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Controlando Display de 7 Segmentos com CD4511 e Arduino

Controlando Display de 7 Segmentos com CD4511 e Arduino

Depois de alguns dias  sem postar estou de volta com um projeto "cool". Hoje faremos um contador utilizando um display de 7 segmentos.
 
O display de 7 segmentos é normalmente utilizado para indicar números e podem ser vistos normalmente em elevadores, alguns rádio relógios.
Aqui está um exemplo de um display de elevador.



Material necessário:
Para este experimento precisaremos de alguns materiais:

- 1 Placa Arduino e seu respectivo cabo
- 1 Fonte de alimentação de 5V
- 1 Protoboard
- 7 resistores de 150Ω ($0,02 cada)
- 1 CI CD4511- Decodificador BCD - 7 Segmentos ($1,50)
- 1 Display de 7 Segmentos Catodo Comum ($0,50 cada)
- Alguns fios para conectar os componentes

O que faremos?

Criaremos um código para a placa Arduino, este enviará para um decodificador BCD-7-Segmetnos 4 bits, esses serão decodificados e então serão convertidos em 7 bits então usados para controlar um display de 7 segmentos.
Para saber mais sobre códigos BCD visite o link para a Wikipedia.

Como ligar os acessórios?

Neste post testaremos uma nova forma de mostrar como os acessórios foram ligados, apresentarei o circuito na forma de um desenho feito com com o software Fritzing que pode ser baixado gratuitamente do seu site. Veja na imagem a seguir como ficou o circuito ou clique aqui para ver em tamanho real.



Montagem:

Image do CI CD4511BE.


Conexão do CI, resistores e display de 7 segmentos. Ficou uma aranha. :)


Placa Arduino, responsável por enviar 4 bits em formato BCD.


Visão geral do projeto, protoboard, fonte, Arduino e componentes.


Programação:

A programação para este projeto é bem simples, defino 4 variáveis e atribuo a elas o endereço das portas de IO do Arduino. Em seguida na função Setup faço mais algumas configurações e então defino a função number que recebe um número como parâmetro. Baseado neste número as portas de saída são configuradas para enviar um valor BDC adequado.
Dentro da função loop crio 2 laços para fazer a contagem de forma crescente e depois decrescente. Bem simples, veja abaixo o código.

/*
7 Segments
This project uses the CD4511 BCD to 7segments Latch Decoder Driver
to count the numbers from 0 - 9 and after 1 second from 9 - 0.
*/
// Atribui a cada variável um endereço.
int pinA = 6, pinD = 7, pinC = 8, pinB = 9;
void setup()
{
// Configura a velocidade da porta serial
Serial.begin(9600);
// Diz ao controlador que os pinos são de saída
pinMode(pinA, OUTPUT);
pinMode(pinB, OUTPUT);
pinMode(pinC, OUTPUT);
pinMode(pinD, OUTPUT);
}
// Recebe um inteiro como parâmetro
// Baseado no número configura os pinos de saída conforme da tabela BCD
// do CI CD4511
void number(int num)
{
switch (num) {
case 0:
digitalWrite(pinA, LOW);
digitalWrite(pinB, LOW);
digitalWrite(pinC, LOW);
digitalWrite(pinD, LOW);
break;
case 1:
digitalWrite(pinA, HIGH);
digitalWrite(pinB, LOW);
digitalWrite(pinC, LOW);
digitalWrite(pinD, LOW);
break;
case 2:
digitalWrite(pinA, LOW);
digitalWrite(pinB, HIGH);
digitalWrite(pinC, LOW);
digitalWrite(pinD, LOW);
break;
case 3:
digitalWrite(pinA, HIGH);
digitalWrite(pinB, HIGH);
digitalWrite(pinC, LOW);
digitalWrite(pinD, LOW);
break;
case 4:
digitalWrite(pinA, LOW);
digitalWrite(pinB, LOW);
digitalWrite(pinC, HIGH);
digitalWrite(pinD, LOW);
break;
case 5:
digitalWrite(pinA, HIGH);
digitalWrite(pinB, LOW);
digitalWrite(pinC, HIGH);
digitalWrite(pinD, LOW);
break;
case 6:
digitalWrite(pinA, LOW);
digitalWrite(pinB, HIGH);
digitalWrite(pinC, HIGH);
digitalWrite(pinD, LOW);
break;
case 7:
digitalWrite(pinA, HIGH);
digitalWrite(pinB, HIGH);
digitalWrite(pinC, HIGH);
digitalWrite(pinD, LOW);
break;
case 8:
digitalWrite(pinA, LOW);
digitalWrite(pinB, LOW);
digitalWrite(pinC, LOW);
digitalWrite(pinD, HIGH);
break;
case 9:
digitalWrite(pinA, HIGH);
digitalWrite(pinB, LOW);
digitalWrite(pinC, LOW);
digitalWrite(pinD, HIGH);
break;
default:
digitalWrite(pinA, HIGH);
digitalWrite(pinB, HIGH);
digitalWrite(pinC, HIGH);
digitalWrite(pinD, HIGH);
}
}
void loop()
{
// Faz um loop de 0 a 9
for (int i = 0; i < 10; i++) {
// Imprime o valor desejado
number(i);
// Aguarda meio segundo
delay(500);
}
// Apaga o número, perceba que quando chamo a função number
// com um valor <0 ou >9 a função simplesmente apaga todos
// os leds do contador. Por isso, se chamo a função com o
// valor 10 simplesmente o display se apagará.
number(10);
// Aguarda 1 segundo
delay(1000);
// Faz um loop de 9 a 0
for (int i = 10; i >= 0; i--) {
// Imprime o valor desejado
number(i);
// Aguarda meio segundo
delay(500);
}
}

