我的 Stem Project (六) 用 Arduino 控制 7 segment display (基礎篇)

到 了 第 六 課 ,我 們 可 以 開 始 學 習 用 Arduino 去 控 制 複 雜 一 點 的 電 子 零 件 。這 一 課 我 們 會 集 中 去 了 解 一 下 seven-segment display

Seven-segment Display

Seven-segment Display

Seven-segment display ( 七 段 數 碼 管 ) 是 一 種 常 用 於 顯 示 數 字 的 電 子 元 件 。它 的 構 造 非 常 簡 單 ,每 一 個 segment 其 實 就 是 一 顆 LED,所 以 ,要 控 制 它 去 顯 示 數 字 ,和 之 前 我 們 去 控 制 多 顆 LED 是 完 全 一 樣 的 。

Seven-segment Display

Seven-segment Display

通 過 點 亮 ( 和 熄 滅 ) 特 定 位 置 的 LED ( segment ),我 們 就 可 以 顯 示 特 定 的 數 字 ( 以 及 某 些 英 文 字 母 )。

Seven-Segment Display Diagram

Seven-Segment Display Diagram

Seven-segment display 會 把 由 外 圍 到 中 間 標 示 為 A 至 G 一 共 7 個 部 分 ,每 一 部 分 都 是 一 顆 LED 可 以 獨 立 發 光 。現 在 買 得 到 的 七 段 數 碼 管 ,大 多 數 都 會 附 有 小 數 點 的 ,它 也 是 獨 立 的 一 顆 LED,一 般 就 叫 做 DP ( decimal point )。

共 陰 數 碼 管

共 陰 數 碼 管 ( Common Cathode )

每 顆 LED 都 有 兩 隻 腳 ,分 別 是 正 極 和 負 極 。但 七 段 數 碼 管 都 不 會 有 齊 16 隻 腳 的 ,因 為 它 們 都 會 把 所 有 負 極 接 在 一 起 ,又 或 者 將 所 有 正 極 接 在 一 起 。

共 陽 數 碼 管

共 陽 數 碼 管 ( Common Anode )

把 全 部 負 極 接 在 一 起 的 ,就 叫 「共 陰 數 碼 管 」( common cathode ),而 把 所 有 正 極 接 在 一 起 的 ,就 叫 「共 陽 數 碼 管 」( common anode )。

Seven-segment Display

Seven-segment Display

上 圖 是 一 個 典 型 的 共 陽 數 碼 管 的 接 駁 方 法 。雖 然 9 pin 就 足 夠 ,但 按 照 一 般 電 子 零 件 的 慣 例 ,數 碼 管 都 會 補 足 10 個 pin 的 。當 中 pins 3 和 8 都 是 正 極 ,其 他 8 個 pins 就 分 別 控 制 A 至 G 和 DP。

Lesson 06 - Circuit

Lesson 06 – Circuit

先 按 上 圖 建 立 我 們 這 一 課 用 的 電 路 。首 先 ,把 一 個 共 陽 數 碼 管 接 到 Arduino UNO:數 碼 管 的 pins 3 或 8 接 到 5V,然 後 其 他 8 個 pins 分 別 接 到 Arduino digital pins 6 – 13。然 後 ,再 把 兩 個 push button 以 pull down resistor  的 接 法 分 別 接 到 digital pins 的 2 和 3,作 為 稍 後 輸 入 之 用 。

要 記 得 ,Arduino 有 自 己 的 pin number,數 碼 管 ( 以 及 其 他 電 子 零 件 ) 亦 有 自 己 的 pin number。有 時 大 家 溝 通 的 時 候 ,最 好 說 清 楚 一 點 。例 如 說 pin 3,那 究 竟 是 Arduino 的 pin 3 還 是 數 碼 管 的 pin 3 呢 ?

