作品の紹介

この作品は、８桁の７セグメントLEDモジュールを使って「Hello World」と英文字を表示します。
８桁の７セグメントLEDモジュールは、DFROBOTの「3-Wire LED Module 8 Digital」、品番は「DFR0090」です。スイッチサイエンスなどから入手できます。
使用言語は、MicroPythonです。マイコンは、Raspberry Pi Pico2です。他のPicoでも使えます。
「Ｌチカの次に何をしよう？」という方にピッタリです。

作品紹介動画

作品紹介動画

DFR0090について

DFR0090（3-Wire LED Module 8 Digital）は、マイコンから見るとSPI接続のモジュールです。ただし、マイコン側のMISOに相当する端子はないので、3-Wireと表記しているのかも知れません。
８桁の７セグメントLEDであり、上位桁からデータ入力し、表示しながら下位桁に右シフトします。
「日」字型の７つのセグメントと「.」ドットを加え、８bitに対応したデータをSPI通信で送信します。
すべてのセグメントを消灯するときは、8ビットのすべてを「0」にします。
すべてのセグメントを消灯するときは、8ビットのすべてを「1」にします。
ダイナミック表示ではないので、表示したいデータ１回送るだけで表示し続けます。

DFR0090利用のコツ

DFR0090を使用するうえで、少し戸惑ったのは、LowTrue（bit=0）で点灯することと、上位桁（左端）からデータ入力し下位桁（右端）に右シフトすることです。
すべてのセグメントを消灯するときは、8ビットのすべてを「1」にする必要がありますが、MicroPythonの癖なのか、74HC595の癖なのか、SPIで最上位ビット（dot表示に対応）を「1」にすると２桁にわたって表示され、うまく表示できません。
解決策として、Pico側のSPI-MOSI端子とDFR0090のDATA端子間にハードウェアのインバータ（74HC04）を入れました。（CKLとCEにもインバータを２回＝バッファとして＝利用していますが、インバータが余ったから入れただけです）
この作品では、dot表示はできません。

主要部品

デバイス名	用途	接続方法
Raspberry Pi Pico2	マイコン	DFR0090とSPI接続
DFR0090	LED Module 8 Digital	Pico2とSPI接続
74HC04	MOSI信号反転用	Pico2 と DFR0090間
三端子レギュレータ	Pico2電流負担軽減	USB5V⇒3.3V

入手先など（ご参考）

Raspberry Pi Pico 2
https://www.switch-science.com/products/9809

DFROBOT-DFR0090 3-Wire LED Module 8 Digital (Arduino Compatible)
https://www.switch-science.com/products/4187

6回路インバーター TC74HC04AP
https://akizukidenshi.com/catalog/g/g114058/

低損失三端子レギュレーター 3.3V1A BA033CC0T
https://akizukidenshi.com/catalog/g/g113675/

配線接続図

一言でいうと、PicoのSPI-MOSI信号からDFR0090のDATA信号間に、インバータを入れるだけです。

SPI信号接続部分の拡大図
ブレッドボードの配線の画像
ブレッドボードの配線の拡大画像
DFR0090 Input側コネクタの信号

プログラムの紹介

プログラム

spi74hc595cp.py


spi74hc595cp.py
#########################################################################################
# spi74hc595cp.py
# 2026/08/24 programed by Hyodo
# 
# DFROBOT-DFR0090 74HC595使用のSPI接続 ７セグメントLED_ x 8 Digits
# 
# DFROBOT-DFR0090 利用上の留意事項
# ● 8桁のLEDは、各桁に74HC595を使用。データは上位桁から入り下位桁に右シフトされる。
#    データが下位桁から入り上位桁に左シフトされるのであれば、「Hello World」の順に送ればよいが、
#    データが上位桁から入り下位桁に右シフトされる場合は「dlroW olleH」の順に送る必要がある。
#    このプログラムでは、関数 ledspi_str(): と ledspi_str_rvs(): 内で対応した。
# ● DFROBOT-DFR0090 へのデータは Low（bit=0）で点灯するので、0b00000000 で全セグメントとドットが点灯し、
#    0b11111111 で全セグメントとドットが消灯するのだが、MicroPythonでは、0b11111111 をうまく送出できない。
#    送信方法を工夫すれば可能になるかもしれないが、面倒なのでハードウェアでインバータを入れることにし、
#    プログラム内のセグメントデータは high（bit=1）で点灯、「0」で消灯する構造にした。
# 上記２点は、どちらも逆の設定のほうが、デバイスとしては使いやすい。私が設計するならそのようにします。
# 
# Pico2 SPI mosi端子と DFROBOT-DFR0090 SPI-DATA 間にインバータを入れてデータを反転させました。
#                            74HC04(Inverter)
#    Pico 2   gpioNo  PinNo   PinNo    PinNo     DFR0090
#    SPI mosi Pin(19) [25] -----13  |>  12------ SPI-DATA
#
#
#########################################################################################
# 
from machine import SPI, Pin
from utime import sleep     # μtimeからsleepを組み込む

