7-segmentový displej na futbal
Z SensorWiki
Záverečný projekt predmetu MIPS / LS2024 - Daniel Žula
Zadanie
Pripojenie 7 - segmentového LED displeja k vývojovej doske, vytvorenie potrebných knižníc a funkcií. Cieľom je, aby sme dokázali zobraziť skóre futbalového zápasu, ktoré dokážeme meniť podľa potreby pomocou tlačidiel.
Literatúra:
Analýza a opis riešenia
Princíp fungovania bol jednoduchý, ak stlačíme tlačidlo príslušné k prvému tímu, meníme skóre prvého tímu a ak stlačíme tlačidlo príslušné k druhému tímu, meníme skóre druhého tímu. Takisto máme tlačidlo RESET, ktoré celé skóre resetuje. Na správne fungovanie sme si vytvorili knižnicu, v ktorej sme zadefinovali čísla od 0-9 pomocou zapnutých a vypnutých segmentov na 7 segmentovke.
Algoritmus a program
Tento program sme vytvorili na ovládanie 7 segmentového displeja pomocou tlačidiel a následného zobrazovania futbalového skóre pomocou tlačidiel. Najprv sme si vytvorili knižnicu do ktorej sme uložili čísla od 0-9 na zobrazenie čísiel pomocou svietiacich a zhasnutých segmentov. Následne sme si vytvorili funkcie na zapnutie a vypnutie komunikácie. Potom sme si vytvorili funkcie na inicializáciu, nastavenie segmentov a ich následné zobrazenie. Všetky tieto funkcie sme uložili do uart.c (resp. SemProj_uart.c).
Nakoniec sme pre INT0 a INT1 spravili funkcie, jedna pre ľavú stranu a druhá pre pravú stranu, v ktorých po stlačení tlačidla nastalo zvýšenie hodnoty o 1, kde ak sme dosiahli číslo 99 a zvýšili sme ho, číslo sa nám resetovalo naspäť na 0, keďže na číselné hodnoty sme mali iba 2 7 - segmentové displeje. Keď sme mali všetky tieto funkcie zadefinované, v hlavnej časti programu sme CLK, DIO aj všetky ostatné piny nastavili opäť ako input, povolili sme INT0 a INT1 takisto sei().
Následne vo while funkcii sme už len dané čísla, ktoré boli uložené v counter_left a counter_right zobrazovali pomocou našej funkcie pre zobrazenie čísla na 7 segmentovke, kde sme pozíciu čísel nastavili na pravú 7 segmentovku z dvojice (čiže celkovo 2. a 4. 7 segmentovka) a po zvýšení čísla na 10 a viac sa začali využívať obe 7 segmentové displeje pre daný tím. Po stlačení tlačidla RESET sa hodnoty v counter_left a counter_right vynulovali a opäť sa využívali iba pravé 7 segmentovky z dvojice. Takto to funguje donekonečna.
// Required libraries
#include <avr/io.h>
#include <util/delay.h>
#include <avr/interrupt.h>
#include "uart.h"
#define CLK PD5 // CLK -> pin 5
#define DIO PD4 // DIO -> pin 4
#define set_bit(ADDRESS,BIT) (ADDRESS |= (1<<BIT))
#define clear_bit(ADDRESS,BIT) (ADDRESS &= ~(1<<BIT))
#define LEFT_START_STOP_PIN PD2 // Tlacidlo pre lavy tim
#define RIGHT_START_STOP_PIN PD3 // Tlacidlo pre pravy tim
#define RESTART_PIN PD6 // Tlacidlo na vynulovanie skore
volatile uint8_t count_left = 0; // Pocitadlo skore pre lavu dvojicu 7 segmentoviek
volatile uint8_t count_right = 0; // Pocitadlo skore pre pravu dvojicu 7 segmentoviek
// External interrupt 0 (Tlacidlo pre lavy tim)
ISR (INT0_vect)
{
_delay_ms(10);
if(bit_is_clear(PIND, LEFT_START_STOP_PIN)){
// Zvysuje skore laveho time a pri dosiahnuti hodnoty 100 zresetuje hodnotu na 0
count_left++;
if (count_left >= 100) count_left = 0;
}
_delay_ms(150);
}
// External interrupt 1 (tlacidlo pre pravy tim)
ISR (INT1_vect)
{
_delay_ms(10);
if(bit_is_clear(PIND, RIGHT_START_STOP_PIN)){
