การทดลองที่ 3.2 การใช้อุปกรณ์ 7-Segment Display เพื่อแสดงตัวเลข BCD

วัตถุประสงค์

• ฝึกต่อวงจรโดยใช้อุปกรณ์ 7-Segment Display บนเบรดบอร์ด และใช้งานร่วมกับบอร์ด Arduino
• เขียนโปรแกรม Arduino เพื่อแสดงตัวเลข โดยใช้อุปกรณ์ 7-Segment Display

รายการอุปกรณ์

• แผงต่อวงจร (เบรดบอร์ด)                     1 อัน
• บอร์ด Arduino (ใช้แรงดัน +5V)           1 บอร์ด
• อุปกรณ์ 7-Segment Display               1 ตัว
• ปุ่มกดแบบสี่ขา                                      1 ตัว
• ตัวต้านทาน 330Ω หรือ 470Ω              7 ตัว
• ตัวต้านทาน 1kΩ                                   1 ตัว
• ตัวต้านทาน 10kΩ                                 1 ตัว
• ทรานซิสเตอร์ NPN เบอร์ PN2222A    1 ตัว
• สายไฟสําหรับต่อวงจร                          1 ชุด

ขั้นตอนการทดลอง

1. ศึกษาการใช้งาน และตำแหน่งของขาต่างๆ ของอุปกรณ์ 7-Segment Display (ใช้แบบ Common-Cathode) จากเอกสาร (ดาต้าชีทของผู้ผลิต) วาดรูปอุปกรณ์ ระบุขาต่างๆ และการกำหนดสถานะ LOW หรือ HIGH ที่ขาเหล่านั้น เพื่อให้สามารถแสดงตัวเลขในแต่ละกรณีได้ระหว่าง 0 ถึง 9
2. ต่อตัวต้านทาน 330Ω หรือ 470Ω จำนวน 7 ตัว แบบอนุกรมกับขา a, b, c, d, e, f, g แต่ละขาของอุปกรณ์ 7-Segment Display ตามผังวงจรในรูปที่ 3.2.1
3. ต่อขา CC (Common Cathode) ไปยัง Gnd ของวงจร
4. เชื่อมต่อขา D3, D4, D5, D6, D7, D8, D9 ของบอร์ด Arduino ไปยังขา a, b, c, d, e, f, g ของอุปกรณ์ 7-Segment Display (ผ่านตัวต้านทาน 330Ω หรือ 470Ω ที่ต่ออนุกรมอยู่สำหรับแต่ละขา)
5. เขียนโค้ดตามตัวอย่างโดยใช้ Arduino IDE แล้วทำขั้นตอนคอมไพล์และอัพโหลดโปรแกรมไปยังบอร์ด Arduino
6. ตรวจสอบความถูกต้องของวงจรบนเบรดบอร์ดก่อน เมื่อถูกต้องแล้ว จึงเชื่อมต่อ +5V และ Gndจากบอร์ด Arduino ไปยังเบรดบอร์ด เพื่อใช้เป็นแรงดันไฟเลี้ยง (VCC และ GND) และไม่ต้องใช้แหล่งจ่ายควบคุมแรงดันจากภายนอก ให้ระวังการต่อสลับขั้วสายไฟ และระวังการต่อถึงกันทางไฟฟ้าของสายไฟทั้งสองเส้น
7. แก้ไขโค้ดสำหรับ Arduino ให้สามารถแสดงตัวเลขตั้งแต่ 0 ถึง 9 แล้ววนซ้ำ โดยเว้นระยะเวลาในการเปลี่ยนเป็นตัวเลขถัดไปประมาณ 1 วินาที
8. แก้ไขวงจร โดยต่อวงจรตามผังวงจรในรูปที่ 3.2.3 ให้สังเกตว่า มีการต่อวงจรปุ่มกดแบบ Pull-upเพื่อใช้เป็นอินพุต-ดิจิทัลให้บอร์ด Arduino และมีการต่อวงจรทรานซิสเตอร์แบบ NPN เพื่อใช้ควบคุมการไหลของกระแสจากขา CC ของ 7-Segment Display ผ่านตัวทรานซิสเตอร์ NPN จากขา Collector (C) ไปยังขา Emitter (E) และ GND ของวงจรตามลำดับ
9. แก้ไขโค้ดสำหรับ Arduino เพื่อให้แสดงตัวเลขตั้งแต่ 0 ถึง 9 แล้ววนซ้ำ โดยเว้นระยะเวลาในการเปลี่ยนเป็นตัวเลขถัดไปประมาณ 1 วินาที แต่จะแสดงผลก็ต่อเมื่อกดปุ่ม PB1 ค้างไว้ แต่ถ้าไม่กดจะต้องไม่แสดงผลตัวเลขใดๆ (ไม่ติด)

