7-segmentový displej na futbal

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.

Vývojová doska ACROB.

Literatúra:

• Dokumentácia k doske Acrob
• Dokumentacia k TM1637 displeji
• Kniznice k TM1637 displeji

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.

TM1637 displej

Schéma zapojenia TM1637 7 segmentového displeja

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.

SemProjSemProj_uart.cSemProj_uart.h

// 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.

Zapojenie 7 - segmentového displeja pre zobrazenie futbalového skóre spolu s tlačidlami

Video: