Четырехразрядный индикатор LED, FLASH-I2C, подключаем к Raspberry Pi

Общие сведения:

Trema модуль - Четырехразрядный индикатор LED, FLASH-I2C - является устройством вывода информации получаемой по шине I2С.

Модуль относится к серии «Flash», а значит к одной шине I2C можно подключить более 100 модулей, так как их адрес на шине I2C (по умолчанию 0x09), хранящийся в энергонезависимой памяти, можно менять программно.

Модуль является устройством вывода информации, его можно использовать для отображения чисел (в том числе и отрицательных), времени, температуры и некоторых символов.

Видео:

Спецификация:

Напряжение питания: 3,3 В или 5 В, поддерживаются оба напряжения.
Ток потребляемый модулем: до 10 мА.
Интерфейс: I2C.
Скорость шины I2C: 100 кбит/с.
Адрес на шине I2C: устанавливается программно (по умолчанию 0x09).
Уровень логической 1 на линиях шины I2C: Vcc.
Количество разрядов индикатора: 4.
Частота обновления выводимых данных: от 1 до 255 Гц.
Рабочая температура: от -20 до +70 °С.
Габариты: 30 х 30 мм.
Вес: 15 г.

Подключение:

На плате модуля расположен разъем из 4 выводов для подключения к шине I2C.

SCL - вход/выход линии тактирования шины I2C.
SDA - вход/выход линии данных шины I2C.
Vcc - вход питания 3,3 или 5 В.
GND - общий вывод питания

Для удобства подключения, предлагаем воспользоваться Trema+Expander Hat.

Модуль удобно подключать 2 способами, в зависимости от ситуации:

Способ - 1: Используя провода и Raspberry Pi

Используя провода «Мама — Мама», подключаем напрямую к Raspberry Pi

В этом случае необходимо питать логическую часть модуля от 3,3 В Raspberry

Способ - 2: Используя Trema+Expander Hat

Используя 4-х проводной шлейф, подключаем к Trema+Expander Hat.

Питание:

Входное напряжение питания модуля 3,3В или 5В постоянного тока (поддерживаются оба напряжения питания), подаётся на выводы Vcc и GND.

Подробнее о модуле:

Модуль построен на базе четырёхразрядного светодиодного индикатора, микроконтроллера STM32F030K6 и снабжён собственным стабилизатором напряжения. Модуль способен выводить числа, время, температуру и некоторые символы.

Модуль позволяет:

Менять свой адрес на шине I2C.
Управлять внутренней подтяжкой линий шины I2C (по умолчанию включена).
Выводить числа, время, температуру и некоторые символы.
Выравнивать выводимые числа по любой из 4 позиций.
Определять направление сдвига числа от позиции по которой выполнено выравнивание.
Задавать частоту обновления информации дисплея, от 1 до 255 Гц.
Указывать яркость свечения всех сегментов дисплея, от 0 до 7.
Поворачивать изображение индикатора на 180°.
Указывать любому разряду индикатора мигать включёнными сегментами с заданной частотой.

Специально для работы с Trema модулем - Четырехразрядный индикатор LED, FLASH-I2C, нами разработана библиотека pyiArduinoI2Cled которая позволяет реализовать все функции модуля.

Для работы с модулем необходимо включить шину I2C.

Ссылка на подробное описание как это сделать.

Внимание! Для корректной работы модулей FLASH-I2C на Raspberry Pi под управлением Raspberry OS "Buster" необходимо выключить динамическое тактирование ядра (опция core_freq_min должна быть равна core_freq в /boot/config.txt) Ссылка на подробное описание.

Для подключения библиотеки необходимо сначала её установить. Сделать это можно в менеджере модулей в Thonny Python IDE (тогда библиотека установится локально для этого IDE), в виртуальной среде командой pip3 install pyiArduinoI2Cled или в терминале Raspberry (тогда библиотека будет системной) командой:

sudo pip3 install pyiArduinoI2Cled

Подробнее об установке библиотек можно узнать в этой статье.

Примеры:

Смена адреса модуля на шине I2C:

Пример позволяет указать адрес модулю, даже если его текущий адрес Вам неизвестен.

