Matrix - 4-Digit 8-Segment Display/zh

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English

1 介绍

4-Digit 8-Segment Display
  • 模块Matrix-4_Digit_8_Segment_Display是四位八段数码管模块,带小数点，用于显示数字或字母。模块采用串行接口芯片，只需要3个数据引脚和2个电源引脚即可完成数据显示。

2 特性

  • 精致小巧
  • 高对比度，低功耗
  • 串行接口
  • 2.54mm排针接口，接线方便，通用性强
  • PCB尺寸（mm）：14x40

Segment_Display_PCB

  • 引脚说明:
名称 描述
DI 串行数据输入
CK 串行时钟输入
LD 输出存储器锁存
5V 电源5V
GND 地

3 工作原理

  • 模块使用两片74HC595PW串入并出移位寄存器作为控制芯片，分别控制数码管的段选和位选。
  • 芯片位选控制引脚通过三极管接数码管的位选引脚，需要选中某个数码管，只需要在对应的控制位置1。
  • 段选信号某位置1，对应的段点亮，段选信号数据逐位在CK（移位寄存器时钟输入）的上升沿输入到移位寄存器中，先写高位数据还是先写低位数据由软件控制。在LD（存储器时钟输入）的上升沿移位寄存器中的数据输入到存储器中,并行输出。
  • 每次只有一个数码管显示一位数据，循环显示，即可显示四位数字。

4 下载Matrix源码

Matrix配件相关的代码是完全开源的，统一由一个仓库进行管理：https://github.com/friendlyarm/matrix.git
该仓库里不同的分支代表着Matrix配件所支持的不同开发板。

  • nanopi分支用于支持NanoPi；
  • nanopi2分支用于支持NanoPi 2；
  • tiny4412分支用于支持Tiny4412；
  • raspberrypi分支用于支持RaspberryPi；

在主机PC上安装git，以Ubuntu14.04为例 

$ sudo apt-get install git

克隆Matrix配件代码仓库 

$ git clone https://github.com/friendlyarm/matrix.git

克隆完成后会得到一个名为matrix的目录，里面存放着所有Matrix配件的代码。

5 与NanoPi 2连接使用

5.1 硬件连接

参考下图连接模块Matrix-4-Digit 8-Segment Display和NanoPi 2：
Matrix-Segment_nanopi_2

连接说明：

Matrix-4-Digit 8-Segment Display NanoPi 2
DI Pin11
CK Pin13
LD Pin15
5V Pin4
GND Pin6

5.2 编译测试程序

进入Matrix代码仓库，切换到nanopi2分支 

$ cd matrix
$ git checkout nanopi2

编译Matrix配件代码 

$ make CROSS_COMPILE=arm-linux- clean
$ make CROSS_COMPILE=arm-linux-
$ make CROSS_COMPILE=arm-linux- install

注意：请确保你的主机PC当前使用的交叉编译器为NanoPi 2配套的arm-linux-gcc-4.9.3。
编译成功后库文件位于install/lib目录下，而测试程序则位于install/usr/bin目录下，模块Matrix-4-Digit 8-Segment Display对应的测试程序为matrix-Digit Segment。
硬件驱动模块位于modules目录下，对应的驱动源码都包含在在NanoPi 2的Linux内核仓库里：https://github.com/friendlyarm/linux-3.4.y.git

5.3 运行测试程序

将带有Debian系统的SD卡插入一台运行Linux的电脑，可以挂载SD卡上的boot和rootfs分区。
假设rootfs分区的挂载路径为/media/rootfs，执行以下命令将Matrix的硬件驱动、库文件和测试程序拷贝到NanoPi 2的文件系统上。

$ cp modules /media/rootfs/ -r
$ cp install/lib/* /media/rootfs/lib/ -d
$ cp install/usr/bin/* /media/rootfs/usr/bin/

