Raspberry Pi

49) Připojení čtyřnásobné sedmisegmentové zobrazovací jednotky

Po delší době je tu další připojený displej k raspíčku. Tentokrát se jedná o čtyřmístný displej, který je tvořený sedmisegmentovkami.
Využití může být například pro zobrazování času, nebo teploty.
K výhodám patří hlavně větší jas, lepší čitelnost a trochu nižší cena.
Pro tento příklad jsem použil displej s označením CL5642BH. Skládá se ze 4 jednotek, které mají vzájemně pospojované segmenty a z každé jednotky je vyvedena společná elektroda.

Schéma vnitřního zapojení displeje:

Poslední dvoupísmenný kód určuje zapojení vývodu č.3, který ovládá tečky.
Některé displeje dokáží ovládat desetinnou tečku u každé jednotky, jiné umí ovládat jen dvojtečku.
Existují i speciální typy displejů, které umí ovládat například každou tečku z dvojtečky
zvlášť a k tomu ještě další 2 desetinné tečky.

Nevýhoda takovýchto displejů je náročnější způsob ovládání, který více zatěžuje RasPi. K řízení je také třeba o něco více ovládacích vodičů a pro každou sedmisegmentovou zobrazovací jednotku i jeden spínací tranzistor. Také spotřeba bývá větší, než u LCD displejů.

1) Popis multiplexování

Ovládání displeje probíhá tak, že se velice rychle přepínají společné elektrody jednotlivých zobrazovacích jednotek.
Před každým sepnutím se přednastaví jednotlivé segmenty pro zobrazení požadovaného znaku, a pak se na chvíli příslušná zobrazovací jednotka rozsvítí. Takže pokud je třeba zobrazit na displeji číslo "1234", probíhá to takto:

- Všechny jednotky se zhasnou. Pokud má displej společné anody, tak to znamená, že se všechny tyto anody přes spínací tranzistory odpojí.

- Všechny segmenty se nastaví tak, aby vytvořily tvar znaku zobrazeného na první jednotce
(v příkladu tedy na segmentech B a C bude "0", ostatní segmenty budou v "1")

- V tomto stavu se na chvíli přivede na společnou anodu první jednotky +5V. To má za následek, že se první jednotka rozsvítí.

- Po chvíli se tato první jednotka zhasne - tranzistor jí odpojí.

- Všechny segmenty se nastaví tak, aby vytvořily tvar znaku zobrazeného na druhé jednotce
(v příkladu tedy na segmentech A, B, D, E, G bude "0", zbylé segmenty C a F budou v "1").

- Na společnou anodu druhé jednotky se přivede +5V, čímž se druhá jednotka rozsvítí ...

... stejným způsobem se pokračuje i se zbylými zobrazovacími jednotkami.
Tento cyklus je třeba neustále opakovat - to je právě ta nevýhoda velkého zatížení RasPi.

Princip přepínání je dobře vidět na tomto zpomaleném videu:

2) Schéma

Pro ovládání jsem použil expander MCP23017, který pracuje s 5V napájením. Kvůli tomu je třeba doplnit převodník úrovní pro komunikační sběrnici I²C.

Displej podle katalogového listu odebírá 20mA na segment.
Expander je schopný dodat na každém výstupu proud až 25mA, takže není problém, ovládat segmenty přímo (bez spínacích tranzistorů).

Trochu problém nastává s celkovým proudem přes pin Vdd. Podle katalogového listu expanderu smí ten proud být maximálně 125mA.
Jenže když bude na displeji svítit všech 7 segmentů a dvojtečka, je ten proud:

8 segmentů x 20mA = 160mA. A to už je moc.

Proto je třeba proud jednotlivými segmenty trochu omezit odporem.

Počítal jsem to takto:

Protože v každém okamžiku svítí vždy jen jedna zobrazovací jednotka, stačí výpočet provádět jen pro tuto jednu sedmisegmentovku.

Maximální proud pinem Vdd / 8 segmentů = 125 / 8 = 15mA na segment.

Při napájecím napětí 5V a úbytkem napětí na segmentu (Uf = asi 2V) je třeba do série s každým segmentem vřadit odpor:

Rseg = (5V - 2V ) / 0.015A = 200R.

Pro jistotu jsem tam ten odpor dal skoro dvojnásobný (390R), takže jsem ten celkový proud přes pin Vdd omezil na bezpečných 60mA (to je asi 8mA na segment). I při tomto proudu je displej krásně čitelný.

Spínací tranzistory si sice také vezmou do báze nějaký proud, ale vzhledem k tomu, že jsou to jen asi 3mA, tak je to zanedbatelné.

Mimochodem, ty spínací tranzistory jsou tam proto, protože přes ně teče těch 60mA, a to by samotný expander (port GPB) nezvládnul.

3) Ukázkový program

Program je zde: dis4x7.py

4) Video