# Подключаем библиотеку для работы с модулем
from pyiArduinoI2Cled import *
import sys

# Объявляем объект module для работы с функциями и методами библиотеки pyiArduinoI2Cled.
# Если при объявлении объекта указать адрес, например, module(0x0B),
# то пример будет работать с тем модулем, адрес которого был указан.
module = pyiArduinoI2Cled(None, NO_BEGIN)

# Если сценарию не были переданы аргументы
if len(sys.argv) < 2:
    # Назначаем модулю адрес (0x07 < адрес < 0x7F).
    newAddress = 0x09

# Иначе
else:
    # Новый адрес - первый аргумент
    newAddress = int(sys.argv[1])

# Если модуль найден
if module.begin():
    print("Найден модуль %#.2x" % module.getAddress())

    # Если адрес удалось изменить
    if module.changeAddress(newAddress):
            print("Адрес изменён на %#.2x" % module.getAddress())

    else:
            print("Адрес не изменён!")

else:
    print("Модуль не найден!")

Для работы данного примера, на шине I2C должен быть только один модуль Четырехразрядный индикатор LED.

Данный скетч демонстрирует не только возможность смены адреса на указанный в переменной newAddress, но и обнаружение, и вывод текущего адреса модуля на шине I2C.

Вывод текущего времени

from datetime import datetime
from time import sleep

# Подключаем библиотеку для работы с индикатором I2C-flash.
from pyiArduinoI2Cled import *

# Объявляем объект библиотеки pyiArduinoI2Cled, указывая адрес модуля на шине I2C.
disp = pyiArduinoI2Cled(0x09)

# Если объявить объект без указания адреса, то адрес будет найден автоматически.
#disp = pyiArduinoI2Cled()

# Указываем двоеточию мигать (если оно выводится на индикатор).
disp.blink(0, True)

try:

    while True:

        hour = datetime.now().hour
        minute = datetime.now().minute

        # Выводим значения i и j как время (через двоеточие).
        disp.print(hour, minute, TIME)

except:

    # Очищаем дисплей если сценарий был прерван из-за исключения
    disp.clear()

Описание функций библиотеки:

В данном разделе описаны функции библиотеки pyiArduinoI2Cled для работы с Trema модулем - Четырехразрядный индикатор LED, FLASH-I2C на Raspberry Pi.

Подключение библиотеки:

Если адрес модуля известен (в примере используется адрес 0x09):

# Подключаем библиотеку для работы с модулем.
from pyiArduinoI2Cled import *
# Создаём объект module для работы с функциями и методами библиотеки iarduino_I2C_4LED, указав адрес модуля на шине I2C (0x09).
module = pyiArduinoI2Cled(0x09)

Если адрес модуля неизвестен (адрес будет найден автоматически):

# Подключаем библиотеку для работы с модулем.
from pyiArduinoI2Cled import *
# Создаём объект module для работы с функциями и методами библиотеки iarduino_I2C_4LED, без указания адреса.
module = pyiArduinoI2Cled()

При создании объекта без указания адреса, на шине должен находиться только один модуль.

Функция begin();

Назначение: Инициализация работы с модулем.
Синтаксис: begin();
Параметры: Нет.
Возвращаемое значение: результат инициализации (True или False).
Примечание: По результату инициализации можно определить наличие модуля на шине.
Пример:

if dispLED.begin():
    print( "Модуль найден и инициирован!" )

Функция reset();

Назначение: Перезагрузка модуля.
Синтаксис: reset();
Параметры: Нет.
Возвращаемое значение: результат перезагрузки (True или False).
Пример:

if dispLED.reset():
    print( "Модуль перезагружен" )
else:
    print( "Модуль не перезагружен" )

Функция changeAddress();

Назначение: Смена адреса модуля на шине I2C.
Синтаксис: changeAddress( АДРЕС );
Параметр:
- АДРЕС - новый адрес модуля на шине I2C (целое число от 0x08 до 0x7E)
Возвращаемое значение: результат смены адреса (True или False).
Примечание:
- Адрес модуля сохраняется в энергонезависимую память, а значит будет действовать и после отключения питания.
- Текущий адрес модуля можно узнать функцией getAddress().
Пример:

if( dispLED.changeAddress(0x12):
    print( "Адрес модуля изменён на 0x12" )
else:
    print( "Не удалось изменить адрес"    )

Функция getAddress()

Назначение: Запрос текущего адреса модуля на шине I2C.
Синтаксис: getAddress()
Параметры: Нет.
Возвращаемое значение: АДРЕС - текущий адрес модуля на шине I2C (от 0x08 до 0x7E)
Примечание: Функция может понадобиться если адрес модуля не указан при создании объекта, а обнаружен библиотекой.
Пример:

print( "Адрес модуля на шине I2C = ", end='' )
print( dispLED.getAddress() )

Функция getVersion()

Назначение: Запрос версии прошивки модуля.
Синтаксис: getVersion()
Параметры: Нет
Возвращаемое значение: ВЕРСИЯ - номер версии прошивки от 0 до 255.
Пример:

print( "Версия прошивки модуля:" )
print( dispLED.getVersion() )