// Zvysuje skore praveho time a pri dosiahnuti hodnoty 100 zresetuje hodnotu na 0
count_right++;
if (count_right >= 100) count_right = 0;
}
_delay_ms(150);
}
int main(void){
clear_bit(DDRD, CLK); // Nastavenie CLK ako input
set_bit(PORTD, CLK); // CLK ako input pull-up on
clear_bit(DDRD, DIO); // Nastavenie DIO ako input
set_bit(PORTD, DIO); // DIO ako input pull-up o
clear_bit(DDRD, LEFT_START_STOP_PIN); // Nastavenie LEFT_START_STOP_PIN ako input
set_bit(PORTD, LEFT_START_STOP_PIN); // LEFT_START_STOP_PIN ako input pull-up on
clear_bit(DDRD, RIGHT_START_STOP_PIN); // Nastavenie RIGHT_START_STOP_PIN ako input
set_bit(PORTD, RIGHT_START_STOP_PIN); // RIGHT_START_STOP_PIN ako input pull-up on
clear_bit(DDRD, RESTART_PIN); // Nastavenie RESET_PIN ako input
set_bit(PORTD, RESTART_PIN); // RESET_PIN ako input pull-up on
uint8_t data[] = { 0, 0, 0, 0 };
set_segments(data, 4, 0);
EIMSK = 0b00000011; // Povolenie INT0, INT1
EICRA = 0b00001010; // Zaznamenanie dobeznej hrany na oboch pinoch
sei(); // Povolit prerusenia
while (1) {
if (bit_is_clear(PIND, RESTART_PIN)) {
// Spusti reset
count_left = 0; // Resetuje skore laveho timu
count_right = 0; // Resetuje skore praveho timu
}
// Zobrazenie skore laveho timu na lavych 2 7 segmentovkach a skore praveho timu na pravych 2 7 segmentovkach
display_number_segment(count_right, 0, 2, 2);
display_number_segment(count_left, 0, 2, 0);
}
return 0;
}
#include <avr/io.h>
#include <util/delay.h>
#include "uart.h"
#define CLK PD5 // CLK -> pin 5 portD.5
#define DIO PD4 // DIO -> pin 4 portD.4
#define BIT_DELAY 100 // Delay 100ms
// Define for TM1637
#define TM1637_I2C_COMM1 0x40
#define TM1637_I2C_COMM2 0xC0
#define TM1637_I2C_COMM3 0x80
// Nastavenie cisiel na 7 segmentovom displeji
const uint8_t digitToSegment[] = {
// XGFEDCBA
0b00111111, // 0
0b00000110, // 1
0b01011011, // 2
0b01001111, // 3
0b01100110, // 4
0b01101101, // 5
0b01111101, // 6
0b00000111, // 7
0b01111111, // 8
0b01101111, // 9
0b01110111, // A
0b01111100, // b
0b00111001, // C
0b01011110, // d
0b01111001, // E
0b01110001 // F
};
uint8_t brightness = (0x7 & 0x7) | 0x08;
static const uint8_t minusSegments = 0b01000000;
int inicialize_bit(uint8_t byte){
uint8_t data = byte;
// 8 Data Bits
for(uint8_t i = 0; i < 8; i++) {
// CLK low
set_bit(DDRD, CLK);
clear_bit(PORTD, CLK);
_delay_us(BIT_DELAY);
// Set data bit
if (data & 0x01){
clear_bit(DDRD, DIO); // Nastavenie DIO ako input
set_bit(PORTD, DIO); // DIO ako input pull-up on
} else{
set_bit(DDRD, DIO); // Nastavenie DIO ako output
clear_bit(PORTD, DIO); // Nastavenie DIO low
}
_delay_us(BIT_DELAY);
// CLK high
clear_bit(DDRD, CLK); // Nastavenie CLK ako input
set_bit(PORTD, CLK); // CLK ako input pull-up on
_delay_us(BIT_DELAY);
data = data >> 1;
}
// Wait for acknowledge
// CLK to zero
set_bit(DDRD, CLK); // Nastavenie CLK ako output
clear_bit(PORTD, CLK); // Nastavenie CLK low
clear_bit(DDRD, DIO); // Nastavenie DIO ako input
set_bit(PORTD, DIO); // DIO ako input pull-up on
_delay_us(BIT_DELAY);
// CLK to high
clear_bit(DDRD, CLK); // Nastavenie CLK ako input
set_bit(PORTD, CLK); // Nastavenie CLK high
_delay_us(BIT_DELAY);
uint8_t ack = !bit_is_clear(PIND, DIO);
if (ack == 0)
set_bit(DDRD, DIO); // Nastavenie DIO ako output
clear_bit(PORTD, DIO); // Nastavenie DIO low
_delay_us(BIT_DELAY);
set_bit(DDRD, CLK); // Nastavenie CLK ako output
clear_bit(PORTD, CLK); // Nastavenie CLK low