# SPI Setting
cs7 = Pin(17, Pin.OUT)

spi = SPI(0, baudrate=5_000_000, polarity=1, phase=1, sck=Pin(18), mosi=Pin(19), miso=Pin(16))
# DFROBOT-DFR0090 は、出力デバイスで入力はないため、miso=Pin(16) には未接続です。


# 7segment LED size of digits DFROBOT-DFR0090は８桁です。
_DIGITS_SIZE = 8

# Segment Map ・・・ 日の字型の７セグメントＬＥＤの位置関係は次のとおりです。
#
#          ---a---
#         |       |
#         f       b
#         |       |
#          ---g---
#         |       |
#         e       c
#         |       |
#          ---d---  . (dot)
#
# Segment Data bit=1 LED On ・・・ ビットデータを「１」にセットしたセグメントが点灯します。
# どのように設定するかは自由ですが、最上位の「.」（dot）を「1」にすると、文字データではなくなるためか
# Micropython側でうまく送れなません。送信方法（データ構造）を工夫すれば可能になるかも。
# 
# Dec   .gfedcba    id   Hex 
n32 = 0b00000000  # 00 : 0x20 :   Null
n33 = 0b00101010  # 01 : 0x21 : !
n34 = 0b00100010  # 02 : 0x22 : "
n35 = 0b01001001  # 03 : 0x23 : #
n36 = 0b01101100  # 04 : 0x24 : $
n37 = 0b00100100  # 05 : 0x25 : %
n38 = 0b01011010  # 06 : 0x26 : &
n39 = 0b00000010  # 07 : 0x27 : '
n40 = 0b00111001  # 08 : 0x28 : (
n41 = 0b00001111  # 09 : 0x29 : )
n42 = 0b01110000  # 10 : 0x2a : *
n43 = 0b01000110  # 11 : 0x2b : +
n44 = 0b00010000  # 12 : 0x2c : ,
n45 = 0b01000000  # 13 : 0x2d : -
n46 = 0b00001000  # 14 : 0x2e : .
n47 = 0b01010010  # 15 : 0x2f : /

n48 = 0b00111111  # 16 : 0x30 : 0
n49 = 0b00000110  # 17 : 0x31 : 1
n50 = 0b01011011  # 18 : 0x32 : 2
n51 = 0b01001111  # 19 : 0x33 : 3
n52 = 0b01100110  # 20 : 0x34 : 4
n53 = 0b01101101  # 21 : 0x35 : 5
n54 = 0b01111101  # 22 : 0x36 : 6
n55 = 0b00100111  # 23 : 0x37 : 7
n56 = 0b01111111  # 24 : 0x38 : 8
n57 = 0b01101111  # 25 : 0x39 : 9
n58 = 0b01000001  # 26 : 0x3a : :
n59 = 0b01000101  # 27 : 0x3b : ; 
n60 = 0b01011000  # 28 : 0x3c : <
n61 = 0b01001000  # 29 : 0x3d : =
n62 = 0b01001100  # 30 : 0x3e : >
n63 = 0b00101011  # 31 : 0x3f : ?

n64 = 0b01011111  # 32 : 0x40 : @
n65 = 0b01110111  # 33 : 0x41 : A
n66 = 0b01111100  # 34 : 0x42 : b
n67 = 0b01011000  # 35 : 0x43 : c
n68 = 0b01011110  # 36 : 0x44 : d
n69 = 0b01111001  # 37 : 0x45 : E
n70 = 0b01110001  # 38 : 0x46 : F
n71 = 0b00111101  # 39 : 0x47 : G
n72 = 0b01110110  # 40 : 0x48 : H
n73 = 0b00011001  # 41 : 0x49 : i
n74 = 0b00001101  # 42 : 0x4a : J
n75 = 0b01111010  # 43 : 0x4b : K
n76 = 0b00111000  # 44 : 0x4c : L
n77 = 0b01010101  # 45 : 0x4d : m
n78 = 0b01010100  # 46 : 0x4e : n
n79 = 0b01011100  # 47 : 0x4f : o

