ESERCITAZIONE # 9

Gestione di un display a 7 segmenti

Tutti conoscono i display a LED a 7 segmenti, caratteristici per la loro luminosità tipicamente rossa.

In questa esercitazione comandiamo un display del genere per presentare numeri e simboli.

Ecco come si presenta esternamente uno di questi componenti. Elettricamente si tratta di 8 diodi LED (1 per ogni segmento più quello per il punto decimale) assemblati in un contenitore plastico sagomato in modo tale che essi illuminino delle aree ristrette che formano i segmenti. Esistono display di numerosissime varietà, forme e colori, ma, principalmente, li possiamo suddividere in due categorie: display ad anodo comune: tutti gli anodi dei LED sono collegati assieme display a catodo comune: tutti i catodi sono collegati assieme Questo facilita il comandare i display in sistemi multiplexati.

I segmenti hanno un indicatore standard, costituito da una lettera. Accendendo i LED opportuni sarà possibile ottenere tutti i simboli numerici più una vasta gamma di simboli alfabetici e altro. Ad esempio, il numero 8 sarà rappresentato accendendo tutti i LED.  Il numero 3 si evidenzierà accendendo i segmenti A, B, C, D, G. Il numero 6 si otterrà accendendo il segmenti A, C, D, E, F, G Una H maiuscola apparirà accendendo i segmenti B, C, B, E, F, G. E così via.

Il modo più semplice di comandare il display è facendolo direttamente dai pin del PIC come si trattasse (e così in effetti è) di comuni LED.

Quindi colleghiamo ogni segmento ad un pin di un por, ad esempio PORTC, avendo cura di inserire una resistenza di limitazione in serie ad ogni segmento.
Il valore della resistenza può variare da 220 ohm a 1 kohm a seconda della sensibilità del display. Mediamente 470 ohm può andare bene.

=

Fino a qui non c'è niente di strano, ma dobbiamo porre l' attenzione su un punto particolare: come abbiamo visto prima c'è una relazione tra i segmenti accesi e la cifra presentata. Dunque c'è una relazione tra lo stato dei pin del PIC che comandano i LED e i segmenti accesi.

Ovvero, e questa è la chiave del problema, c'è un rapporto tra il numero binario posto nel registro di uscita del PORT e il numero presentato.

Nell' esempio schematico qui sopra abbiamo collegato un display a catodo comune, ovvero costituito da 8 LED con i catodi uniti assieme, mentre gli anodi sono disponibili separatamente. 
Ne risulta che un LED (= segmento) è acceso quando il suo pin di comando assume il livello alto (1) e spento quando assume il livello basso (0).

Ora, sarebbe un lavoro poco produttivo definire, ogni volta che dobbiamo fare apparire una cifra, la corrispondente sequenza di bit 1 e 0 da scrivere nel PORT. Ed in effetti questa non  è la via corretta.
L' alternativa valida è quella di creare una tabella di "scambio" che faccia equivalere il carattere voluto con la giusta combinazione di bit.

Queste tabelle, dette lookup tables (tabelle di ricerca) sono uno degli elementi più comuni nella programmazione dei microcontroller; attraverso queste trattiamo i dati in uscita, che corrispondono in questo caso a caratteri numerici e letterali, semplicemente come elementi esadecimali puri.
La stessa via sarà sfruttata in mille altre situazioni, ad esempio per generare forme d' onda, per correggere valori letti in ingresso, per scambiare formato ai dati, ecc.

Creiamo quindi una tabella che collega carattere da presentare sul display-LED accesi-bit a 1
Detto così sembra complesso, ma non lo è per niente.

Per prima cosa verifichiamo la coincidenza pin-segmento; nello schema presentato sopra abbiamo:  

Verifichiamo quali segmenti vanno accesi per ottenere i caratteri numerici

e facciamo una tabella di collegamento tra caratteri e segmenti:

Nella configurazione a catodo comune, per accendere il LED il pin deve andare a livello 1, quindi aggiungiamo alla tabella il valore logico che devono assumere i pin, in binario e in esadecimale.
Il valore esadecimale è aggiunto in quanto è più semplice da trattare che non la lunga stringa di 1 e 0 del numero binario; e una coppia di cifre esadecimali rappresenta proprio la condizione logica di un byte (8 bit), che è la lunghezza del dato trattato dai PIC che stiamo analizzando. 
(Maggiori informazioni sui sistemi di numerazione qui)..