_delay_us(BIT_DELAY);
return ack;
}
void comunication_start(){
set_bit(DDRD, DIO); // Nastavenie DIO ako output
clear_bit(PORTD, DIO); // Nastavenie DIO ako output
_delay_us(BIT_DELAY);
}
void comunication_stop(){
set_bit(DDRD, DIO); // Nastavenie DIO ako output
clear_bit(PORTD, DIO); // Nastavenie DIO ako output
_delay_us(BIT_DELAY);
clear_bit(DDRD, CLK); // Nastavenie CLK ako input
set_bit(PORTD, CLK); // CLK ako input pull-up on
_delay_us(BIT_DELAY);
clear_bit(DDRD, DIO); // Nastavenie DIO ako input
set_bit(PORTD, DIO); // DIO ako input pull-up on
_delay_us(BIT_DELAY);
}
void displayShowDots(uint8_t dots, uint8_t* digits){
for(int i = 0; i < 4; ++i)
{
digits[i] |= (dots & 0x80);
dots <<= 1;
}
}
// Funkcia na zobrazenie cisla
void display_middle_dots(int num, uint8_t dots, const int leading_zero, uint8_t length, uint8_t pos){
display_number(num < 0? -10 : 10, num < 0? -num : num, dots, leading_zero, length, pos);
}
// Funkcia na zobrazenie cisla v danom zaklade
void display_number(int8_t base, uint16_t num, uint8_t dots, const int leading_zero, uint8_t length, uint8_t pos)
{
int negative = 0; // False
if (base < 0) {
base = -base;
negative = 1; // True
}
uint8_t digits[4];
if (num == 0 && !leading_zero) {
for(uint8_t i = 0; i < (length-1); i++)
digits[i] = 0;
digits[length-1] = digitToSegment[0 & 0x0f];;
}
else {
for(int i = length-1; i >= 0; --i)
{
uint8_t digit = num % base;
if (digit == 0 && num == 0 && leading_zero == 0)
digits[i] = 0;
else
digits[i] = digitToSegment[digit & 0x0f];;
if (digit == 0 && num == 0 && negative) {
digits[i] = minusSegments;
negative = 0;
}
num /= base;
}
}
if(dots != 0)
{
displayShowDots(dots, digits);
}
set_segments(digits, length, pos);
}
// Funkcia na zobrazenie cisla s default nastaveniami
void display_number_segment(int num, const int leading_zero, uint8_t length, uint8_t pos){
display_middle_dots(num, 0x40, leading_zero, length, pos);
}
void set_segments(const uint8_t segments[], uint8_t length, uint8_t pos){
// Zapis COMM1
comunication_start();
inicialize_bit(TM1637_I2C_COMM1);
comunication_stop();
// Zapis COMM2 + prvu cislicu adresy
comunication_start();
inicialize_bit(TM1637_I2C_COMM2 + (pos & 0x03));
// Zapis datove bajty
for (uint8_t k=0; k < length; k++)
inicialize_bit(segments[k]);
comunication_stop();
// Zapis COMM3 + brightness
comunication_start();
inicialize_bit(TM1637_I2C_COMM3 + (brightness & 0x0f));
comunication_stop();
}
#define set_bit(ADDRESS,BIT) (ADDRESS |= (1<<BIT))
#define clear_bit(ADDRESS,BIT) (ADDRESS &= ~(1<<BIT))
#ifndef UART_H_
#define UART_H_
void comunication_start();
void comunication_stop();
void displayShowDots(uint8_t dots, uint8_t* digits);
int inicialize_bit(uint8_t byte);
void display_middle_dots(int num, uint8_t dots, const int leading_zero, uint8_t length, uint8_t pos);
void display_number(int8_t base, uint16_t num, uint8_t dots, const int leading_zero, uint8_t length, uint8_t pos);
void display_number_segment(int num, const int leading_zero, uint8_t length, uint8_t pos);
void set_segments(const uint8_t segments[], uint8_t length, uint8_t pos);
#endif /* UART_H_ */
Zdrojový kód: zdrojaky.zip
Overenie
Na zobrazovanie aktuálneho skóre používame dve tlačidlá, jedným, ktorý je vľavo meníme skóre tímu vľavo, a druhým, ktorý je v strede meníme skóre tímu ktorý je napravo, posledným tlačidlom ktoré je vpravo skóre resetujeme.
Video: