第22/31課：使用七段顯示器配合Arduino同電子骰仔 | SunFounder Robojax

第22/31課：使用七段顯示器配合Arduino同電子骰仔 | SunFounder Robojax

喺呢一課，我哋會探討點樣用Arduino控制一個七段顯示器。與其用成打或更多嘅I/O引腳直接驅動每個LED段，我哋採用一個聰明嘅技巧：移位寄存器。呢粒細細粒又平嘅晶片，令我哋可以用Arduino嘅三條線就控制晒七個段（加埋小數點）。呢個係電子學入面一個基礎技術，令你可以擴展微控制器上可用嘅輸出數量，令你可以建立更複雜嘅項目而唔使升級你嘅開發板。

除咗基本計數器之外，我哋仲會整一個電子骰仔。呢個項目唔單止鞏固顯示控制嘅知識，仲會引入透過按鈕嘅用戶輸入同中斷嘅概念，創造一個有反應同互動嘅裝置。呢個指南係基於Robojax Arduino課程嘅一課，嗰個課程用SunFounder 3合1 Arduino套件。

以下係一啲你可以用呢啲知識整嘅實用主意：

• 整一個簡單嘅記分牌，用喺乒乓球或者籃球等遊戲。
• 整一個數碼計時器，用喺棋盤遊戲或者廚房倒數計時器。
• 整一個隨機數字產生器，用喺遊戲或者做決定。
• 整一個基本數碼溫度計，加一個溫度感測器就得。

硬件同零件

喺開始之前，我哋先收集所需嘅零件。呢個項目嘅核心係74HC595移位寄存器，佢係將所需引腳數量減到最少嘅關鍵。與其將七個段直接連去Arduino，我哋將佢哋連去移位寄存器。Arduino跟住將一個數字嘅數據串行（一次一個位元）傳送去晶片，晶片再輸出正確嘅模式去點亮各段。

• Arduino Uno（或者兼容板）
• 七段顯示器（型號5161AS，共陰極）
• 74HC595移位寄存器IC
• 按鈕
• 電阻（220Ω - 330Ω）
• 杜邦線
• 麵包板

5161AS顯示器係共陰極類型。即係話內部所有LED嘅陰極（負極）都連埋一齊去一個共用接地引腳。要點亮一個段，你要畀正電壓去佢特定嘅陽極引腳。74HC595扮演橋樑角色，接收Arduino嘅串行數據，再輸出驅動呢啲陽極所需嘅並行信號。

接線指南

接駁移位寄存器同顯示器睇落可能好複雜，但係跟住圖一步步嚟係好重要。影片（喺04:48）提供咗呢個過程嘅詳細講解。74HC595晶片有一端有個凹口嚟識別引腳1。引腳由凹口開始逆時針編號（一邊係1-8，另一邊係9-16）。

以下係影片入面嘅接線總結：

• 電源同接地：將74HC595嘅引腳8同引腳13連去接地軌。將引腳10同引腳16連去5V軌。
• 數據線：將Arduino嘅數碼引腳連去移位寄存器嘅數據引腳：引腳12（STcp）去晶片引腳12，引腳8（SHcp）去晶片引腳11，引腳11（DS）去晶片引腳14。
• 顯示器去移位寄存器：呢個係最複雜嘅部分。影片（喺07:18）詳細講解每個連接。例如，顯示器嘅'a'段連去晶片引腳6，'b'段連去引腳5，如此類推。顯示器嘅共陰極引腳透過一個電阻連去接地。

想睇視覺化同精確嘅指南，請參考官方接線圖：

確切嘅引腳連接好關鍵，好容易會出錯。慢慢嚟，對住圖逐條線檢查多幾次。影片係一個好好嘅參考，可以跟住做。

程式碼解釋

呢一課提供咗兩個程式碼例子。第一個係簡單計數器，第二個喺佢基礎上整電子骰仔。兩者共享相同嘅核心邏輯嚟控制顯示器。

以下係基本計數器嘅程式碼：

const int STcp = 12;//連去74HC595嘅ST_CP嘅引腳
const int SHcp = 8;//連去74HC595嘅SH_CP嘅引腳 
const int DS = 11; //連去74HC595嘅DS嘅引腳 

int datArray[] = {0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};

喺程式碼最頂，你可以設定連去移位寄存器嘅三條引腳。STcp、SHcp同DS分別分配畀Arduino引腳12、8同11。datArray[]係一個好關鍵嘅部分。佢係一個查詢表，包含數字0到9嘅十六進制值。每個值代表要點亮嗰個特定數字所需嘅段模式。

loop() 函數負責執行計數器。佢用一個 for 迴圈由 0 數到 9。喺迴圈入面，程式碼會將當前數字嘅數據傳送到移位暫存器。最後嘅 delay(1000) 設定計數器嘅速度，單位係毫秒。將呢個值改做 100 就可以數得快啲，或者改做 500 就可以慢啲。