Per accendere il punto decimale basterà portare a livello alto (1) il pin 7.

Questo sistema consente di utilizzare qualsiasi combinazione pin-segmenti che sia necessaria, ad esempio, a causa dei collegamenti sul circuito stampato.

Ora si tratta di convertire questa tabella in modo tale da poter essere compresa dal processore.
La via più semplice è quella di scrivere una tabella RETLW.

Possiamo altresì aggiungere alle cifre numeriche alcuni caratteri alfabetici, ottenuti per accensione di un adeguato numero di segmenti.

Su questa base realizziamo un piccolo programma di verifica.

Il suo flow chart è questo.

Dopo la necessaria inizializzazione del processore e del port utilizzato per il controllo del display, trasferiamo allo stesso le cifre che abbiamo tabellato, una dopo l' altra con un intervallo di tempo tra ogni operazione tale da permetterne la visualizzazione. Un contatore viene utilizzato per il codice del carattere da presentare, partendo da 0, che. attraverso la tabella genererà la cifra 0. Il contenuto del counter è incrementato ad ogni passo, producendo la successione dei 16 caratteri tabellati. Una pausa tra un carattere e il successivo ne permette la visualizzazione. Quando sono stati esauriti i caratteri disponibili, il ciclo riprende dall' inizio. La tabella di conversione per i segmenti va considerata un modulo funzionale e quindi si utilizzerà la tecnica di "passare" il dato in uscita attraverso l' accumulatore WREG. Le routines di tempo sono quelle già viste in precedenza.

L' esercizio richiede le seguenti risorse:

• MPLAB IDE installato
• Pickit3 (o Pickit2)
• 28-40pin UniBoard con PIC18F2321 0 4321 (o 2221 o 4221 o altro hardware similare)
• il modulo DISP-1 oppure l' hardware che realizza lo schema equivalente, presentato nella pagina seguente

Il listato sorgente è una estensione di quello già visto negli altri esercizi e che fa da base per tutti i seguenti, aggiungendo gli elementi necessari al nuovo lavoro.

Il template utilizzato contiene qualche elemento di diversità dai precedenti, diventando leggermente più ricco di informazioni, come l' assegnazione iniziale dei pin del processore.

Ed una area di parametri calcolati dall' Assembler, che, non utilizzati in questa esercitazione, saranno invece  pratici in altre occasioni.

Anche l' assegnazione della RAM necessaria contiene un meccanismo che genera un errore nel caso in cui l' area dichiarata superi la capacità dell' Access RAM del processore.

Aggiungiamo anche una immagine grafica delle assegnazioni dei pin del port utilizzato.

Il programma vero e proprio parte con un salto, dopo il quale è posizionata la tabella RETLW, il che ne garantisce la localizzazione all' inizio di una pagina di memoria:

Segue dunque la tabella RETLW con i codici dei caratteri da visualizzare e l' equivalente esadecimale.

Vengono definiti 16 caratteri, con codici da 0h a Fh; i primi 10 sono le cifre da 0 a 9, i rimanenti rappresentano alcune lettere.

Come al solito, il programma è costituito da un numero minimo di istruzioni, dato che gran parte del lavoro viene effettuato dai moduli della tabella e della subroutine di pausa.

Il programma ricalca il flow chart visto prima.
Il carattere da presentare viene impostato in un counter a partire da 00h (carattere 0) e ad ogni passo del loop viene incrementato, facendo puntare la tabella al codice successivo.
Il test di fine dei codici disponibili si effettua sul valore del bit 4 del counter:se, dopo un incremento, questo bit va a 1, significa che il numero raggiunto (10h) supera il limite di valori codificati in tabella (0Fh).
Quindi il loop viene terminato e riprende il loop primario che ri azzera il counter e riprende da capo.
Una pausa viene inserita ad ogni passo per visualizzare il carattere e una pausa è introdotta anche alla fine del set di caratteri.

La subroutine di pausa è analoga a quelle fino ad ora utilizzate. 

Il sorgente termina con lo statement END.

Se si incontrano errori nella compilazione è opportuno verificarli con la lista di descrizione degli errori e correggere dove si è sbagliato.

Il file compresso di questa esercitazione è scaricabile dall'  area di download.