數 碼 管 本 身 一 樣 是 LED,所 以 current limiting resistor 是 不 可 避 免 。每 顆 LED 接 一 個 resistor 才 是 正 確 的 接 法 ,可 以 確 保 每 一 顆 LED 的 亮 度 是 一 樣 。不 同 的 seven-segment display 會 使 用 不 同 的 LED,所 以 resistor 的 電 阻 值 當 然 不 一 樣 。如 果 唔 清 楚 手 頭 上 的 數 碼 管 的 規 格 的 話 ,使 用 300Ω 的 resistor 會 是 一 個 很 安 全 的 做 法 ( 電 阻 用 大 了 ,只 會 令 LED 稍 為 暗 淡 ,不 能 發 揮 最 高 的 亮 度 )。

至 於 push button 的 電 阻 ,則 和 之 前 一 樣 ,用 10KΩ 的 即 可 。

完 成 之 後 就 回 到 mBlock,我 們 先 學 習 如 何 控 制 那 個 數 碼 管 。因 為 我 們 使 用 的 是 共 陽 數 碼 管 ,pin 3 接 了 5V,而 其 他 pins 要 接 地 ,才 會 有 電 流 通 過 ,才 會 亮 起 。所 以 ,我 們 在 程 序 開 始 時 把 所 有 Arduino pins 的 輸 出 都 設 定 成 HIGH,令 到 數 碼 管 熄 滅 。如 果 想 那 一 個 segment 亮 著 ,就 把 相 應 的 pin 設 定 為 LOW 即 可 。

在 這 一 課 ,我 是 不 會 用 到 小 數 點 的 ,所 以 DP ( 亦 即 數 碼 管 的 pin 5 ) 接 不 接 也 可 以 。

Seven-Segment Display Diagram

Seven-Segment Display Diagram

按 照 我 們 電 路 圖 的 接 法 ,Arduino 的 pin 6 就 控 制 B,pin 7 就 控 制 A,pin 8 就 控 制 DP,pin 9 就 控 制 C,pin 10 就 控 制 D,pin 11 就 控 制 E,pin 12 就 控 制 G,pin 13 就 控 制 F。

7-segment Display
[ Pin Number ]
7-segment Display
[ Segment ]
Arduino UNO
[ Pin Number ]
7A7
6B6
4C9
2D10
1E11
9F13
10G12
5DP8
3, 8Anode ( positive )5V

如 果 想 顯 示 1,就 是 B 和 C 要 亮 著 ,所 以 是 要 pin 6 和 pin 9 是 LOW,其 他 都 要 HIGH。如 此 類 推 ,就 會 得 出 displayNumber 那 個 Make a Block。

Lesson 06 - Scratch 01

Lesson 06 – Scratch 01

然 後 ,我 在 Arduino Program 加 入 一 個 forever block,每 一 秒 顯 示 一 個 數 字 。然 後 upload 到 Arduino UNO,就 可 以 成 功 在 數 碼 管 顯 示 數 字 了 。

如 果 ,數 碼 管 顯 示 的 數 值 有 錯 誤 ,又 或 者 變 了 亂 碼 ,記 得 要 檢 查 是 不 是 接 線 接 錯 了 、接 漏 了 。另 一 個 可 能 性 是 你 用 的 數 碼 管 和 筆 者 手 上 的 並 不 一 樣 ,你 必 須 要 按 照 你 自 己 的 數 碼 管 的 接 駁 方 法 去 修 改 你 的 程 序 。

如 果 能 夠 成 功 在 數 碼 管 上 顯 示 0 – 9,那 我 們 可 以 進 入 下 一 步 ,加 點 小 變 化 ,令 到 數 碼 管 變 成 一 個 計 數 器 ( counter )。

Lesson 06 - Counter

Lesson 06 – Counter

首 先 ,我 們 接 照 第 四 課 的 方 法 ,加 入 關 於 按 鍵 的 變 數 和 程 式 碼 。這 次 不 同 的 是 我 們 有 兩 個 輕 觸 開 關 ,所 以 我 們 要 有 兩 組 變 數 。當 按 動 接 在 pin 3 的 按 鈕 時 ,counter 會 加 1,當 按 動 接 在 pin 2 的 按 鈕 時 ,counter 會 減 1。

