16×8マトリクスLEDドライバモジュール（HT16K33）を使って７セグを表示する

以前には７セグメントドライバIC（TC4511BP）を使って7セグを表示する方法についてご紹介しました。これは、7セグ表示に特化した部品であるため、プログラムに予め表示する数字を用意する必要がなかったり、必要な端子数を抑えられる、７セグLEDの電流について考慮する必要がないなどのメリットがありました。

しかし、Arduino側で異常終了するとArduinoからの通信がなくなり、LEDに表示することができなくなります。これはArduinoからICが通信を受けてそのまま7セグへ渡しているからです。

そこで、今回は 16×8マトリクスLEDドライバモジュール（HT16K33）を使って7セグを表示する回路を作成します。このモジュールについては次節をご参照ください。

Contents

16×8マトリクスLEDドライバモジュール（HT16K33）
I2C通信方式
- ArduinoでI2C通信を使う
HT16K33を使って4桁の7セグを表示する
まとめ
参考書籍

16×8マトリクスLEDドライバモジュール（HT16K33）

16×8マトリクスLEDドライバモジュール（HT16K33）とは、I２C通信を使ってLEDを点灯制御するドライバモジュールです。モジュール自体にレジスタを持っているため、データの保管ができます。そのため、Arduinoが異常終了して通信が来なくてもレジストリ内にデータがあるので7セグを表示し続けることが可能となります。

Aから始まる端子がA0～A15、Cから始まる端子がC0～C7、ArduinoとI2C通信するためのSCLとSDA、VDDとGNDの計28ピンあります。Aから始まる端子は7セグのアノード側と接続し、Cから始める端子はカソード側と接続します。

必要電源電圧は4.5～5.5Vですので、Arduinoの5Vで足ります。アドレスは、0x70です。（※HT16K33自体は表面実装部品のため、予め基盤に取り付けられた HT16K33 breakoutを使います。）

I2C通信方式

I2C通信(Inter Integrated Circuit)とは、センサーとデバイス間通信を簡略化する通信方法です。データを送受信する「SDA(Serial Data)」とセンサーとデバイスの通信タイミングを取る「SCL（Serial Clock)」を相互接続することで通信が可能となります。

制御する側（今回だとArduino)のことをI2Cマスタと呼び、制御される側（今回だとモジュール）をI2Cスレーブと呼びます。I2C通信は複数のデバイスと通信が可能となっています。そのため、それぞれのI2Cスレーブには識別するためにI2Cアドレスが用意されています。さらにデータを一時的に保管できるようにI２C通信ができるセンサにはレジスタが予め用意されています。

ArduinoでI2C通信を使う

ArduinoにはI2C通信を簡単に使うために「Wire」ライブラリが用意されています。書き方は以下を見てください。

初期設定

Wire.begin();

レジスタに書き込む

Wire.beginTransmission（I２Cアドレス);
Wire.write(書き込み先アドレス);
Wire.write(送信する値);
Wire.endTransmission();

レジスタから読み込む

Wire.beginTransmission（I２Cアドレス);
Wire.write(読み込み先アドレス);
Wire.endTransmission();
Wire.requestFrom（I2Cアドレス,バイト数);
変数 = Wire.read();

HT16K33を使って4桁の7セグを表示する

16×8マトリクスLEDドライバモジュール（HT16K33）を使って時間を表示する回路を作成しました。ただし、時間は予めプログラム上で指定した固定の時間です。

作成した回路

作成した回路は以下の図になります。

回路を作成する際に使用した装置及び部品は下表をご覧ください。

Arduino	小型コンピュータ搭載のマイコン
ブレッドボード	抵抗・ジャンパー線などを使って回路を作る基板
７セグLED	０～９の数字を表示できるディスプレイ
16×8マトリクスLEDドライバモジュール	LEDを点灯制御するドライバモジュール
ジャンパー線	電気を中継する線
抵抗220Ω×8	電圧を下げる端子

プログラムコード

プログラムコードは以下の通りです。

#include <Wire.h>

const int HT16K33_ADDR = 0x70;
const char seg[] = {0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};
const int DIG = 5;//桁数
const int disp[] = {1,7,4,5,2};//表示する数字

void setup() {
  // put your setup code here, to run once:
  Wire.begin();
  Wire.beginTransmission(HT16K33_ADDR);
  Wire.write(0x21);
  Wire.write(0x01);
  Wire.endTransmission();
  delay(10);
  Wire.beginTransmission(HT16K33_ADDR);
  Wire.write(0x81);
  Wire.write(0x01);
  Wire.endTransmission();
  delay(10);

}

void loop() {
  // put your main code here, to run repeatedly:

  for(int i = 0;i < DIG;i++)
  {
    Wire.beginTransmission(HT16K33_ADDR);
    Wire.write(i*2);
    Wire.write(seg[disp[i]]);
    Wire.endTransmission();
    delay(10);
  }

}

setup関数内の Wire.write(0x21)は、HT16K33のクロック開始、 Wire.write(0x81)は通信開始をしていますので、おまじないみたいなものと考えてください。

宣言部分のconst int disp[] = {1,7,4,5,2};は「17時45分」を表示するために使っています。2は、「:」を表示するため指定しています。これは2を7セグ表示する際にはaとbを点灯するが、cを点灯しないため採用しています。