将SD卡重新插入NanoPi 2，上电启动，在Debian的shell终端中执行以下命令运行模块Matrix-LED的测试程序。

$ matrix-led

运行效果如下：
matrix-led_result
可以看到LED在不停地闪烁。

5.4 代码展示

int main(int argc, char ** argv) 
{
    int ledPin = GPIO_PIN(7); 
    int i = 0;
    int ret = -1;
 
    if ((ret = exportGPIOPin(ledPin)) == -1) {   
        printf("exportGPIOPin(%d) failed\n", ledPin);
    }
    if ((ret = setGPIODirection(ledPin, GPIO_OUT)) == -1) {
        printf("setGPIODirection(%d) failed\n", ledPin);
    }
 
    for (i = 0; i < LED_BLINK_TIMES; i++) {
        if (i % 2) {
            ret = setGPIOValue(ledPin, GPIO_HIGH);
        } else {
            ret = setGPIOValue(ledPin, GPIO_LOW);
        }
        if (ret == -1) {
            printf("setGPIOValue(%d) failed\n", ledPin);
        }
        printf("LED blinking times %d\n", i);
        sleep(1);
    }
    unexportGPIOPin(ledPin);
    return 0;
}

6 与NanoPi M2连接使用

6.1 硬件连接

参考下图连接模块Matrix-LED和NanoPi M2：
Matrix-LED_nanopi_M2

连接说明：

Matrix-LED NanoPi M2
S Pin7
V Pin4
G Pin6

6.2 编译测试程序

进入Matrix代码仓库，切换到nanopi_M2分支 

$ cd matrix
$ git checkout nanopi_M2

编译Matrix配件代码 

$ make CROSS_COMPILE=arm-linux- clean
$ make CROSS_COMPILE=arm-linux-
$ make CROSS_COMPILE=arm-linux- install

注意：请确保你的主机PC当前使用的交叉编译器为NanoPi 2配套的arm-linux-gcc-4.9.3。
编译成功后库文件位于install/lib目录下，而测试程序则位于install/usr/bin目录下，模块Matrix-LED对应的测试程序为matrix-led。
硬件驱动模块位于modules目录下，对应的驱动源码都包含在在NanoPi M2的Linux内核仓库里：https://github.com/friendlyarm/linux-3.4.y.git

6.3 运行测试程序

将带有Debian系统的SD卡插入一台运行Linux的电脑，可以挂载SD卡上的boot和rootfs分区。
假设rootfs分区的挂载路径为/media/rootfs，执行以下命令将Matrix的硬件驱动、库文件和测试程序拷贝到NanoPi M2的文件系统上。

$ cp modules /media/rootfs/ -r
$ cp install/lib/* /media/rootfs/lib/ -d
$ cp install/usr/bin/* /media/rootfs/usr/bin/

将SD卡重新插入NanoPi M2，上电启动，在Debian的shell终端中执行以下命令运行模块Matrix-LED的测试程序。

$ matrix-led

运行效果如下：
matrix-led_result
可以看到LED在不停地闪烁。

6.4 代码展示

int main(int argc, char ** argv) 
{
    int ledPin = GPIO_PIN(7); 
    int i = 0;
    int ret = -1;
 
    if ((ret = exportGPIOPin(ledPin)) == -1) {   
        printf("exportGPIOPin(%d) failed\n", ledPin);
    }
    if ((ret = setGPIODirection(ledPin, GPIO_OUT)) == -1) {
        printf("setGPIODirection(%d) failed\n", ledPin);
    }
 
    for (i = 0; i < LED_BLINK_TIMES; i++) {
        if (i % 2) {
            ret = setGPIOValue(ledPin, GPIO_HIGH);
        } else {
            ret = setGPIOValue(ledPin, GPIO_LOW);
        }
        if (ret == -1) {
            printf("setGPIOValue(%d) failed\n", ledPin);
        }
        printf("LED blinking times %d\n", i);
        sleep(1);
    }
    unexportGPIOPin(ledPin);
    return 0;
}

7 与NanoPC-T2连接使用

7.1 硬件连接

参考下图连接模块Matrix-LED和NanoPC-T2：
Matrix-LED_NanoPC-T2

连接说明：

Matrix-LED NanoPC-T2
S Pin14
V Pin29
G Pin30

7.2 编译测试程序

进入Matrix代码仓库，切换到NanoPC-T2分支 

$ cd matrix
$ git checkout NanoPC-T2

编译Matrix配件代码 

$ make CROSS_COMPILE=arm-linux- clean
$ make CROSS_COMPILE=arm-linux-
$ make CROSS_COMPILE=arm-linux- install

