PICでCの練習                                    2007.06.01(金)〜
LessonC_23。7セグメントLEDで4桁の数字を表示します。

著作者名： 中野 良知
作成開始： 2007.06.01(金)

目次
	1. 目的
	2. ゼネラルフローチャート
	3. プログラムソースコード
	4. キーワード
	  4.1. ダイナミック点灯
	  4.2. セグメント点灯データ
	  4.3. セグメント電流
	5. 実行結果
	6. 実験回路

1. 目的

  7セグメントの数字表示用LEDを使用して、4桁の16進数を表示します。
  ダイナミック点灯方式を採用、1桁当り1msec、4msecで一巡します。
  表示する4桁の16進数は10msecごとにインクリメントします。


2. ゼネラルフローチャート

     (main)
       ↓
   プルアップ許可
       ↓
   TMR0割り込み許可
       ↓
   ポートの初期化
       ↓
       ├←──────────┐
       ↓          no          │
   ＜10msec経過？＞→─────┤
       ↓yes                   │
   表示Noインクリメント        │
       ↓                      │
   表示Noを4ビット単位で       │
   表示バッファーに格納        │
       ↓                      │
       └───────────┘


    (TMR0割り込み)
       ↓
    TMR0=1msec
       ↓
    割り込みフラグリセット
       ↓
    全桁消灯
       ↓
    走査順の桁データを
    セグメントデータに変換
       ↓
    セグメントデータ出力
       ↓
    走査順の桁を点灯
       ↓
    走査順を更新
       ↓
    1msecカウンタインクリメント
       ↓
     (終了)


3. プログラムソースコード

//*****************************************************************************
// タイトル : LesssonC_23
// 作者     : ioio
// 目的     : 4桁の7セグメントLEDをダイナミック方式で駆動します。
// マイコン : PIC16F84A
// クロック : 20MHz
// Config   : PROTECT=OFF, WDTE=OFF, XTAL
// Compiler : PICC Lite(V9.6)。 HI-TEC software製。
// Compile  : >picl -16f84a lesson.c
// ASM List : >picl -16f84a --ASMLIST lesson.c
//*****************************************************************************
// 変更履歴
// 2007.05.30(水) 作成
// 2007.06.01(金) カソードコモンLED用データを追加
//*****************************************************************************

//-----------------------------------------------------------------------------
// ヘッダーファイル
#include	"pic.h"					// デバイス関連の定義を展開

//-----------------------------------------------------------------------------
// コンフィグレーション定義
__CONFIG(0x3FFA);					// PROTECT=OFF, WDTE=OFF, HS_OSILLATOR

//-----------------------------------------------------------------------------
// 関数定義

//-----------------------------------------------------------------------------
// 定数の定義
#define	ANODE_COMM 1				// 7segLEDがアノードコモンの場合に1
#define	CATHORD_COMM 0				// 7segLEDがカソードコモンの場合に1

#if ANODE_COMM == 1
// セグメント変換(アノードコモン用)
const unsigned char seg_data[16] = {
	0x40, 0x79, 0x24, 0x30, 0x19, 0x12, 0x02, 0x58, 0x00, 0x18,
	0x08, 0x03, 0x27, 0x21, 0x06, 0x0E };
// 桁走査ビット(アノードコモン用)
const unsigned char scan[4] = {1,2,4,8};
#endif

#if CATHORD_COMM == 1
// セグメント変換(カソードコモン用)
const unsigned char seg_data[16] = {
	0x3F, 0x06, 0x5B, 0x4F, 0x66, 0x6D, 0x7D, 0x27, 0x7F, 0x67,
	0x77, 0x7C, 0x58, 0x5E, 0x79, 0x71 };
// 桁走査ビット(カソードコモン用)
const unsigned char scan[4] = {0xE,0xD,0xB,0x7};
#endif

#define SET_TMR0 256-156			// TMR0設定=156*32*200ns=998.4us

//-----------------------------------------------------------------------------
// グローバル変数定義
unsigned char	digit_no;				// 表示走査桁指定
unsigned char	dsp_buf[4]={0,0,0,0};	// 表示バッファー
int				t_cnt;					// TMR0割込み回数
int				dsp_cnt;				// 表示用カウント

//-----------------------------------------------------------------------------
// ビットフィールド構造体定義

//-----------------------------------------------------------------------------
// ポートマップ
// NAME   PIN NO   I/O   USE
// -----+--------+-----+-----------------------------------------
// RA0     17       O    1st Digit。d0
// RA1     18       O    2nd Digit。d1
// RA2      1       O    3rd Digit。d2
// RA3      2       O    4th Digit。d3
// RA4      3       I    -
// RB0      6       O    a segment
// RB1      7       O    b segment
// RB2      8       O    c segment
// RB3      9       O    d segment
// RB4     10       O    e segment
// RB5     11       O    f segment
// RB6     12       O    g segment
// RB7     13       I    -

