使用ATmega328的七段顯示驅(qū)動程序

描述

該項目涉及使用 ATmega328 設(shè)計七段顯示 (SSD) I2C 驅(qū)動程序。

七段顯示器通常采用十針封裝。雖然八個引腳對應(yīng)于八個 LED，但其余兩個引腳（中間）是公共的并且內(nèi)部短路。因此，當使用微控制器操作七段 LED 顯示屏?xí)r，需要 8 個引腳來控制顯示屏中的各個 LED，使用解碼器可以將其減少到 4 個。隨著越來越多的 SSD 添加到顯示器中，這個數(shù)字會增加。

共陽極 SSD [來源：http://www.circuitstoday.com/7-segment-display-to-avr-atmega32-using-cd4511b]

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然而，在大多數(shù)應(yīng)用中，使用單個數(shù)字七段顯示器 (SSD) 可能不足以顯示全部信息，因此多個 SSD 單元并聯(lián)連接。為了顯示不同的字符、符號或數(shù)字，每個 SSD 上顯示的數(shù)據(jù)必須不同。但是，要同時驅(qū)動多個此類 SSD，控制它們所需的引腳數(shù)乘以正在使用的 SSD 數(shù)量。由于微控制器或驅(qū)動器上可用的 I/O 引腳數(shù)量有限，這將成為一個重大問題。該問題最廣泛使用的解決方案是 SSD 數(shù)據(jù)的時分復(fù)用。在任何時刻，控制器或 SSD 解碼器僅在單個 SSD 上運行，而不是同時在多個 SSD 上運行。這必須以足夠快的速度完成以避開人類的視覺暫留，但必須足夠慢以使顯示屏上的 LED 有足夠的時間來執(zhí)行切換動作。使用通常由晶體管作為開關(guān)組成的另一個電路來選擇單個 SSD。

與微控制器接口 [來源：https://www.electronicshub.org/interfacing-7-segment-display-8051/]

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除了在 SSD 顯示屏上顯示信息外，微控制器可能還需要執(zhí)行其他功能，這可能需要也可能不需要使用 I/O 線。但是，這可能會影響 SSD 的顯示時序，并可能導(dǎo)致不必要的暫?；蜿P(guān)閉顯示，直到 CPU 完成執(zhí)行相應(yīng)的指令集。

在將微控制器與 SSD 顯示器連接的情況下，使用另一個微控制器作為驅(qū)動程序作為主微控制器的外圍設(shè)備會非常有幫助。它還可以使顯示系統(tǒng)隔離，并且可以使主微控制器自由執(zhí)行其他指令。駕駛員必須注意顯示系統(tǒng)中適當組件的時序和切換。主控制器和 I2C 驅(qū)動控制器之間的接口可以使用各種通信協(xié)議來完成，例如 SPI（串行外設(shè)接口）、UART（通用異步接收器發(fā)送器）、I2C（內(nèi)部集成電路）等。其中，UART 是不可擴展，僅適用于固定的設(shè)備到設(shè)備通信，并且像 SPI 一樣，不保證驗證數(shù)據(jù)是否已正確發(fā)送。I2C 提供了所有這些優(yōu)勢，并且只需 2 條時鐘 (SCL) 線和數(shù)據(jù) (SDA) 線即可實現(xiàn)成本更低。I2C 還允許同一總線上的多個主機和從機，因此多個設(shè)備可以訪問同一資源（SSD 顯示器）。

設(shè)置：

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用作主機的設(shè)備：Arduino UNO R3

用于驅(qū)動的??微控制器：Atmel ATMEGA328（啟動加載）

使用的編程器：FTDI R232RL（USB轉(zhuǎn)串口TTL邏輯）

使用的編程平臺：Arduino IDE 1.8.9

顯示類型：6x1 SSD LED共陽極顯示

SSD顯示器與驅(qū)動的連接如下：

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1 / 2 ?電路 1（上半場）

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I2C 主設(shè)備（主控制器）從連接到其 ADC 引腳 A0 的 LDR 收集數(shù)據(jù)，并使用從地址將數(shù)據(jù)傳輸?shù)?I2C 從設(shè)備（SSD 驅(qū)動器）。驅(qū)動程序在復(fù)位時在 SSD 顯示屏上顯示從地址。當它從主設(shè)備接收到數(shù)據(jù)時，它會一次更改數(shù)據(jù)緩沖區(qū)上的一個數(shù)字的數(shù)據(jù)，并繼續(xù)將緩沖區(qū)上的數(shù)據(jù)顯示到 SSD 顯示器上。