注意：请确保你的主机PC当前使用的交叉编译器为NanoPi 2配套的arm-linux-gcc-4.9.3。
编译成功后库文件位于install/lib目录下，而测试程序则位于install/usr/bin目录下，模块Matrix-LED对应的测试程序为matrix-led。
硬件驱动模块位于modules目录下，对应的驱动源码都包含在在NanoPC-T2的Linux内核仓库里：https://github.com/friendlyarm/linux-3.4.y.git

7.3 运行测试程序

将带有Debian系统的SD卡插入一台运行Linux的电脑，可以挂载SD卡上的boot和rootfs分区。
假设rootfs分区的挂载路径为/media/rootfs，执行以下命令将Matrix的硬件驱动、库文件和测试程序拷贝到NanoPC-T2的文件系统上。

$ cp modules /media/rootfs/ -r
$ cp install/lib/* /media/rootfs/lib/ -d
$ cp install/usr/bin/* /media/rootfs/usr/bin/

将SD卡重新插入NanoPC-T2，上电启动，在Debian的shell终端中执行以下命令运行模块Matrix-LED的测试程序。

$ matrix-led

运行效果如下：
matrix-led_result
可以看到LED在不停地闪烁。

7.4 代码展示

int main(int argc, char ** argv) 
{
    int ledPin = GPIO_PIN(7); 
    int i = 0;
    int ret = -1;
 
    if ((ret = exportGPIOPin(ledPin)) == -1) {   
        printf("exportGPIOPin(%d) failed\n", ledPin);
    }
    if ((ret = setGPIODirection(ledPin, GPIO_OUT)) == -1) {
        printf("setGPIODirection(%d) failed\n", ledPin);
    }
 
    for (i = 0; i < LED_BLINK_TIMES; i++) {
        if (i % 2) {
            ret = setGPIOValue(ledPin, GPIO_HIGH);
        } else {
            ret = setGPIOValue(ledPin, GPIO_LOW);
        }
        if (ret == -1) {
            printf("setGPIOValue(%d) failed\n", ledPin);
        }
        printf("LED blinking times %d\n", i);
        sleep(1);
    }
    unexportGPIOPin(ledPin);
    return 0;
}

8 与NanoPi连接使用

8.1 准备工作

在NanoPi上运行Debian系统，然后在主机PC上安装并使用相应的编译器，参考wiki: NanoPi & How to Build the Compiling Environment。
注意: 只有使用nanopi-v4.1.y-matrix分支编译出来的内核才能配合Matrix配件正常工作。
下载NanoPi内核源代码并编译: 

$ git clone https://github.com/friendlyarm/linux-4.x.y.git
$ cd linux-4.x.y
$ git checkout nanopi-v4.1.y-matrix
$ make nanopi_defconfig
$ touch .scmversion
$ make

编译好后的zImage位于内核源码arch/arm/boot/目录下，把该zImage替换掉NanoPi烧写文件sd-fuse_nanopi/prebuilt下的zImage，重新制作SD卡即可。

8.2 硬件连接

参考下图连接模块Matrix-LED和NanoPi：
matrix-led_nanopi

连接说明：

Matrix-LED NanoPi
S Pin7
V Pin4
G Pin6

8.3 编译测试程序

进入Matrix代码仓库，切换到nanopi分支 

$ cd matrix
$ git checkout nanopi

编译Matrix配件代码 

$ make CROSS_COMPILE=arm-linux- clean
$ make CROSS_COMPILE=arm-linux-
$ make CROSS_COMPILE=arm-linux- install

注意：请确保你的主机PC当前使用的交叉编译器为NanoPi-Debian配套的arm-linux-gcc.4.4.3。
编译出来的库文件位于install/lib目录下，而测试程序则位于install/usr/bin目录下，模块Matrix-LED对应的测试程序为matrix-led。

8.4 运行测试程序

将带有Debian系统的SD卡插入一台运行Linux的电脑，可以挂载SD卡上的boot和rootfs分区。
假设rootfs分区的挂载路径为/media/rootfs，执行以下命令可将Matrix的所有库文件和测试程序拷贝到NanoPi的文件系统上。