//-----------------------------------------------------------------------------
//-----------------------------------------------------------------------------
void main(void)
{
	INTCON = 0b10100000;			// 割り込み制御初期化設定
	OPTION = 0b01000100;			// プリスケール=1/32
	TMR0 = SET_TMR0;				// タイマー0設定

	TRISA = 0x10;					// PortA b3,b2,b1,b0=Out。b4=In
	TRISB = 0x80;					// PortB b7=In、b6,b5,b4,b3,b2,b1,b0=Out
	PORTB = 0x80;					// ポートB初期化。b7=プルアップ。
	PORTA = 0x00;					// ポートA初期化。

	digit_no = 0;					// 走査桁NoをLSDに初期化
	t_cnt = 0;						// TMR0割込み回数を初期化
	dsp_cnt = 0;					// 表示カウンタを初期化

	while(1){
		if(t_cnt == 10){			// 10msec経過したら
			t_cnt = 0;				// TMR0割込み回数初期化
			dsp_cnt++;				// 表示カウンタをインクリメント
			// 表示バッファーに4ビット単位で設定
			dsp_buf[0] = (unsigned char)(dsp_cnt & 0x0F);
			dsp_buf[1] = (unsigned char)((dsp_cnt >> 4) & 0x0F);
			dsp_buf[2] = (unsigned char)((dsp_cnt >> 8 ) & 0x0F);
			dsp_buf[3] = (unsigned char)((dsp_cnt >> 12) & 0x0F);
		}
	}
}

//-----------------------------------------------------------------------------
// 機能   ： TMR0割り込み関数
// 引数   ： なし
// 戻値   ： なし
// 作成   ： 2007.05.30(水)
//-----------------------------------------------------------------------------
static void interrupt isr(void)
{
	TMR0 = SET_TMR0;				// タイマー0設定
	T0IF = 0;						// タイマー0オーバーフローフラグリセット
	PORTA = 0x10;					// 走査ビットオフ。全桁消灯
	// セグメントデータ出力。b7=プルアップ
	PORTB = seg_data[dsp_buf[digit_no]] + 0x80;
	PORTA = scan[digit_no];			// 走査ビット出力
	if(++digit_no == 4){			// 一巡したら
		digit_no = 0;				// 表示桁を1桁目に設定
	}
	t_cnt++;						// TMR0割込み回数インクリメント
}

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


4. キーワード

4.1. ダイナミック点灯

                │←─────────→│4msec
              →│─│←1msec
                ┌─┐                  ┌─┐
  桁走査d0───┘  └─────────┘  └──────────────
                        ┌─┐                  ┌─┐
  桁走査d1───────┘  └─────────┘  └──────────
                                ┌─┐                  ┌─┐
  桁走査d2───────────┘  └─────────┘  └──────
                                        ┌─┐                  ┌─┐
  桁走査d3───────────────┘  └─────────┘  └──
                  →│─│←ブランク期間
  セグメント  ┌───┬───┬───┬───┬───┬───┬───┬─
    a〜g  ──┴───┴───┴───┴───┴───┴───┴───┴─

  桁走査信号で各桁を順に表示します。
  桁走査に先行して、セグメントデータを出力します。
  ブランク期間で全桁を消灯して表示のちらつきを防止します。
  上記のタイミングチャートでは、ブランク期間を分かりやすくする為に拡大していま
  す。

  桁走査信号を各桁ごとに、セグメント信号を各桁共通に接続します。

  桁走査d0 ─────────────────┐
  桁走査d1 ─────────────┐      │
  桁走査d2 ─────────┐      │      │
  桁走査d3 ─────┐d3    │d2    │d1    │d0
                   ┌┴┐  ┌┴┐  ┌┴┐  ┌┴┐
                   │８│  │８│  │８│  │８│
  セグメント       └┬┘  └┬┘  └┬┘  └┬┘
    a〜g   ─────┴───┴───┴───┘

  桁走査信号はTMR0のオーバーフロー割込みで切り換えます。


4.2. セグメント点灯データ

  7セグメントLED表示器の各セグメントの名称
      a
      ━
   f┃g ┃b
      ━
   e┃  ┃c
      ━
      d