รูปที่ 3.2.1 : ผังวงจรสำหรับเชื่อมต่อบอร์ด Arduino

(ตัวอย่างนี้ใช้ 7-Segment Display แบบ Common-Cathode)

รูปที่ 3.2.3 : ผังวงจรสำหรับเชื่อมต่อบอร์ด Arduino

(ควบคุมการทำงาน 7-Segment Dispay ได้ด้วยทรานซิสเตอร์ NPN)

โค้ดตัวอย่างสำหรับ Arduino

// Add your code below for global variables, constants.

const byte SEVEN_SEG[7] = {3,4,5,6,7,8,9};

void setup() {

  for (int i=0; i < 7; i++) {

     pinMode( SEVEN_SEG[i], OUTPUT );

     digitalWrite( SEVEN_SEG[i], HIGH );

   }

}

void loop() {

  // Write your code below

}

โค้ดการทดลองที่ 3.2.7

const byte SEVEN_SEG[7] = {3, 4, 5, 6, 7, 8, 9};

byte number[10][7] = {{1, 1, 1, 1, 1, 1, 0}, {0, 1, 1, 0, 0, 0, 0},

  {1, 1, 0, 1, 1, 0, 1}, {1, 1, 1, 1, 0, 0, 1}, {0, 1, 1, 0, 0, 1, 1},

  {1, 0, 1, 1, 0, 1, 1}, {1, 0, 1, 1, 1, 1, 1}, {1, 1, 1, 0, 0, 0, 0},

  {1, 1, 1, 1, 1, 1, 1}, {1, 1, 1, 1, 0, 1, 1}};

void setup() {

  for (int i = 0; i < 7; i++) {

  pinMode (SEVEN_SEG[i], OUTPUT);

  digitalWrite (SEVEN_SEG[i], number[1][i]);

  }

}

void loop() {

  for (int x = 0; x < 10; x++) {

    for (int y = 0; y < 7; y++) {

      pinMode (SEVEN_SEG[y], OUTPUT);

      digitalWrite (SEVEN_SEG[y], number[x][y]);

      //delay(100);

    }

    delay(1000);

  }

}

โค้ดการทดลองที่ 3.2.9

const byte SEVEN_SEG[7] = {3, 4, 5, 6, 7, 8, 9};

const byte SW = 2;

const byte s = 10;

byte number[10][7] = {{1, 1, 1, 1, 1, 1, 0}, {0, 1, 1, 0, 0, 0, 0},

  {1, 1, 0, 1, 1, 0, 1}, {1, 1, 1, 1, 0, 0, 1}, {0, 1, 1, 0, 0, 1, 1},

  {1, 0, 1, 1, 0, 1, 1}, {1, 0, 1, 1, 1, 1, 1}, {1, 1, 1, 0, 0, 0, 0},

  {1, 1, 1, 1, 1, 1, 1}, {1, 1, 1, 1, 0, 1, 1}

};

void setup() {

}

void loop() {

  for (int x = 0; x < 10; x++) {

    for (int y = 0; y < 7; y++) {

      if (digitalRead(SW) == LOW) {

        pinMode (s, OUTPUT);

        digitalWrite (s, HIGH);

      } else {

        pinMode (s, OUTPUT);

        digitalWrite (s, LOW);

        x=0;

        y=0;

      }

      pinMode (s, OUTPUT);

      pinMode (SEVEN_SEG[y], OUTPUT);

      digitalWrite (SEVEN_SEG[y], number[x][y]);

    }  delay(1000);

  }

}