$ cp install/usr/bin/* /media/rootfs/usr/bin/
$ cp install/lib/* /media/rootfs/lib/ -d

将SD卡重新插入NanoPi，上电启动，在Debian的shell终端中执行以下命令运行模块Matrix-LED的测试程序。

$ matrix-led

注意：此模块并不支持热插拔，启动系统前需要确保硬件连接正确。

8.5 代码展示

int main(int argc, char ** argv) 
{
    int ledPin = GPIO_PIN1; 
    int i = 0;
    int ret = -1;
 
    if ((ret = exportGPIOPin(ledPin)) == -1) {   
        printf("exportGPIOPin(%d) failed\n", ledPin);
    }
    if ((ret = setGPIODirection(ledPin, GPIO_OUT)) == -1) {
        printf("setGPIODirection(%d) failed\n", ledPin);
    }
 
    for (i = 0; i < LED_BLINK_TIMES; i++) {
        if (i % 2) {
            ret = setGPIOValue(ledPin, GPIO_HIGH);
        } else {
            ret = setGPIOValue(ledPin, GPIO_LOW);
        }
        if (ret == -1) {
            printf("setGPIOValue(%d) failed\n", ledPin);
        }
        printf("LED blinking times %d\n", i);
        sleep(1);
    }
    unexportGPIOPin(ledPin);
    return 0;
}

9 与Tiny4412连接使用

9.1 准备工作

参考Tiny4412光盘里的《友善之臂Ubuntu使用手册》，在Tiny4412上运行UbuntuCore系统，然后在主机PC上安装并使用相应的编译器。
注意：只能使用Tiny4412SDK-1506的底板。

9.2 硬件连接

参考下图连接模块Matrix-LED和Tiny4412：
matrix-led_tiny4412

连接说明：

Matrix-LED Tiny4412
S GPIO1 S
V GPIO1 5V
G GPIO1 GND

9.3 编译测试程序

进入Matrix代码仓库，切换到tiny4412分支 

$ cd matrix
$ git checkout tiny4412

编译Matrix配件代码 

$ make CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- clean
$ make CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf-
$ make CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- install

注意：请确保你的主机PC当前使用的交叉编译器为Tiny4412-UbuntuCore配套的arm-linux-gnueabihf-gcc-4.7.3。
编译出来的库文件位于install/lib目录下，而测试程序则位于install/usr/bin目录下，模块Matrix-LED对应的测试程序为matrix-led。

9.4 运行测试程序

将带有UbuntuCore系统的SD卡插入一台运行Linux的电脑，可以挂载SD卡上的boot和rootfs分区。
假设rootfs分区的挂载路径为/media/rootfs，执行以下命令可将Matrix的所有库文件和测试程序拷贝到Tiny4412的文件系统上。

$ cp install/usr/bin/* /media/rootfs/usr/bin/
$ cp install/lib/* /media/rootfs/lib/ -d

将SD卡重新插入Tiny4412，上电启动，在UbuntuCore的shell终端中执行以下命令运行模块Matrix-LED的测试程序。

$ matrix-led

注意：此模块并不支持热插拔，启动系统前需要确保硬件连接正确。

9.5 代码展示

int main(int argc, char ** argv) 
{
    int ledPin = GPIO_PIN1; 
    int i = 0;
    int ret = -1;
 
    if ((ret = exportGPIOPin(ledPin)) == -1) {   
        printf("exportGPIOPin(%d) failed\n", ledPin);
    }
    if ((ret = setGPIODirection(ledPin, GPIO_OUT)) == -1) {
        printf("setGPIODirection(%d) failed\n", ledPin);
    }
 
    for (i = 0; i < LED_BLINK_TIMES; i++) {
        if (i % 2) {
            ret = setGPIOValue(ledPin, GPIO_HIGH);
        } else {
            ret = setGPIOValue(ledPin, GPIO_LOW);
        }
        if (ret == -1) {
            printf("setGPIOValue(%d) failed\n", ledPin);
        }
        printf("LED blinking times %d\n", i);
        sleep(1);
    }
    unexportGPIOPin(ledPin);
    return 0;
}

10 与RaspberryPi连接使用

11 与Arduino连接使用

12 相关资料

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