Функция setPullI2C()

Назначение: Управление внутрисхемной подтяжкой линий шины I2C.
Синтаксис: setPullI2C( [ФЛАГ] )
Параметр:
- ФЛАГ требующий установить внутрисхемную подтяжку линий шины I2C (True или False).
Возвращаемое значение:
- результат включения / отключения внутрисхемной подтяжки (True или False).
Примечание:
- Вызов функции без параметра равносилен вызову функции с параметром True - установить.
- Флаг установки внутрисхемной подтяжки сохраняется в энергонезависимую память модуля, а значит будет действовать и после отключения питания.
- Внутрисхемная подтяжка линий шины I2C осуществляется до уровня 3,3 В, но допускает устанавливать внешние подтягивающие резисторы и иные модули с подтяжкой до уровня 3,3 В или 5 В, вне зависимости от состояния внутрисхемной подтяжки модуля.

Пример:

if dispLED.setPullI2C(True):
    print( "Внутрисхемная подтяжка установлена." )
if dispLED.setPullI2C(false):
    print( "Внутрисхемная подтяжка отключена."   )

Функция getPullI2C()

Назначение: Запрос состояния внутрисхемной подтяжки линий шины I2C.
Синтаксис: getPullI2C()
Параметры: Нет.
Возвращаемое значение: ФЛАГ включения внутрисхемной подтяжки (True или False).
Пример:

if dispLED.getPullI2C():
    print( "Внутрисхемная подтяжка включена."  )
else:
    print( "Внутрисхемная подтяжка отключена." )

Функция clear()

Назначение: очистка индикатора
Синтаксис: clear()
Параметры: Нет.
Возвращаемые значения: Нет.
Пример:

# Чистим LED индикатор (все диоды выключатся).
dispLED.clear()

Функция light()

Назначение: Установка яркости свечения индикатора.
Синтаксис: light( ЧИСЛО )
Параметры:
- ЧИСЛО - целое число, определяющее яркость, от 0 до 7 (максимальная яркость).
Возвращаемые значения: Нет.
Примечание: Яркость по умолчанию = 6.
Пример:

# Устанавливаем максимальную яркость свечения LED индикатора.
dispLED.light(7)

Функция blink()

Назначение: Управление миганием цифр и символов в указанных позициях.
Синтаксис: blink( ПОЗИЦИЯ , СОСТОЯНИЕ );
Параметры:
- ПОЗИЦИЯ - целое число, указывающее позицию цифры: 1, 2, 3, 4 или 0 для двоеточия.
- СОСТОЯНИЕ - флаг может принимать значение 0 (не мигать) или 1 (мигать).
Возвращаемые значения: Нет.
Примечание:
- Если первый параметр ПОЗИЦИЯ больше 4, то СОСТОЯНИЕ применяется ко всему индикатору.
- Функция управляет только миганием и не влияет на ранее установленные цифры, символы и точки.
- Частота миганий задаётся функцией frequ().
Пример:

# Заставляем мигать двоеточие (если двоеточие включено).
dispLED.blink(0, true)

# Заставляем мигать первую цифру или символ (теперь будет мигать и двоеточие, и символ находящийся в первой позиции).
dispLED.blink(1, true)

# Отключаем мигание двоеточия (теперь будет мигать только цифра или символ находящаяся в первой позиции).
dispLED.blink(0, false)

Функция frequ()

Назначение: Установка частоты миганий цифр и символов указанных функцией blink().
Синтаксис: frequ( ЧАСТОТА )
Параметр:
- ЧАСТОТА - целое число, указывающее частоту в Гц, от 1 до 4.
Возвращаемые значения: Нет.
Примечание:
- Частота миганий цифр и символов позиция которых указана функцией blink() не зависит от частоты обновления дисплея указанной функцией fps().
- Частота по умолчанию = 1 Гц.
Пример:

# Цифры и символы индикатора определённые функцией blink() будут мигать с частотой 1 Гц.
dispLED.frequ(1)

Функция turn();

Назначение: Разворот изображения индикатора.
Синтаксис: turn( ФЛАГ );
Параметр:
- ФЛАГ - может принимать значение 0 (без разворота) или 1 (повернуть на 180°).
Возвращаемые значения: Нет.
Примечание:
- Если на индикаторе есть точки и они физически расположены только снизу цифр, то при развороте изображения, точки окажутся вверху и перед цифрами.
Пример:

# Развернуть изображение индикатора на 180°.
dispLED.turn(1)

Функция setLED();

