HT16K33モジュールを使い4個の7セグ4桁LEDに数値を出力する

HT16K33モジュールで4個の7セグ4桁LEDに数値を出力する

【最終更新日】2022-10-29

1. ラズベリーパイと電子工作の参考書

気象データ表示板を制作する際に参考にした書籍

引用箇所と書籍名

Chapter 3-2 コンフィグレーション
Chapter 3-3 ネットワークの接続設定

Section 8-2 数字を表示する(7セグメントLED) : 表示をLEDマトリクスドライバモジュールに任せる

第 2章ディジタル入出力
第 3章 I2C (アイ・スクエアド・シー)
第 4章 SPI (シリアル・ペリフェラル・インターフェイス)
第10章環境データ環境システム (データ保存)

Chapter 6 知っておきたい電子回路の基礎知識
[072] 単安定マルチバイブレータ：ワンショットマルチバイブレータ

① Raspbian OSのインストール、GPIOに関するコンフィグレーションついて詳しい説明があります
※ 2022年時点の最新は Rasberry Pi OS ですが 書籍のOSバージョンで特に問題になることはありませんでした。
②ラズパイを使った電子工作で実践的な内容になっています
- 【表示をLEDマトリクスドライバモジュールに任せる】の回路
  ※ GPIO制御のPythonライブラリとして wiringpi を使用していますが、このライブラリは現在Deprecatedとなっています。
③ 電子回路の基礎からセンサーデータの活用まで体系的によくまとめられておりお薦めです。
※1 残念な点はそれぞれ価格が高価な無線モジュールXBee、無線マイコンモジュールTWELITEを採用していること
④ マイコン、ラズパイOSなどがなくとも単独で動作する電子回路について数多く掲載されています

2. 気象データ表示板の製作

2-1. LEDマトリクスドライバモジュールを使って4桁7セグLEDに数字を出力する

HT16K33モジュール + I2Cバス双方向電圧レベル変換モジュール + 4桁7セグLED (1個)
書籍②の Capter 8 【表示をLEDマトリクスドライバモジュールに任せる】をブレッドボード上に配線
pigpio Pyhon module >> https://abyz.me.uk/rpi/pigpio/python.html <<

ブレッドボード上でHT16K33モジュールと1個の7セグ4桁LEDを組み立てたところ

2-2. HT16K33モジュール使って4個の4桁7セグLEDに同時にデータを出力する方法

2-2-1. 4個の4桁7セグLEDを下記図のように並列に接続する

4個の4桁7セグLEDの並列接続概念図

2-2-2. HT16K33モジュールのデータシートから接続ピンの一覧表を作成する

HT16K33モジュールのデータシートを参考に4個の4桁7セグLEDにPin名を関連付けた表

2-2-3. 気象データ表示板の背面配線図を作成する

初心者の方は背面配線図があるとハンダ付け作業がスムーズに進みます

<<背面配線図>>

2-3. ブレッドボード上で検証

部品への配線が正しく動作することをブレッドボードを使って予め検証する必要が有ります。

HT16K33モジュールと4個の4桁7セグLEDを並列に接続

2-4. 試作版の製作

気象データ表示板の基板サイズは 210x150mm で値段が税込みで700円位します(出筆時点)。いきなりこれにハンダ付けして失敗するとちょっと経済的に打撃が大きい。なのでひとまず下記のように比較的安価な小さな基板2枚で試作版をつくりました。

下記画像で見ての通り4桁7セグLEDは電流制限抵抗が上下に必要なため、4桁7セグLEDを4個縦に並べるように作る想定だとハンダ付けが相当大変になることが想像されます。

試作版の小さなユニバーサル基板 (138x95mm と 95x72mm)

2-5. 4桁7セグメントLED 簡易化基板を使う

下記基板をスイッチサイエンスで見つけ早速購入し試してみました。

1袋に基板が5枚と表面実装の抵抗が5組分(+α) が入っています

電流制限抵抗がチップ抵抗になっています

基板を被せる向きに注意します

予めはんだ付けした抵抗値を測定します

2-6. 完成

簡易キットを採用したことによりユニバーサル基板上にスッキリと配置することできました。

完成した気象データ表示板に気象データを出力

並列接続のためLEDマトリクスドライバモジュール周辺のハンダ付けがかなり込み入っています。

背面の配線状況

2-7. 気象データ表示板の拡張

気象データの観測時刻を右側のコロン付き4桁7セグLED(VT16K33モジュール組込み済み)に出力

VK16K33モジュールに組み込まれたコロン付き4桁7セグLED(右側)

ソースコードは下記リポジトリ【ラズベリーパイによる家庭用気象データ監視システム】へ

https://github.com/pipito-yukio/home_weather_sensors/tree/master/raspi_zero

bin/lib/ht16k33.py: HT16K33 モジュールの制御クラス
bin/lib/led4digit7seg.py: 4つの7セグ4桁LEDの出力を制御するクラス
bin/lib/timeled7seg.py: 時刻の出力を制御するクラス
bin/pigpio/UDPClientFromWeatherSensor.py: 気象データ表示板の制御プログラム本体
bin/udpclient_from_weather_sensor.sh: 起動シェルスクリプト