關(guān)閉每個(gè)數(shù)字。這種情況發(fā)生的速度比眼睛能察覺的要快，給人的印象是所有數(shù)字都同時(shí)打開。

 private void SetDisplay(GpioPin displayPin, int value)
        {
            this.ClearDisplay();

            switch (value)
            {
                case 0:
                    this.SetHigh(new GpioPin[] { this.PinSegA, this.PinSegB, this.PinSegC, this.PinSegD, this.PinSegE, this.PinSegF });
                    this.SetLow(new GpioPin[] { this.PinSegG });
                    break;
                case 1:
                    this.SetHigh(new GpioPin[] { this.PinSegB, this.PinSegC });
                    this.SetLow(new GpioPin[] { this.PinSegA, this.PinSegD, this.PinSegE, this.PinSegF, this.PinSegG });
                    break;
                case 2:
                    this.SetHigh(new GpioPin[] { this.PinSegA, this.PinSegB, this.PinSegD, this.PinSegE, this.PinSegG });
                    this.SetLow(new GpioPin[] { this.PinSegC, this.PinSegF });
                    break;
                case 3:
                    this.SetHigh(new GpioPin[] { this.PinSegA, this.PinSegB, this.PinSegC, this.PinSegD, this.PinSegG });
                    this.SetLow(new GpioPin[] { this.PinSegE, this.PinSegF });
                    break;
                case 4:
                    this.SetHigh(new GpioPin[] { this.PinSegB, this.PinSegC, this.PinSegF, this.PinSegG });
                    this.SetLow(new GpioPin[] { this.PinSegA, this.PinSegD, this.PinSegE });
                    break;
                case 5:
                    this.SetHigh(new GpioPin[] { this.PinSegA, this.PinSegC, this.PinSegD, this.PinSegF, this.PinSegG });
                    this.SetLow(new GpioPin[] { this.PinSegB, this.PinSegE });
                    break;
                case 6:
                    this.SetHigh(new GpioPin[] { this.PinSegA, this.PinSegC, this.PinSegD, this.PinSegE, this.PinSegF, this.PinSegG });
                    this.SetLow(new GpioPin[] { this.PinSegB });
                    break;
                case 7:
                    this.SetHigh(new GpioPin[] { this.PinSegA, this.PinSegB, this.PinSegC });
                    this.SetLow(new GpioPin[] { this.PinSegD, this.PinSegE, this.PinSegF, this.PinSegG });
                    break;
                case 8:
                    this.SetHigh(new GpioPin[] { this.PinSegA, this.PinSegB, this.PinSegC, this.PinSegD, this.PinSegE, this.PinSegF, this.PinSegG });
                    break;
                case 9:
                    this.SetHigh(new GpioPin[] { this.PinSegA, this.PinSegB, this.PinSegC, this.PinSegD, this.PinSegF, this.PinSegG });
                    this.SetLow(new GpioPin[] { this.PinSegE });
                    break;
                case 10:  // Clear Display
                    this.SetLow(new GpioPin[] { this.PinSegA, this.PinSegB, this.PinSegC, this.PinSegD, this.PinSegE, this.PinSegF, this.PinSegG });
                    break;
                default:
                    this.SetLow(new GpioPin[] { this.PinSegA, this.PinSegB, this.PinSegC, this.PinSegD, this.PinSegE, this.PinSegF, this.PinSegG });
                    break;
            }

            this.SetLow(new GpioPin[] { displayPin });
        }

包括演示應(yīng)用程序在內(nèi)的完整代碼清單可通過頁面頂部的鏈接獲得。

未來發(fā)展

目前，輸出僅限于完整的正整數(shù)。未來的改進(jìn)可能包括顯示小數(shù)或負(fù)數(shù)，或一些字母數(shù)字字符（例如用于溫度顯示的 C 或 F）。

• 5641AS
• 7
• 展示
• 物聯(lián)網(wǎng)
• 樹莓派
• 分割