帶CMOS4511IC的RPi 7段顯示器

描述

背景

在本系列的第一篇文章中，我討論了一種直接通過 Raspberry Pi 2 驅(qū)動 7 段顯示器的非常簡單的方法。雖然這確實有效，但在實踐中它有許多注意事項和限制。首先，通過每個 LED 的電流受限于 Raspberry Pi 上每個 GPIO 引腳可以提供的電流。其次，如果所有段都點亮，則進入 GPIO 輸入引腳的累積電流超過了建議的輸入電流。雖然我毫不懷疑 Raspberry Pi 可以處理它，但我不建議長期使用它。

介紹

為了改進上一篇文章并以更有效的方式驅(qū)動七段顯示器，我將進行兩項重大更改。首先，我將使用 CMOS4511 集成電路芯片從二進制輸入驅(qū)動 7 段顯示器。其次，為了保護 GPIO 輸入晶體管將用于打開和關(guān)閉顯示器，電路將接地而不是 GPIO 引腳。

先決條件

1 個樹莓派 2

1 個 Cmos 4511 集成電路

4 x NPN 晶體管（或多或少取決于顯示的位數(shù)）

1 x 5641AS 7 段顯示器（或類似的 7 段顯示器）

7 x 220 歐姆電阻

4 x 1 kOhm 電阻器（與晶體管數(shù)量相同）

弗里茨

?

?

電路

上面的 fritzing 圖顯示了演示中使用的完整電路。如果需要輸出到 4511 和 GPIO，可以使用不同的 GPIO 引腳。

CMOS4511 IC 用于將二進制輸入轉(zhuǎn)換為 7 段顯示輸出。可以在數(shù)據(jù)表中找到 4511 的引腳分配。4個輸入D0-D3接到樹莓派上，7個輸出a到g通過220歐姆電阻接顯示器上相應(yīng)的段。Vcc、BL、LT都要接電源[推薦3.3 v]和地應(yīng)接地。LE 可以懸空。

從顯示器上看，每個數(shù)字顯示引腳都應(yīng)連接到一個NPN晶體管的集電極，每個晶體管的發(fā)射極都可以接地。每個晶體管基極都可以通過一個 1 kOhm 電阻器連接到一個 GPIO 引腳。

代碼

由于核心代碼與以前的驅(qū)動程序相同，因此從以前的代碼中抽象出我們的新驅(qū)動程序是有意義的。為此，我們需要做一些小改動。

首先，因為我們要使用 4 個引腳而不是 7 個引腳來驅(qū)動我們的顯示器，我們需要覆蓋現(xiàn)有類中的 SetDisplay 方法，因此現(xiàn)在應(yīng)該將其設(shè)置為虛擬以允許我們執(zhí)行此操作。我們還需要覆蓋 ClearDisplay() 方法，因此它也被設(shè)置為虛擬的。

最重要的是，由于我們使用了一組不同的 GPIO 引腳，我們需要能夠提供不同的構(gòu)造函數(shù)，但由于我們不想使用原始的基本構(gòu)造函數(shù)，因此我們必須提供另一個，在這種情況下無參數(shù)構(gòu)造函數(shù)。因為我們只希望派生類能夠使用它，所以我們可以將構(gòu)造函數(shù)設(shè)置為受保護的。我們還可以利用此構(gòu)造函數(shù)來設(shè)置先前在主構(gòu)造函數(shù)中設(shè)置的取消標(biāo)記，從而無需為這些字段提供受保護的訪問器。

 protected Display()
{
this.cts = new CancellationTokenSource();
this.token = new CancellationToken();
} 

我們需要對原始類做的最后一件事是使派生類可以訪問顯示數(shù)組

protected GpioPin[] Displays
        {
            get
            {
                return this.displays;
            }

            set
            {
                this.displays = value;
            }
        } 

現(xiàn)在我們已準(zhǔn)備好創(chuàng)建新的派生類。應(yīng)該創(chuàng)建一個類似于我們原始基類的新構(gòu)造函數(shù)，但我們只需要提供 4 個輸出引腳 [for the 4511 D0-D3]，然后是我們的顯示引腳。然后根據(jù)基類執(zhí)行引腳的初始化。