Назначение: Установка светодиодов (сегментов) индикатора по битам.
Синтаксис: setLED ( [[[[[ БАЙТ_№1 ] , БАЙТ_№2 ] , БАЙТ_№3 ] , БАЙТ_№4 ] , ФЛАГ ] );
Параметры:
- БАЙТ_№1 - каждый бит этого байта включает свой светодиод (сегмент) в 1 позиции.
- БАЙТ_№2 - каждый бит этого байта включает свой светодиод (сегмент) в 2 позиции.
- БАЙТ_№3 - каждый бит этого байта включает свой светодиод (сегмент) в 3 позиции.
- БАЙТ_№4 - каждый бит этого байта включает свой светодиод (сегмент) в 4 позиции.
- ФЛАГ - включает двоеточие.
Возвращаемые значения: Нет.
Примечание:
- Каждый бит байта соответствует одному светодиоду (сегменту) в следующем порядке: hgfedcba (старший бит управляет сегментом «h», а младший бит управляет сегментом «a»).
- Все параметры являются необязательными, отсутствие параметра означает что все светодиоды (сегменты) в данной позиции будут выключены.
Пример:

# В 1 позиции включены сегменты «c» и «b» (как у цифры 1), а во 2 разряде включены сегменты «g»«f»«b»«a» (как у символа градуса), остальные разряды индикатора выключены.
dispLED.setLED(0B00000110, 0B01100011)

Функция print();

Назначение: Вывод числа, массива чисел, текста, времени или температуры.
Синтаксис: print ( ЗНАЧЕНИЕ , ПАРАМЕТРЫ_ВЫВОДА_ЧИСЛА )
Параметры:
- ЗНАЧЕНИЕ - то, что требуется вывести на индикатор, это может быть:
  - Целое число (как положительное, так и отрицательное).
  - Дробное число (как положительное, так и отрицательное).
  - Массив (из 4 положительных целых чисел, от 0 до 9)
  - Текст (из следующих символов "0123456789 abcdefghijlnopstu .,:;*-_")
- ПАРАМЕТРЫ_ВЫВОДА_ЧИСЛА - допускается указывать от 0 до 5 параметров:
  - LEN1, LEN2, LEN3 или LEN4 - количество символов в выводимом числе (включая знак минус).
  - POS1, POS2, POS3 или POS4 - позиция от левого края, к которой привязывается выводимое число.
  - LEFT или RIGHT - направление вывода относительно указанной позиции.
  - DEC или HEX - система счисления для выводимого числа.
  - TIME или TEMP - отображение чисел в виде времени или числа в виде температуры.
  - символ типа char - для заполнения им недостающих разрядов
Возвращаемые значения: Нет.
Примечание:
- Параметры указываются только если значением является число (целое или с плавающей точкой).
- Если первым параметром (после значения) указать число, то оно будет означать количество выводимых разрядов после запятой.
- Примеры:

# Число 12345.6789 будет выведено как 5.67
dispLED.print( 12345.6789 , 2 , POS1 , LEN3 , RIGHT )

Вывод без форматирования:

dispLED.print( 1 ) # Вывод целого числа 1.
dispLED.print( 3.45 ) # Вывод дробного числа 3.45 (по умолчанию выводится 1 знак после запятой)
dispLED.print( -12 ) # Вывод отрицательного целого числа -12.
dispLED.print( -3.45 ) # Вывод отрицательного дробного числа -3.45
dispLED.print( 250 , HEX ) # Вывод числа 250 в шестнадцатиричной системе счисления
dispLED.print( 23 , TEMP ) # Вывод температуры
dispLED.print( 23.6 , TEMP ) # Вывод температуры
dispLED.print( 4 , 5 , TIME ) # Вывод времени
dispLED.print( "67" ) # Вывод текста
dispLED.print( "OFF" ) # Вывод текста из букв латинского алфавита
dispLED.print( "8:9" ) # Вывод текста с двоеточием

Вывод чисел с указанием количества знаков после запятой:

dispLED.print( 1 , 2 ) # Вывод целого числа 1 с 2 знаками после запятой
dispLED.print( -2 , 1 ) # Вывод отрицательного целого числа -2 с 1 знаком после запятой
dispLED.print( 3.45 , 2 ) # Вывод дробного числа 3.45 с 2 знаками после запятой
dispLED.print( -3.45 , 0 ) # Вывод отрицательного дробного числа -3.45 без знаков после запятой

