7セグLED(3桁)表示ユニット(I2C対応)

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====== 7セグLED(3桁)表示ユニット(I2C対応) ======

===== 概要 =====
7セグLEDは、LCDに比べて、文字が大きく、輝度が高いので、用途によっては、とても重宝するデバイスです。
しかし、7セグLEDを制御するには、信号線を多く(1桁で9ピン)必要とするので、ピン数の少ないPICには不向きです。

そこで、2本だけの信号線で複数接続可能な、I2C対応(スレーブ)の「7セグLED表示器」として、ユニット化すれば使いやすいのではと考えました。

<仕様>
  * I2Cで制御可能とする。
  * 表示桁数は、3桁とする。
  * 接続台数は、8台まで可能とする。

<応用例>
{{:imgpaste:202004:htmikan-20200430-074343.png?500}}

===== 動作原理 =====
I2Cのスレーブ機能としての、基本的な構造は、前回製作した、LCDモニター(I2C対応)と同じです。
<メモリ構造>
7セグLED(3桁)のデータを設定するために、3バイトのメモリを使用します。
【0x00】7セグ1用(向かって、左側)
【0x01】7セグ2用(向かって、中央)
【0x02】7セグ3用(向かって、右側)

<バイトデータの各ビットと7セグの各エレメントとの対応表>
このようにビットとエレメントを1対1に対応付けることで、256パターンの表示が可能となります。
{{:imgpaste:202004:htmikan-20200430-074457.png?500}}

<表示例>
{{:imgpaste:202004:htmikan-20200430-074506.png?500}}

<メイン処理の流れ>
  - 0x00のメモリのデータを7セグLED1へ1msecの間だけ表示する。
  - 0x01のメモリのデータを7セグLED2へ1msecの間だけ表示する。
  - 0x02のメモリのデータを7セグLED3へ1msecの間だけ表示する。
  - 1.へ戻る。

<マスター側から、スレーブ側への、7セグLEDデータ出力>
マスター側から、アドレス(0x00~0x02)のメモリに、出力データを書き込みます。
<code>
Soft_I2C_Start();
Soft_I2C_Write(0xD0);
Soft_I2C_Write(0x00);
Soft_I2C_Write(0b00111111); // 7セグ1(データは、“0")
Soft_I2C_Write(0b00000110); // 7セグ2(データは、“1")
Soft_I2C_Write(0b01011011); // 7セグ3(データは、“2")
Soft_I2C_Stop();
</code>

===== 回路図 =====
{{:imgpaste:202004:htmikan-20200430-074524.png}}

===== ソースコード =====
<code c 7segLed_i2c.c>
//********************************************************************** 
/*
	＜７セグＬＥＤ（Ｉ２Ｃ対応）＞
*/
//********************************************************************** 

#define		SW_ADDR1	PORTA.F3
#define		SW_ADDR2	PORTA.F4
#define		SW_ADDR3	PORTA.F5

#define		ADDR_BASE	0xD0

#define		SEG1		PORTB.F0
#define		SEG2		PORTB.F2
#define		SEG3		PORTB.F3

#define		ON			1
#define		OFF			0

#define		DATA_SIZE	3

//********************************************************************** 

static	unsigned	short	data[DATA_SIZE], pnt, flg, tmp, stat;

//********************************************************************** 

void	i2c_Write(unsigned short dat)
{
	while (SSPSTAT.BF == 1)
		;
	while (1) {
		SSPCON.WCOL = 0;
		SSPBUF = dat;
		if (SSPCON.WCOL == 1)
			continue;
		//
		SSPCON.CKP = 1;
		return;
	}
}

//********************************************************************** 

void	i2c_Handler()
{
	stat = SSPSTAT;
	tmp = SSPSTAT & 0b00101101;
	//
	if (tmp == 0b00001001) {	//書き込みモード、デバイスアドレス
		tmp = SSPBUF; 
		flg = 0;
		pnt = 0;
		return;
	}
	if (tmp == 0b00101001) {	//書き込みモード、データ
		if (flg == 0) {
			pnt = SSPBUF;
			flg = 1;
			return;
		}
		if (flg == 1) {
			data[pnt] = SSPBUF;
			pnt++;
			return;
		}
	}
	if (tmp == 0b00001100) {	//読み込みモード、デバイスアドレス 
		i2c_Write(data[pnt]);
		pnt++;
		return;
	}
	if (tmp == 0b00101100) {	//読み込みモード、データ（ＡＣＫ） 
		i2c_Write(data[pnt]);
		pnt++;
		return;
	}
	if (tmp == 0b00101000) {	//読み込みモード、データ（ＮＯ＿ＡＣＫ） 
		tmp = SSPBUF;
		SSPCON = 0x36;
		return;
	}
}