n80 = 0b01110011  # 48 : 0x50 : P
n81 = 0b01100111  # 49 : 0x51 : q
n82 = 0b01010000  # 50 : 0x52 : r
n83 = 0b00101101  # 51 : 0x53 : S
n84 = 0b00110001  # 52 : 0x54 : T
n85 = 0b00111110  # 53 : 0x55 : U
n86 = 0b01111110  # 54 : 0x56 : V
n87 = 0b00011101  # 55 : 0x57 : w
n88 = 0b01101010  # 56 : 0x58 : X
n89 = 0b01101110  # 57 : 0x59 : Y
n90 = 0b00011011  # 58 : 0x5a : Z
n91 = 0b00100001  # 59 : 0x5b : [
n92 = 0b01100100  # 60 : 0x5c : \
n93 = 0b00001100  # 61 : 0x5d : ]
n94 = 0b00100011  # 62 : 0x5e : ^
n95 = 0b00001000  # 63 : 0x5f : _ : .

# Ascii Code 順とかで特定の範囲のデータ（数字、英文字、記号など）を送信するために用意しました。
# 上記の一覧で id値を指定して利用するように考えています。
buff = [n32, n33, n34, n35, n36, n37, n38, n39, n40, n41, n42, n43, n44, n45, n46, n47, n48, n49, n50, n51, n52, n53, n54, n55, n56, n57, n58, n59, n60, n61, n62, n63, n64, n65, n66, n67, n68, n69, n70, n71, n72, n73, n74, n75, n76, n77, n78, n79, n80, n81, n82, n83, n84, n85, n86, n87, n88, n89, n90, n91, n92, n93, n94, n95]


#########################################################################################
# ここからは、関数の登録です。
# Clear LED
# t を指定することで、消去直後の待ち時間を指定できます。指定しなければ 0 sec
def ledspi_clear(t=0):
    print('Clear LED')
    for i in range(_DIGITS_SIZE):
        cs7.value(0)
        spi.write(chr(n32))
        cs7.value(1)
        
    sleep(t)


# Display str 関数
# 上位桁（左端）から表示しながら下位桁（右端）に右シフトする。
# DFROBOT-DFR0090 で s='12345678' を '12345678' と表示する関数
# データの並びを逆順序にする操作を入れています。
# t を指定することで、シフトの時間間隔を指定できます。指定しなければ 0 sec
def ledspi_str(s, t=0):
    print('LED Display str', s)
    
    # 文字列 s をリスト lm に変換
    lm = []
    for i in range(len(s)):lm.append(s[i])
    # リストの並びを逆順序にする
    # この操作は、DFROBOT-DFR0090 上位桁から表示して下位桁に右シフトする構造のために必要
    lm.reverse()
    
    for i in range(len(lm)):
        cs7.value(0)
        j = int(ord(lm[i]) - 32)
        spi.write(chr(buff[j]))
        cs7.value(1)
        sleep(t)
    

# Display str reverse 関数
# 下位桁（右端）から表示しながら上位桁左端）に左シフトする。
# DFROBOT-DFR0090 で s='12345678' を '12345678' と表示する関数
# データの並びを逆順序にする操作を入れています。
# t を指定することで、シフトの時間間隔を指定できます。指定しなければ 0 sec
def ledspi_str_rvs(s, t=0):
    print('LED Display str reverse', s)
    
    # 文字列 s の先頭に、表示モジュールの桁数分のスペースを追加する
    stx = ''
    for i in range(_DIGITS_SIZE):stx += ' '
    s = stx + s
    print(s)
    
    for i in range(len(s) - _DIGITS_SIZE +1):
        # 先頭から _DIGITS_SIZE ずつ取り出して逆順序に並び替える
        val_s = s[i:i+_DIGITS_SIZE]
        # 文字列 val_s をリスト lm に変換
        lm = []
        for j in range(len(val_s)):lm.append(val_s[j])
        # リストの並びを逆順序にする
        # この操作は、DFROBOT-DFR0090 上位桁から表示して下位桁に右シフトする構造のために必要
        lm.reverse()
        
        # リスト lm を表示する
        for k in range(len(lm)):
            cs7.value(0)
            n = int(ord(lm[k]) - 32)      # 文字コードを id に変換するための-32
            spi.write(chr(buff[n]))
            cs7.value(1)
            
        sleep(t)
    
    print()