LUT（查找表）將被寫入主設(shè)備以獲得更大的靈活性。段的數(shù)據(jù)被認為是二進制 1 表示 LED 亮，但是，使用的設(shè)備是共陽極類型的，因此，在顯示之前，驅(qū)動程序?qū)⑦壿嫹崔D(zhuǎn)。主機首先發(fā)送數(shù)字位置的地址，然后是要由段顯示的數(shù)據(jù)。該地址應(yīng)在 1-6 范圍內(nèi)，如硬件中使用的那樣。驅(qū)動程序拒絕此范圍之外的任何地址。

編程：

鏈接以下載從屬固件。

從站：SSD_Driver.ino

#include //library;

int flag=1,m=0,n=0;                       //preset conditions;
byte arr[6]={0,0,0,0,0,0};                //initial buffer;
int segment[8]={0,1,2,3,4,5,6,7};         //segment/LED a,b,c,d,e,f,g,h;               
int select[6]={13,12,11,10,9,8};          //digit number 1,2,3,4,5,6;
byte LUTmap=B11111111;                    //initial state – all LEDs off;

void setup() {
    for(int i=0;i<=13;i++)
        pinMode(i,OUTPUT);                //all pins are output;
    callforsegment(B00000000); flag++;    //select digit 1;
    callforsegment(B11111100); flag++;    //display 0;
    callforsegment(B00000010); flag++;    //select digit 3;
    callforsegment(B11110010); flag++;    //display 3;
    callforsegment(B00000011); flag++;    //select digit 4;
    callforsegment(B11111110); flag++;    //display 8;
    callforsegment(B00000100); flag++;    //select digit 5;
    callforsegment(B01101110); flag++;    //display H(hex address);
    Wire.begin(0x38);                 //i2c slave address for the driver;
    Wire.onReceive(receiveEvent);     //action on receiving data via i2c bus;
}

void segWrite(byte a) {
    LUTmap=~a;                        //convert to common anode logic;
    for(int i=0;i<8;i++)
        //display to each segment in a digit;
        digitalWrite(segment[i],bitRead(LUTmap,7-i));  
}

void loop() {
    for(int i=0;i<6;i++) {
        digitalWrite(select[i],HIGH);   //selecting one of the digits;
        segWrite((byte)arr[i]);         //writing data to the digit;
        delay(5);                       //ON time;
        digitalWrite(select[i],LOW);    //deactivating the selected digit;
    }
}

void callforsegment(int a) {
    if(flag%2==1 && a<=7 && a>=0)
        m=a;                        //first byte about digit location;
    else {
        n=a;                        //second byte about data for the digit;
        flag=0;
    }
    arr[m]=(byte)n;                 //store data to the buffer space;
}

void receiveEvent(int howMany) {
    while (1 < Wire.available())    //loop through all except last;
    char c = Wire.read();           //receive byte as a character;
    int x = Wire.read();            //receive byte as an integer;
    callforsegment(x);
    flag++;
}

主：ADC_master.ino

鏈接下載庫。

#include 
#include //include library;
SSDmaster device(0x38);                       //address of slave driver;
void setup() {
    Wire.begin();
}
void loop() {    
    int ldrval=analogRead(A0);                //variable to store ADC data;                     
    device.ssdDisplay(1,B00011100);           //display L;
    device.ssdDisplay(2,B01111010);           //display D;
    device.ssdDisplay(3,B00001010);           //display R;
    device.ssdDisplaynum(4,(byte)ldrval);     //display ADC value;
    delay(250);                               //rate of updation;
}

結(jié)果：

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1 / 2 ?主站開始通信之前

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上電驅(qū)動顯示 I2C 從地址。當與識別其從地址的適當 I2C 主設(shè)備連接時，從主設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù)（在這種情況下為光強度）會打印到顯示器上。

尾注：

使用 SSD_Driver 庫構(gòu)建所需的系統(tǒng)。