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4.12) Display 7 Segmentos

No meio de um experimento com Display de 7 seguimentos e Arduino, achei melhor criar uma classe para tratar dos números exibidos no Display.


Deixo aqui a Classe e um exemplo de como usá-la.
Configuração de pinos (Digital) utilizada no exemplo:
7 Segments LED Display - Pin Configuration
Obs.: Está configuração pode ser modificada no momento em que é criada a instância da classe “Simple7Segments” (Simple7Segments display(2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9);).


Simple7Segments.h (biblioteca)

1
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/**
 * Simple seven segments LED display
 *
  */


#ifndef Simple7Segments_h
#define Simple7Segments_h


#include <inttypes.h>


class Simple7Segments
{
  private:
    uint8_t *_pins;
    uint8_t _count;
 
  public:
    Simple7Segments(uint8_t, uint8_t, uint8_t, uint8_t,
      uint8_t, uint8_t, uint8_t, uint8_t);
    void showNumber(char);
    void showAll();
    void clearAll();
};


#endif



Simple7Segments.cpp
1
2
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126
127
128
/**
 * Simple seven segments LED display
 *
 */


#include "Simple7Segments.h"
#include "WProgram.h"


#include <inttypes.h>


#define QUANTITY_PINS 8


Simple7Segments::Simple7Segments(uint8_t a, uint8_t b, uint8_t c, uint8_t d,
  uint8_t e, uint8_t f, uint8_t g, uint8_t pd)
{
  // Alocate memory for Array _pins
  _pins = (uint8_t*)calloc(QUANTITY_PINS, 4);
 
  // Transfer parameters to array pins
  _pins[0] = a;
  _pins[1] = b;
  _pins[2] = c;
  _pins[3] = d;
  _pins[4] = e;
  _pins[5] = f;
  _pins[6] = g;
  _pins[7] = pd;
 