接下來我們可以提供重寫的 SetDisplay 方法。此版本不是將提供的 int 轉(zhuǎn)換為其 7 段表示形式，而是將提供的 in 轉(zhuǎn)換為其二進制表示形式。

protected override void SetDisplay(GpioPin displayPin, int value)
        {
            this.ClearDisplay();

            switch (value)
            {
                case 0:
                    this.SetLow(new GpioPin[] { this.pinBcd0, this.pinBcd1, this.pinBcd2, this.pinBcd3 });
                    break;
                case 1:
                    this.SetHigh(new GpioPin[] { this.pinBcd0 });
                    this.SetLow(new GpioPin[] { this.pinBcd1, this.pinBcd2, this.pinBcd3 });
                    break;
                case 2:
                    this.SetHigh(new GpioPin[] { this.pinBcd1 });
                    this.SetLow(new GpioPin[] { this.pinBcd0, this.pinBcd2, this.pinBcd3 });
                    break;
                case 3:
                    this.SetHigh(new GpioPin[] { this.pinBcd0, this.pinBcd1 });
                    this.SetLow(new GpioPin[] { this.pinBcd2, this.pinBcd3 });
                    break;
                case 4:
                    this.SetHigh(new GpioPin[] { this.pinBcd2 });
                    this.SetLow(new GpioPin[] { this.pinBcd0, this.pinBcd1, this.pinBcd3 });
                    break;
                case 5:
                    this.SetHigh(new GpioPin[] { this.pinBcd0, this.pinBcd2 });
                    this.SetLow(new GpioPin[] { this.pinBcd1,this.pinBcd3 });
                    break;
                case 6:
                    this.SetHigh(new GpioPin[] { this.pinBcd1, this.pinBcd2});
                    this.SetLow(new GpioPin[] { this.pinBcd0, this.pinBcd3 });
                    break;
                case 7:
                    this.SetHigh(new GpioPin[] { this.pinBcd0, this.pinBcd1, this.pinBcd2 });
                    this.SetLow(new GpioPin[] { this.pinBcd3 });
                    break;
                case 8:
                    this.SetHigh(new GpioPin[] { this.pinBcd3 });
                    this.SetLow(new GpioPin[] { this.pinBcd0, this.pinBcd1, this.pinBcd2 });
                    break;
                case 9:
                    this.SetHigh(new GpioPin[] { this.pinBcd0, this.pinBcd3 });
                    this.SetLow(new GpioPin[] { this.pinBcd1, this.pinBcd2 });
                    break;
                case 10:  // Clear Display
                    this.SetHigh(new GpioPin[] { this.pinBcd0, this.pinBcd1, this.pinBcd2, this.pinBcd3 });
                    break;
                default:
                    this.SetHigh(new GpioPin[] { this.pinBcd0, this.pinBcd1, this.pinBcd2, this.pinBcd3 });
                    break;
            }

            this.SetHigh(new GpioPin[] { displayPin });
        }

此方法還有一個變化。也就是說，這次我們將 GPIO 設(shè)置為高電平，而不是將 GPIO 引腳設(shè)置為低電平來打開顯示數(shù)字。這是因為我們現(xiàn)在不是將引腳設(shè)置為低電平以允許電流流入 GPIO 引腳，而是將引腳??設(shè)置為高電平，然后“切換”允許電流流動并下沉至接地軌的晶體管。正是出于這個原因，我們還覆蓋了 ClearDisplays 方法以將所有 GPIO 引腳設(shè)置為低 [而不是高]。

 protected override void ClearDisplay()
{
this.SetLow(this.Displays);
} 

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