我 另 外 加 入 了 ,如 果 兩 個 按 鈕 同 時 按 下 的 話 ( 兩 者 的 buttonState 都 是 1 ),那 程 序 就 會 reset counter ( 即 set counter = 0 )。

Lesson 06 - Scratch 02

Lesson 06 – Scratch 02

最 後 ,我 在 displayNumber 裡 面 加 入 了 ,如 果 要 顯 示 的 值 不 是 0 – 9,就 顯 示 「E」( 代 表 error )。由 於 displayNumber 太 長 ,截 圖 不 好 顯 示 ,所 以 就 把 程 序 放 出 來 給 大 家 下 載 。

又 到 了 功 課 時 間 。1. 除 了 顯 示 數 字 ,seven-segment display 也 可 以 用 來 顯 示 英 文 字 母 ( 不 是 全 部 )。大 家 試 試 用 seven-segment display 來 循 環 顯 示 「HELLO」吧 。2. 試 把 計 數 器 改 為 16 進 數 。3. 當 計 數 器 的 數 字 超 出 上 限 時 ,自 動 讓 計 數 器 歸 零 。

其 實 用 數 碼 管 是 顯 示 不 了 太 多 訊 息 的 ,為 了 顯 示 更 多 不 同 的 字 母 ,所 以 後 來 又 出 現 了 9-segment,14-segment,16-segment 等 不 同 排 列 的 數 碼 管 。不 過 ,因 為 數 碼 管 1. 唔 夠 液 晶 體 省 電 ,2. 又 唔 夠 點 陣 式 顯 示 屏 能 顯 示 更 多 訊 息 ,所 以 數 碼 管 是 逐 漸 被 淘 汰 了 。( 當 然 ,電 影 裡 面 的 計 時 炸 彈 還 是 經 常 性 使 用 數 碼 管 的 ,呵 呵 )

Counter

計 數 器 Counter

檔 案 下 載 : lesson06.zip

我的 STEM Project 系列

我的 Stem Project (一) Raspberry Pi 3 vs Arduino UNO
我的 Stem Project (二) 使用 Scratch 來控制 Arduino UNO
我的 Stem Project (三) 使用 Push Button 來做 Input
我的 Stem Project (四) Push Button 進階一點的用法
如何購買 Arduino ?( STEM project )
我的 Stem Project (五) 考反應小遊戲
我的 Stem Project (六) 用 Arduino 控制 7 segment display (基礎篇)
我的 Stem Project (七) 用 Arduino 控制 7 segment display ( 進階篇 )
我的 Stem Project (八) 用 Arduino 控制 7 segment display ( 簡化篇 )
我的 Stem Project (九) 用 Arduino 控制 Buzzer 唱歌
我的 Stem Project (十) Arduino Multi-function Shield using Scratch (1)
自己動手做一個 Arduino Shield ( STEM project )
我的 Stem Project (十一) Arduino Multi-function Shield using Scratch (2)
我的 Stem Project (十二) Arduino Music Light Show
Arduino 的電池 ( STEM project )
我的 Stem Project (十三) Arduino Multi-function Shield using Scratch (3)
自己寫個 mBlock extension (一) TM1637 4-digit-display
自己寫個 mBlock extension (二) 1602 I2C LCD Module
自己寫個 mBlock extension (三) 2-digit-display using 74HC595
[STEM] 如何選購 LED
為什麼安裝新版本的 mBlock 程式之後要重新安裝 mBlock extension?
[STEM] 使用 sensor module 和電子零件的分別
mBlock / Arduino IDE com port 的問題
STEM - 自己造個 Arduino 教學 / 展示平台
修理損壞的 Arduino NANO ( 更換 USB diode )
ctleung張先生,男性,肖龍。
職業:I.T. Consultant
簡介:不好好讀書;七尺差五寸,手長過膝,雙耳垂肩;性寬和,寡言語,喜怒不形於色。據說少時曾斬白蛇於鳳凰山下……

This entry was posted in STEM and tagged , , , , , , , . Bookmark the permalink.

Leave a Reply

Your email address will not be published.