  駆動データ
         active High         active Low 
  表示  g f e d c b a       g f e d c b a
   0    0 1 1 1 1 1 1       1 0 0 0 0 0 0
   1    0 0 0 0 1 1 0       1 1 1 1 0 0 1
   2    1 0 1 1 0 1 1       0 1 0 0 1 0 0
   3    1 0 0 1 1 1 1       0 1 1 0 0 0 0
   4    1 1 0 0 1 1 0       0 0 1 1 0 0 1
   5    1 1 0 1 1 0 1       0 0 1 0 0 1 0
   6    1 1 1 1 1 0 1       0 0 0 0 0 1 0
   7    0 1 0 0 1 1 1       1 0 1 1 0 0 0
   8    1 1 1 1 1 1 1       0 0 0 0 0 0 0
   9    1 1 0 0 1 1 1       0 0 1 1 0 0 0
   A    1 1 1 0 1 1 1       0 0 0 1 0 0 0
   b    1 1 1 1 1 0 0       0 0 0 0 0 1 1
   c    1 0 1 1 0 0 0       0 1 0 0 1 1 1
   d    1 0 1 1 1 1 0       0 1 0 0 0 0 1
   E    1 1 1 1 0 0 1       0 0 0 0 1 1 0
   F    1 1 1 0 0 0 1       0 0 0 1 1 1 0

  例：
  activ Low用(アノードコモン)
  const unsigned char seg_data[16] = {
    0x40, 0x79, 0x24, 0x30, 0x19, 0x12, 0x02, 0x58, 0x00, 0x18,
    0x08, 0x03, 0x27, 0x21, 0x06, 0x0E };

  activ High用(カソードコモン)
  const unsigned char seg_data[16] = {
    0x3F, 0x06, 0x5B, 0x4F, 0x66, 0x6D, 0x7D, 0x27, 0x7F, 0x67,
    0x77, 0x7C, 0x58, 0x5E, 0x79, 0x71 };


4.3. セグメント電流

                  Is
                ┌─┐                  ┌─┐
                │  │                  │  │
                │  │                  │  │
          Ia - -│  │- - - - - - - - - │  │- - - - - -
            ──┘  └─────────┘  └──────

  点灯中の１つのセグメントの電流はIs、平均するとIa=Is/4です。
  ポート出力=4.5V、LEDの順方向電圧=1.8V、電流制限抵抗=820Ωの時、
  Is=(4.5-1.8)/820=3.29mA。Ia=3.29mA/4=0.823mAです。

  "8"を表示中の7セグメントの合計電流=3.29mA×7=23.03mA です。


5. 実行結果

  
  上：d0信号
  下：d1信号
  ブランク期間は5usecです。


6. 実験回路

   PIC16F84A
  ┌────┐14
  │     VDD├──────●──────●────●───← +5V
  │        │            │            │0.1u    │
  │        │           R10K           ┴ /50V │┴│100u/16V
  │        │4           │ 0.1u/50V   ┬      └┬┘
  │   -MCLR├──────●─┤├───●────●──── 0V
  │        │                          │
  │        │16  ┌  ─  ─  ─  ┐    │
  │    OSC1├───●─┤├──┐      │
  │        │    │┴          ││    │
  │        │      □ 20ＭＨｚ │      │
  │        │15  │┬          ││    │
  │    OSC2├───●─┤├──●      │
  │        │    └  ─  ─  ─│┘    │
  │        │5 ┌───────┘      │
  │     Vss├─●───────────┘
  │        │
  │        │17
  │     RA0├─────────────────────┐
  │        │18                                        │
  │     RA1├────────────────┐        │
  │        │1                               │        │
  │     RA2├───────────┐        │        │
  │        │2                     │        │        │
  │     RA3├──────┐        │        │        │
  │        │            │d3      │d2      │d1      │d0
  │        │          ┌┴─┐  ┌┴─┐  ┌┴─┐  ┌┴─┐
  │        │          │ ８ │  │ ８ │  │ ８ │  │ ８ │
  │        │          └┰┰┘  └┰┰┘  └┰┰┘  └┰┰┘
  │        │6        a  ┃┃a〜g  ┃┃a〜g  ┃┃a〜g  ┃┃a〜g
  │     RB0├──R820━━╋┻━━━┻┻━━━┻┻━━━┻┛
  │        │7        b  ┃
  │     RB1├──R820━━┫
  │        │8        c  ┃
  │     RB2├──R820━━┫
  │        │9        d  ┃
  │     RB3├──R820━━┫
  │        │10       e  ┃
  │     RB4├──R820━━┫
  │        │11       f  ┃
  │     RB5├──R820━━┫
  │        │12       g  ┃
  │     RB6├──R820━━┛
  │        │
  └────┘
  電源パスコン0.1u/50VのセラミックコンデンサーはVDDとVssの近くに接続します。
  発振子のGNDはVssの直ぐ近くに接続します。



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