PICで数字表示（1桁）

  1. 目的

    　LEDによる2進数による数字表示は、わかりやすい方法ではありません。ここでは、７素子表示器を利用して、１桁の10進文字表示を行います。

  2. 7素子数字表示器

    1. 7素子数字表示素子

      　　7素子表示は、電卓などでおなじみの数字表示機です。棒状の発光体を7本を 日 の字型に組み合せ、適当に点滅させると、0から9の数字を表示することができます。下の図は５と9を表示した例です。５では、a,c,d,f,g の素子を点灯します。

      問題１

      ０，３，７　を表示するには、どの素子を点灯させますか？

    2. C-533SR

      C-533SRは ７素子表示素子が3個内臓されています。ここでは、まず、1桁の表示のみを行い、次の項で3桁の表示法を紹介します。
      　横線が、ａ，．．，ｇ の各素子に接続されます。各7素子は共通に接続されており、ｄｉｇ３，ｄｉｇ２，ｄｉｇ１の各信号線をＧＮＤ（０Ｖ）に接続すると対応する7素子が発光します。例えば、dig1 の端子をグランド（０Ｖ）に接続し、b,c の端子に抵抗を通して電源５Ｖを接続すれば、1桁に”１”が発光します。

    3. 発光パターン

      　表示したい数字に対し、ａ，．．，ｇ の各素子の発光パターンを決めるにはどうしたらよいでしょうか？ここで、プログラムの出番です。まず、以下の配列パターンを用意します。各データは、16進定数で指定されています。

      int segment_data[]={0x7E,0x0C,0xB6,0x9E,0xCC,0xDA,0xFA,0xE,0xFE,0xCE};

      16進定数は、4ビットの2進数に対し、０，１，２、..　、７，８，９、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ の文字を対応させます。

      16進数 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F
      2進数 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111

      16進文字が2文字で、8ビットの2進数を表現できます。たとえば、0xB6 は 1101 0110 に相当します。最下位の0を無視すると、1101 011 は 数字　2 を表示するパターンです。したがって、

      　segment_data[2]

      は数字 ２ を表示するパターンとなります。一般に、segment_data[i] は数字 i のパターンを表示します。ここで、配列の最後（第0）のビットを無視したのは、PIC のBポート の B１、..,B７ に　7素子表示の ａ，．．，ｇ を接続するからです。B0 は特殊な目的に利用できますから、ここでは、この端子を使用しないで空けておきます。
      　segment_data[2]
      をポートBに送ると、最後（第０）ビットは7素子表示器にはおくられず、第1から第7ビットが segment_data[2] に送られ数字の"2"を表示します。

  3. #fuses、#delay

    1. コンピュータのクロックと#fuses

      　コンピュータが規則正しく動作をするには、クロックと呼ばれる一定間隔で0,1を繰り返す信号が必要です。1秒間に0,1を繰り返す回数（周波数）をHz（ヘルツ）の単位で表記します。これをクロック信号といいます。最近のパソコンのプロセッサのクロックは数GHzになります。G（ｷﾞｶﾞ）は 109 を意味します。
      　PICのクロックは4MHzから20MHz程度です。M（メガ）は 106 を意味します。ここで使用するPIC：16F684　は 4MHz のクロックを内蔵しています。また、外部に振動子を接続すれば、20MHz のクロックで動作させることもできます。
      　ここでは、それほど高速に動作させる必要はないので、内部発振子を利用します。この指定を、ここでは、

      #fuses INTRC_IO
      　
      で、指定します。fuses はPICの特別な場所に記録する設定で、プログラムでは設定できない内容を指定します。ここでは、詳しく述べませんが、

      　NOWDT,NOLVP,NOMCLR
      も、プログラムでは指定できないため、#fuses で設定します。

    2. クロックの指定とdelay_ms()

      fuses INTRC_IO は内部発振を利用することだけを指定しており、クロックの周波数を指定していません。クロックの周波数をコンパイラに指定するには

      #use delay(CLOCK=4000000)

      を利用します。この設定をしないと、先に利用した遅延関数

      delay_ms (500);

      を利用できません。この、delay_ms (500); は、実際は何もしない多重の繰り返しをして、時間つぶしをしています。 #use delay(CLOCK=4000000)で、使用するクロックを設定しないと、delay()関数でループを回す回数が定まりません。

  4. 回路

    1. 構成

      PICと7素子表示器の構成です。７素子表示器の各セグメントは RB1-RB7　に接続します。この間には7素子数字表示のLEDの電流制限のため、抵抗が必要です。ここでは、3桁のみ点灯します。したがって C533 の８ピンのみをクランドに接続し、他の桁を表示する 12,9 ピンは空けておきます。

    2. 配線

      ここでは、パッチボードを2枚利用します。上の１枚にPICのコントローラを、下の１枚に7素子表示を実装します。7素子のボードには後で3桁表示用のランジスタを実装しますから、右側を１０ピン分空けておいてください。7素子の横に抵抗を7本 a..g の順に配置します。各抵抗とLEDを接続します。
      　7素子表示（以後LED）は片側6ピンですから、11ピンは上側左から2番目になります。LEDの両端にはピンがありませんから、ピン位置を間違えないよう注意して下さい。数左下が1ピンになります。LEDの８ピン（dig1）をGNDに接続します。これで、第1桁の表示が可能になります。

      　次にPIC側の配線をします。PICの5ピン(下中央）をGND（下）バー、14ピン（上中央）を電源の＋（上）バーに接続します（PICの電源）。PICの7,8,9ピンと抵抗のa,b,c、を接続します。次に、10,11,12,13 ピンと d,e,f,g を接続します。
      ここまで配線したら、電源バーに電源を接続し動作を確認します。LEDの第３桁のセグメントが数字の順に光ればOKです。

      注意
      PICのPA３（２ピン）を５Vに接続してください。これは、後の3桁表示のプログラムを共通にするためで、これをしないと、表示が不安定になります。

  5. プログラム

    1. ソース

      以下のプログラムは、0.5秒間隔で、０から９までの数字を順に点灯します。

      #include <16f648a.h>

#fuses INTRC_IO,NOWDT,NOLVP,NOMCLR//内部クロック、WDT,LVPなし
#use delay(CLOCK=4000000) //クロック4MHz

long val;
int segment_data[]={0x7E,0x0C,0xB6,0x9E,0xCC,0xDA,0xFA,0xE,0xFE,0xCE};
        
void main(){

  set_tris_b(0x00);//Bポート出力
  val=0;

  while(1){
     output_b(segment_data[val]);
     delay_ms (500);
     val++;
     if (val == 10) val =0;
 }
}

    2. プログラムの説明

      segment_data[] に、数字0から９までの点灯パターンを設定しておきます。main() の、

       output_b(segment_data[val])
      で、val に相当する数字のパターン： segment_data[val] をBポートに送ります。

      delay_ms (500);
      で、500ミリ秒待ちます。val を増し、val の値が10になったら 0 に戻します。