電子骰仔嘅程式碼引入咗一個新元素：透過按鈕嚟做用戶輸入。主要嘅配置改動如下：

const int buttonPin = 2;
//...
pinMode(buttonPin, INPUT);
attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(buttonPin), rollDice, FALLING);

呢度，buttonPin 設定為數碼引腳 2。呢個引腳特別在於佢可以用嚟做中斷。中斷容許 Arduino 喺按鈕被撳嘅時候即刻停止手頭上嘅工作，確保快速同可靠嘅回應。FALLING 模式會喺按鈕被撳（訊號由 HIGH 變做 LOW）時觸發中斷。

rollDice 函數由中斷呼叫。佢會將 state 變數喺 0 同 1 之間切換。當 state 係 0 嘅時候，骰仔就係「碌緊」，主 loop() 會隨機顯示數字。當按鈕再被撳多次，state 會變做 1，停止迴圈並顯示最終結果。showNumber() 函數同計數器嘅邏輯一樣，但佢接受一個數字作為參數嚟顯示。

實際項目同示範

一旦上載咗程式碼，計數器就會開始運行，以一秒嘅延遲顯示 0 到 9 嘅數字（喺影片 15:04）。影片示範咗改變延遲時間令計數器運行快好多。

電子骰仔嘅示範（喺影片 20:15）展示咗按鈕嘅運作。當你撳一次，顯示器會開始快速循環顯示數字。再撳多次就會停止循環，留低一個 1 到 6 之間嘅隨機數字，同真骰仔一樣。

章節

• [00:00] 七段顯示器項目簡介
• [01:25] 了解七段顯示器
• [03:51] 5161AS 顯示器數據手冊同規格
• [04:48] 接線顯示器同移位暫存器
• [12:24] 0-9 計數器嘅 Arduino 程式碼
• [15:04] 計數器示範同調整速度
• [16:27] 建立電子骰仔項目
• [20:15] 電子骰仔示範同防彈跳處理

圖片

Wiring on breadboard from video

Circuit 6.5 segment schematic

Dice

Segment wiring for Sunfounder 3-in-1 kit

Segments of segment display

Seven segment pins - common cathode

Seven segment pins - DP decimal pin

Seven segment pins - common cathode

Wiring on breadboard from video

Circuit 6.5 segment schematic

Dice

Segment wiring for Sunfounder 3-in-1 kit

Segments of segment display

Seven segment pins - common cathode

Seven segment pins - DP decimal pin

Seven segment pins - common cathode

/*
Lesson 23/31: Using Seven Segment Display 
Get this code and watch video Download and resource page https://robojax.com/RJT605
YouTube video https://www.youtube.com/watch?v=3qoGAYh0lbc

*/
const int STcp = 12;//Pin connected to ST_CP of 74HC595
const int SHcp = 8;//Pin connected to SH_CP of 74HC595 
const int DS = 11; //Pin connected to DS of 74HC595 

int datArray[] = {0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};

void setup ()
{
  //set pins to output
  pinMode(STcp,OUTPUT);
  pinMode(SHcp,OUTPUT);
  pinMode(DS,OUTPUT);
}
void loop()
{
  for(int num = 0; num <10; num++)
  {
    digitalWrite(STcp,LOW); //ground ST_CP and hold low for as long as you are transmitting
    shiftOut(DS,SHcp,MSBFIRST,datArray[num]);
    digitalWrite(STcp,HIGH); //pull the ST_CPST_CP to save the data
    delay(1000);
  }
}

/*
Lesson 23/31: Electronic Dice
Get this code and watch video Download and resource page https://robojax.com/RJT605
YouTube video https://www.youtube.com/watch?v=3qoGAYh0lbc

*/
const int STcp = 12;//Pin connected to ST_CP of 74HC595
const int SHcp = 8;//Pin connected to SH_CP of 74HC595
const int DS = 11; //Pin connected to DS of 74HC595
const int buttonPin = 2;
int datArray[] = { 0x3f, 0x06, 0x5b, 0x4f, 0x66, 0x6d, 0x7d, 0x07, 0x7f,  0x6f};
int number = 0;
int state = 0;

void setup ()
{
  //set pins to output
  pinMode(STcp, OUTPUT);
  pinMode(SHcp, OUTPUT);
  pinMode(DS, OUTPUT);
  pinMode(buttonPin, INPUT);

  attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(buttonPin), rollDice, FALLING);
}

void loop()
{
  if (state == 0) {
    showNumber((int)random(1, 7));
    delay(50);
  }
}

void showNumber(int num) {
  digitalWrite(STcp, LOW); //ground ST_CP and hold low for as long as you are transmitting
  shiftOut(DS, SHcp, MSBFIRST, datArray[num]);
  //return the latch pin high to signal chip that it
  //no longer needs to listen for information
  digitalWrite(STcp, HIGH); //pull the ST_CPST_CP to save the data
}


void rollDice() {
  state = !state;
}