Вывод чисел с указанием их размерности:

dispLED.print( 1 , LEN2 ) # Вывод целого числа 1 в 2 разрядах
dispLED.print( -1 , LEN3 ) # Вывод отрицательного целого числа -1 в 3 разрядах
dispLED.print( 2.3 , LEN3 ) # Вывод дробного числа 2.3 в 3 разрядах
dispLED.print( -4.567 , 1 , LEN4 ) # Вывод дробного числа -4.567 в 4 разрядах , с 1 знаком после запятой
dispLED.print( 8901 , LEN1 ) # Вывод целого числа 8901 в 1 разряде
dispLED.print( 7 , LEN3 , '-' ) # Вывод числа 7 в 3 разрядах, с заполнением пустых разрядов символом '-'

Указание направления сдвига чисел:

dispLED.print( 1 , RIGHT ) # Вывод целого числа 1 со сдвигом вправо от старшего разряда
dispLED.print( 12 , RIGHT ) # Вывод целого числа 12 со сдвигом вправо от старшего разряда
dispLED.print( 12.3 , RIGHT ) # Вывод дробного числа 12.3 со сдвигом вправо от старшего разряда
dispLED.print( 1 , LEFT ) # Вывод целого числа 1 со сдвигом влево (по умолчанию) от младшего разряда
dispLED.print( 12 , LEFT ) # Вывод целого числа 12 со сдвигом влево (по умолчанию) от младшего разряда
dispLED.print( 12.3 , LEFT ) # Вывод дробного числа 12.3 со сдвигом влево (по умолчанию) от младшего разряда

Вывод чисел с привязкой к определённой позиции от левого края:

dispLED.print( 74 , POS4 ) # Вывод целого числа 74 со сдвигом влево (по умолчанию) от 4 позиции
dispLED.print( 74 , POS3 ) # Вывод целого числа 74 со сдвигом влево (по умолчанию) от 3 позиции
dispLED.print( 74 , POS2 ) # Вывод целого числа 74 со сдвигом влево (по умолчанию) от 2 позиции
dispLED.print( 74 , POS1 ) # Вывод целого числа 74 со сдвигом влево (по умолчанию) от 1 позиции
dispLED.print( 74 , POS4 , RIGHT ) # Вывод целого числа 74 со сдвигом вправо от 4 позиции
dispLED.print( 74 , POS3 , RIGHT ) # Вывод целого числа 74 со сдвигом вправо от 3 позиции
dispLED.print( 74 , POS2 , RIGHT ) # Вывод целого числа 74 со сдвигом вправо от 2 позиции
dispLED.print( 74 , POS1 , RIGHT ) # Вывод целого числа 74 со сдвигом вправо от 1 позиции

Параметры вывода числа можно комбинировать в любой последовательности:

за исключением числа, указывающего количество знаков после запятой, оно должно быть первым после выводимого значения

dispLED.print( 12345.6789 , 2 , POS1 , LEN3 , RIGHT );
# Вывод дробного числа 12345.6789
# выводить 2 знака после запятой
# POS1 - число вывести на дисплей начиная с 1 позиции от левого края
# LEN3 - размерность выводимого числа 3 разряда
# RIGHT - число сдвигать вправо от указанной позиции.

Дополнительные функции библиотеки:

В библиотеке реализованы две дополнительные функции, применение которых может быть интересно в познавательных целях.

Функция fps()

Назначение: Установка частоты обновления всего изображения индикатора.
Синтаксис: fps( ЧАСТОТА )
Параметр:
- ЧАСТОТА - значение от 1 до 255 Гц.
Возвращаемые значения: Нет.
Примечание:
- Светодиоды индикатора светятся не одновременно, а поочерёдно включаются и выключаются так, что в любой момент времени может светиться только один светодиод.
- Частота заданная данной функцией аналогична частоте кадровой развёртки дисплея, она определяет сколько раз в секунду обновится всё изображение индикатора.
- На частотах ниже 30 Гц заметно мерцание, а на частотах ниже 10 Гц можно отследить в каком порядке включаются светодиоды.
Пример:

# Обновлять изображение индикатора всего 2 раза в секунду.
dispLED.fps(2)

Функция scheme()

Назначение: Установка схемы включения светодиодов.
Синтаксис: scheme( СХЕМА )
Параметр:
- СХЕМА - может принимать одно из двух значений:
  - LED_CA - светодиоды индикатора включены по схеме с общим анодом.
  - LED_CC - светодиоды индикатора включены по схеме с общим катодом.
Возвращаемые значения: Нет.
Примечание:
- Изменение схемы включения светодиодов может быть полезно только при замене индикатора на плате модуля.
Пример:

# Указываем модулю управлять индикатором собранном по схеме с общими анодами.
dispLED.scheme(LED_CA)
# Указываем модулю управлять индикатором собранном по схеме с общими катодом.
dispLED.scheme(LED_CC)