//********************************************************************** 

void	interrupt()
{
	if (PIR1.SSPIF == 1) {
		PIR1.SSPIF = 0;
		//
		i2c_Handler();
	}
}

//********************************************************************** 

void	ByteToBit(unsigned short number, char *output)
{
	short	cnt;
	//
	for (cnt = 0; cnt < 8; cnt++) {
		if ((number & 0x80) != 0)
			output[cnt] = '1';
		else
			output[cnt] = '0';
		number <<= 1;
	}
	output[8] = 0x00;
}

//********************************************************************** 

void	segDataSet(unsigned short dat)
{
	PORTA.F2 = (dat.F0 == 1) ? 1 : 0;	// A
	PORTA.F1 = (dat.F1 == 1) ? 1 : 0;	// B
	PORTA.F0 = (dat.F2 == 1) ? 1 : 0;	// C
	PORTA.F7 = (dat.F3 == 1) ? 1 : 0;	// D
	PORTA.F6 = (dat.F4 == 1) ? 1 : 0;	// E
	PORTB.F7 = (dat.F5 == 1) ? 1 : 0;	// F
	PORTB.F6 = (dat.F6 == 1) ? 1 : 0;	// G
	PORTB.F5 = (dat.F7 == 1) ? 1 : 0;	// DP
}

//********************************************************************** 

void	segDataDisplay()
{
	segDataSet(data[0]);
	SEG1 = ON;
	Delay_ms(1);
	SEG1 = OFF;
	//
	segDataSet(data[1]);
	SEG2 = ON;
	Delay_ms(1);
	SEG2 = OFF;
	//
	segDataSet(data[2]);
	SEG3 = ON;
	Delay_ms(1);
	SEG3 = OFF;
}

//********************************************************************** 

void	main()
{
	unsigned	short	cnt, tmp;
	//
	CMCON  = 0b00000111;		//コンパレータは使用しない。 
	ANSEL  = 0b00000000;		//A/Dコンバータは使用しない。 
	OSCCON = 0b01110000;		//クロックは内臓8MHzを使用する。 
	TRISA  = 0b00111000;		//PORTAを設定する。 
	TRISB  = 0b00010010;		//PORTBを設定する。 
	OPTION_REG.NOT_RBPU = 0;	//PORTBをプルアップする。
	//Ｉ２Ｃを設定する。 
	SSPSTAT.SMP = 1;
	SSPSTAT.CKE = 1;
	SSPCON.WCOL = 0;
	SSPCON.SSPOV = 0;
	SSPCON.SSPEN = 1;
	SSPCON.CKP = 1;
	SSPCON.SSPM0 = 0;
	SSPCON.SSPM1 = 1;
	SSPCON.SSPM2 = 1;
	SSPCON.SSPM3 = 0;
	SSPADD = ADDR_BASE + ((SW_ADDR3 == 1) ? 8 : 0) + ((SW_ADDR2 == 1) ? 4 : 0) + ((SW_ADDR1 == 1) ? 2 : 0);
	PIE1.SSPIE = 1;
	PIR1.SSPIF = 0;
	//
	pnt = 0;
	flg = 0;
	data[0] = 0b11111111;
	data[1] = 0b11111111;
	data[2] = 0b11111111;
	SEG1 = OFF;
	SEG2 = OFF;
	SEG3 = OFF;
	//
	tmp = 0b00000001;
	for (cnt = 0; cnt < 8; cnt++) {
		SEG1 = ON;
		segDataSet(tmp);
		Delay_ms(100);
		SEG1 = OFF;
		tmp = tmp << 1;
	}
	tmp = 0b00000001;
	for (cnt = 0; cnt < 8; cnt++) {
		SEG2 = ON;
		segDataSet(tmp);
		Delay_ms(100);
		SEG2 = OFF;
		tmp = tmp << 1;
	}
	tmp = 0b00000001;
	for (cnt = 0; cnt < 8; cnt++) {
		SEG3 = ON;
		segDataSet(tmp);
		Delay_ms(100);
		SEG3 = OFF;
		tmp = tmp << 1;
	}
	// 割り込み(全体)の設定
	INTCON.PEIE = 1;
	INTCON.GIE = 1;
	//
	while (1) {
		segDataDisplay();
	}
}

//**********************************************************************
</code>

<参考>
※テスト用(PIC12F683)のプログラムです。
<code c 7segLed_i2c_master.c>
//********************************************************************** 
/*
　『７セグＬＥＤのテストデータ送信用（マスター）』
*/
//********************************************************************** 