  // Set pin mode to all
  for (_count = 0; _count < QUANTITY_PINS; _count++)
  {
    pinMode(_pins[_count], OUTPUT);
  }
}


void Simple7Segments::showNumber(char letter)
{
  clearAll();
  switch (letter)
  {
    case '0':
      digitalWrite(_pins[0], HIGH);
      digitalWrite(_pins[1], HIGH);
      digitalWrite(_pins[2], HIGH);
      digitalWrite(_pins[3], HIGH);
      digitalWrite(_pins[4], HIGH);
      digitalWrite(_pins[5], HIGH);
    break;
    case '1':
      digitalWrite(_pins[1], HIGH);
      digitalWrite(_pins[2], HIGH);
    break;
    case '2':
      digitalWrite(_pins[0], HIGH);
      digitalWrite(_pins[1], HIGH);
      digitalWrite(_pins[6], HIGH);
      digitalWrite(_pins[4], HIGH);
      digitalWrite(_pins[3], HIGH);
    break;
    case '3':
      digitalWrite(_pins[0], HIGH);
      digitalWrite(_pins[1], HIGH);
      digitalWrite(_pins[6], HIGH);
      digitalWrite(_pins[2], HIGH);
      digitalWrite(_pins[3], HIGH);
    break;
    case '4':
      digitalWrite(_pins[5], HIGH);
      digitalWrite(_pins[6], HIGH);
      digitalWrite(_pins[1], HIGH);
      digitalWrite(_pins[2], HIGH);
    break;
    case '5':
      digitalWrite(_pins[0], HIGH);
      digitalWrite(_pins[5], HIGH);
      digitalWrite(_pins[6], HIGH);
      digitalWrite(_pins[2], HIGH);
      digitalWrite(_pins[3], HIGH);
    break;
    case '6':
      digitalWrite(_pins[0], HIGH);
      digitalWrite(_pins[2], HIGH);
      digitalWrite(_pins[3], HIGH);
      digitalWrite(_pins[4], HIGH);
      digitalWrite(_pins[5], HIGH);
      digitalWrite(_pins[6], HIGH);
    break;
    case '7':
      digitalWrite(_pins[0], HIGH);
      digitalWrite(_pins[1], HIGH);
      digitalWrite(_pins[2], HIGH);
    break;
    case '8':
      digitalWrite(_pins[0], HIGH);
      digitalWrite(_pins[1], HIGH);
      digitalWrite(_pins[2], HIGH);
      digitalWrite(_pins[3], HIGH);
      digitalWrite(_pins[4], HIGH);
      digitalWrite(_pins[5], HIGH);
      digitalWrite(_pins[6], HIGH);
    break;
    case '9':
      digitalWrite(_pins[0], HIGH);
      digitalWrite(_pins[1], HIGH);
      digitalWrite(_pins[2], HIGH);
      digitalWrite(_pins[5], HIGH);
      digitalWrite(_pins[6], HIGH);
    break;
  }
}


void Simple7Segments::clearAll()
{
  for (_count = 0; _count < QUANTITY_PINS; _count++)
  {
    digitalWrite(_pins[_count], LOW);
  }
}


void Simple7Segments::showAll()
{
  for (_count = 0; _count < QUANTITY_PINS; _count++)
  {
    digitalWrite(_pins[_count], HIGH);
  }
}


SevenSegmentsExample.pde
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
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14
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38
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40
41
42
43
44
45
46
/**
 * Simple seven segments LED display
 *
 *
 */


#include "Simple7Segments.h"


#define LED_FINISH 12
#define DELAY 500


unsigned int count = 0;


// Define variable display.
// The numbers are the pins of the display
Simple7Segments display(2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9);


void setup()
{
  pinMode(LED_FINISH, OUTPUT);
}


void loop()
{
  char* buffer;
  itoa(count, buffer, 10);
  display.showNumber(buffer[0]);
  delay(DELAY);
  if (++count == 10)
  {
    count = 0;
    finish();
  }
}


void finish()
{
  digitalWrite(LED_FINISH, HIGH);
  delay(50);
  digitalWrite(LED_FINISH, LOW);
  delay(50);
  digitalWrite(LED_FINISH, HIGH);
  delay(50);
  digitalWrite(LED_FINISH, LOW);
}

Análise:

Linha 17) Cria uma instância da classe Simple7Segments passando no construtor os pinos correspondentes as posições no display.

Linha 27) Converte o valor da variável contadora (count) para char* (“String”).

Linha 28) Chama o método showNumber da instância display passando o número a exibir.

Linha 37) Método chamado quando uma contagem de 0 à 9 chega ao fim (pisca o LED).
Faça o download do código fonte completo aqui.
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