Arduinoで７セグLEDを使ってみた！

今回はArduinoを用いて7セグLEDの使い方について説明します。7セグはディスプレイではありませんが0~9の数字をLEDを点灯させて表示します。今回のプログラムの内容はカウントダウンです。それではやっていきましょう！

使用するもの
７セグメントの仕組み
1. 端子について
2. 抵抗の計算
７セグの点灯
1. 回路
2. プログラム
最後に

使用するもの

使用するものは下記のリストの物です。購入先は秋月電子通商とAmazonです。同じもの購入したい方はリストのリンクより購入してください。

７セグメントの仕組み

端子について

7セグメントの端子は合計で10本の端子があります。今回使用するのはコモンカソードという7セグメントのため以下のような配線になっています。

7セグメントは、8個のLEDのHIGH、LOWの操作で各数字を表示していきます。上下の真ん中の端子（3、8）はGNDの役割をしています。その他の端子はそれぞれ一つのLEDの+側になっています。

抵抗の計算

今回使用する7セグメントの抵抗の計算を行います。

抵抗の計算をするには購入した7セグメントのデータシートを用いる必要があります。データシートには、7セグメントのLEDの定格電圧や定格電流などLEDを使用するための様々な情報が記載されています。今回購入先はAmazonで購入したためデータシートがなく正確な値を求められませんが、秋月電子通商で販売されている7セグメントを参考にしてみました。

使用する値は下記のものです。

電源電圧[V]
順法呼応電圧降下[V]
順方向電流[A]

この3つのあ値から使用する抵抗値を求めます。

一つずつ用語を説明していきます。

【電源電圧】
その名の通り電源の電圧です。今回はArduinoから出力される5Vです。
【順方向電圧】
LEDにかかる電圧のこと意味します。記号では”VF”と表します。この値は、LEDのデータシートを見ていただくとVFの最小値(Min)から最大値(Max)、代表値(Typ.)が記載されているので、今回は、代表値(Typ.)より1.8Vとします。
【順方向電流】
LEDに流したい電流のことを意味します。記号では”IF”と表します。この値も同様にデータシートを見ていただくとIFの値が記載されています。今回は、20mA(0.02A)とします。

上記の値より計算をします。計算式は下記の通りです。

(電源電圧[V]ー順方向電圧[V])/順方向電流[A]

上記の式に代入すると今回使用する抵抗値は、

(5ー1.8)/0.02=160

となります。今回は160Ωとします。

７セグの点灯

回路

回路は以下のように作成します。配線が複雑ですが間違えないよ注意してください。使用しているピンはD2~D9とGNDです。７セグメントの端子と接続しているArduinoの端子は下記の表で確認してください。

Arduino	7セグメント	LED
D2	1	E
D3	2	D
GND	3	GND
D4	4	C
D5	5	DP
D6	6	B
D7	7	A
GND	8	GND
D8	9	F
D9	10	G

プログラム

プログラムは以下の通りです。ArduinoIDEにコピペして使用してください。

boolean Num_Array[10][8] = {{1,1,1,1,1,1,1,0},{0,0,1,1,1,0,0,0},{1,1,0,1,1,1,0,1},{0,1,1,1,1,1,0,1},{0,0,1,1,1,0,1,1},{0,1,1,1,0,1,1,1},{1,1,1,1,0,1,1,1},{0,0,1,1,1,1,0,0},{1,1,1,1,1,1,1,1},{0,1,1,1,1,1,1,1}};

void setup() {
  
  for(int i = 2; i <= 9; i++){
    pinMode(i, OUTPUT);
 }


}

void LightNumber(int number){
  
  for (int t = 0; t <= 7; t++){
    digitalWrite(t + 2, Num_Array[number][t]);
  }
}


void loop() {
  for(int counter = 0; counter <= 9; counter++){
    LightNumber(counter);
    delay(1000);    
  }
  
}

boolean Num_Array[10][8] = {{1,1,1,1,1,1,1,0},{0,0,1,1,1,0,0,0},{1,1,0,1,1,1,0,1},{0,1,1,1,1,1,0,1},{0,0,1,1,1,0,1,1},{0,1,1,1,0,1,1,1},{1,1,1,1,0,1,1,1},{0,0,1,1,1,1,0,0},{1,1,1,1,1,1,1,1},{0,1,1,1,1,1,1,1}};

void setup() {

for(int i = 2; i <= 9; i++){

pinMode(i, OUTPUT);

}

void LightNumber(int number){

for (int t = 0; t <= 7; t++){

digitalWrite(t + 2, Num_Array[number][t]);

}

void loop() {

for(int counter = 0; counter <= 9; counter++){

LightNumber(counter);

delay(1000);

}

プログラムについて説明します。boolean Num_Array[10][8]は、10通りの点灯方法があり、点灯させることができるLEDは合計で８個あるので８個の要素を持った配列を10個宣言しています。８個の配列の要素は使用するデジタルピンの番号である{2,3,4,5,6,7,8,9}です。1はHIGHでその端子を点灯させ、0はLOWでその端子を消灯です。今回のプログラムでは、左から順に0,1,2,3,4,5,6,7,8,9と点灯するように配列を宣言しています。各数字の表示方法は下記の表を参考にしてください。

setup文では、使用するデジタルピンをfor文を用いて全てをOUTPUTに設定しています。D2~D9までのデジタルピンを使用するので、for文は、iの値が9以下になるまで繰り返すという意味です。また、iの初期値は2で、繰り返されるたびに+1しています。

void LightNumber(int number)という独自関数の中身について説明します。この関数は、指定した数字（0~9）を表示します。digitalWriteの「t+2」は、tに０から繰り返すたびに「＋１」ずつ加算されD2~D9までの端子のHIGHかLOWを設定します。Num_Array[number][t]の「number」は表示したい数字が入ります。この配列は0~9の順に表示できるようにしているので、指定すれば指定した数字を表示させるための8個の要素の入った配列が指定されます。「t」には先ほど述べたように0~7に順に値が入ります。8個の要素を指定するために代入していますが、なぜ0からと思う方もいると思います。配列は、0、1、2、3……と数えるので0から代入します。

loop文では0~9の数字が１秒毎に表示させます。delayは単位がミリ秒なので1000を入れています。

最後に

説明した文章の中でわからない言葉があった際は、問い合わせ又はSNSでの連絡してください。

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鳩ラボ

『鳩LAB』は大学生6名で構成されるチーム。『ものづくりの楽しさを世の中に広めること』を目的に掲げ、電子工作やバイクのレースなどを通じてものづくりの楽しさを広める活動を行っています。小学生がプログラミングが必須になるなど、今後来るであろうIT時代おいてものづくりに触れる機会というのを増やしたいと思っています。また、製作やチーム運営を通じてエンジニアにとって必要な実践的な知識、技術を習得しエンジニアにとって貴重な経験を積む活動です。モータースポーツ・電子工作・ドローンなど様々なジャンルに挑戦し発信していきます。