#define		SW				GPIO.F3
#define		LED				GPIO.F2

#define		ON				1
#define		OFF				0

#define		ACK				1
#define		NO_ACK			0

#define		SEG_DATA_0		0b00111111
#define		SEG_DATA_1		0b00000110
#define		SEG_DATA_2		0b01011011
#define		SEG_DATA_3		0b01001111
#define		SEG_DATA_4		0b01100110
#define		SEG_DATA_5		0b01101101
#define		SEG_DATA_6		0b01111101
#define		SEG_DATA_7		0b00100111
#define		SEG_DATA_8		0b01111111
#define		SEG_DATA_9		0b01101111
#define		SEG_DATA_DP		0b10000000
#define		SEG_DATA_ALL	0b11111111

//********************************************************************** 

void	SwitchONcheck()
{
	while (Button(&GPIO, 3, 1, 0) == 0)
		;
	while (Button(&GPIO, 3, 1, 1) == 0)
		;
}

//********************************************************************** 

void main()
{
	unsigned	short	cnt, dat;
	//
	CMCON0 = 0b00000111;
	ANSEL.ANS0 = 0;
	ANSEL.ANS1 = 0;
	ANSEL.ANS2 = 0;
	ANSEL.ANS3 = 0;
	ADCON0.VCFG = 0;
	TRISIO = 0b00001011;
	OSCCON = 0b01110000;
	//
	for (cnt = 0; cnt < 10; cnt++) {
		LED = ON;
		Delay_ms(50);
		LED = OFF;
		Delay_ms(50);
	}
	//
	Soft_I2C_Config(&GPIO, 4, 5);	// SDA, SCL
	//
	while (1) {
		SwitchONcheck();
		//
		Soft_I2C_Start();
		Soft_I2C_Write(0xD0);
		Soft_I2C_Write(0x00);
		Soft_I2C_Write(SEG_DATA_0);
		Soft_I2C_Write(SEG_DATA_1);
		Soft_I2C_Write(SEG_DATA_2);
		Soft_I2C_Stop();
		//
		SwitchONcheck();
		//
		Soft_I2C_Start();
		Soft_I2C_Write(0xD0);
		Soft_I2C_Write(0x00);
		Soft_I2C_Write(SEG_DATA_3);
		Soft_I2C_Write(SEG_DATA_4);
		Soft_I2C_Write(SEG_DATA_5);
		Soft_I2C_Stop();
		//
		SwitchONcheck();
		//
		Soft_I2C_Start();
		Soft_I2C_Write(0xD0);
		Soft_I2C_Write(0x00);
		Soft_I2C_Write(SEG_DATA_6);
		Soft_I2C_Write(SEG_DATA_7);
		Soft_I2C_Write(SEG_DATA_8);
		Soft_I2C_Stop();
		//
		SwitchONcheck();
		//
		Soft_I2C_Start();
		Soft_I2C_Write(0xD0);
		Soft_I2C_Write(0x00);
		Soft_I2C_Write(SEG_DATA_9);
		Soft_I2C_Write(SEG_DATA_DP);
		Soft_I2C_Write(SEG_DATA_ALL);
		Soft_I2C_Stop();
		//
		for (cnt = 0; cnt < 10; cnt++) {
			LED = ON;
			Delay_ms(50);
			LED = OFF;
			Delay_ms(50);
		}
	}
}

//**********************************************************************
</code>

===== 動作確認 =====
久しぶりに、蛇の目基板に組み立てて見ました。(ディップスイッチの4は未使用です)
工夫すれば、もう少しコンパクトに仕上がると思います。
{{:imgpaste:202004:htmikan-20200430-074742.png?500}}

本ユニットへのテストデータ送信用のPIC12F683も含めた全体像です。<黄色線=SDA、白色線=SCL>
{{:imgpaste:202004:htmikan-20200430-074757.png?500}}

左側:起動前です。
右側:起動直後です。
{{:imgpaste:202004:htmikan-20200430-074808.png}}{{:imgpaste:202004:htmikan-20200430-074812.png}}

左側:“012"を表示してみました。
右側:“345"を表示してみました。
{{:imgpaste:202004:htmikan-20200430-074820.png}}{{:imgpaste:202004:htmikan-20200430-074824.png}}

左側:“678"を表示してみました。
右側:“9"、ドット、全部を表示してみました。
{{:imgpaste:202004:htmikan-20200430-074832.png}}{{:imgpaste:202004:htmikan-20200430-074835.png}}

如何ですか?
これでピン数の少ないPICに、7セグLEDを複数接続することができますね ^_^

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