# Display buff m to n
# 登録した記号などを、テーブルの指定された範囲で表示する。
# DFROBOT-DFR0090 対応して、下位桁（右端）から表示しながら上位桁左端）に左シフトするため、
# データの並びを逆順序にする操作を入れています。
# t を指定することで、シフトの時間間隔を指定できます。指定しなければ 0.5 sec
def ledspi_m2n(m, n, t=0.5):
    print(f'LED Display buff {m} to {n}')
    
    # 文字列 lst の先頭に、表示モジュールの桁数分の Null（無表示データ）を用意する
    lst = []
    for i in range(_DIGITS_SIZE):lst.append(chr(buff[0]))
    # 文字列 に、指定された範囲の表示データを追加する
    for i in range(m, n):lst.append(chr(buff[i]))
    # 文字列 lst の末尾に、表示モジュールの桁数分の Null（無表示データ）を用意する
    for i in range(_DIGITS_SIZE):lst.append(chr(buff[0]))
    print(lst)
    
    for i in range(len(lst) - _DIGITS_SIZE +1):
        # 文字列 s の先頭から _DIGITS_SIZE ずつ取り出して逆順序に並び替える
        val_lst = lst[i:i+_DIGITS_SIZE]
        # 文字列 val_s をリスト lm に変換
        lm = []
        for j in range(len(val_lst)):lm.append(val_lst[j])
        # リストの並びを逆順序にする
        # この操作は、DFROBOT-DFR0090 上位桁から表示して下位桁に右シフトする構造のために必要
        lm.reverse()
        
        # リスト lm を表示する
        for k in range(len(lm)):
            cs7.value(0)
            spi.write(lm[k])
            cs7.value(1)
            
        sleep(t)
        
    print()
    


'''
# Display buff m to n ご参考
# DFROBOT-DFR0090 ではなく、下位桁から表示しながら上位桁に左シフトするモジュールの場合
# 下位桁から表示しながら上位桁に左シフトする。プログラムはシンプルで済む。
def ledspi_m2n(m, n, t=0.5):
    print(f'LED Display buff {m} to {n}')
    for i in range(m, n):
        cs7.value(0)
        spi.write(chr(buff[i]))
        cs7.value(1)
        sleep(t)
    print()
'''



#########################################################################################
# ここからがメインプログラムになります。
# Micropython Main Program

# Clear LED
ledspi_clear()


# LED Test data='12345678' 上位桁から右シフトで表示する。シフト間隔は 0.5秒
val_str = str.upper('12345678')
print('ledspi_str(val_str)', val_str)
ledspi_str(val_str, 0.5)
sleep(1)


# Clear LED
ledspi_clear()

# LED Test data='12345678' 下位桁から左シフトで表示する。シフト間隔は 0.5秒
val_str = str.upper('12345678')
print('ledspi_str_rvs(val_str)', val_str)
ledspi_str_rvs(val_str, 0.5)
sleep(1)


# Clear LED
ledspi_clear()

# Display Hello World to Left
val_str = str.upper('Hello World        ')
ledspi_str_rvs(val_str, 0.5)


sleep(1)


# Clear LED
ledspi_clear()

# Numerical
val_str = str.upper('Numeric ')
ledspi_str(val_str)
sleep(2)

ledspi_m2n(16, 26)


# Clear LED
ledspi_clear(1)

# Alphabet
val_str = str.upper('Alphabet')
ledspi_str(val_str)
sleep(2)

ledspi_m2n(33, 59)


# Clear LED
ledspi_clear(1)

# Symbol-1
val_str = str.upper('Symbol-1')
ledspi_str(val_str)
sleep(2)

ledspi_m2n(0, 16, 1)


# Clear LED
ledspi_clear(1)

# Symbol-2
val_str = str.upper('Symbol-2')
ledspi_str(val_str)
sleep(2)

ledspi_m2n(26, 33, 1)


# Clear LED
ledspi_clear(1)

# Symbol-3
val_str = str.upper('Symbol-3')
ledspi_str(val_str)
sleep(2)

ledspi_m2n(59, 64, 1)


# Clear LED
ledspi_clear(1)

for k in range(3):
    # Hello
    val_str = str.upper('Hello   ')
    ledspi_str(val_str, 0)
    sleep(1)
    # World
    val_str = str.upper('World   ')
    ledspi_str(val_str, 0)
    sleep(1)


# Clear LED
ledspi_clear(1)


# Bye Bye
val_str = str.upper('Bye Bye - - -   End !')
ledspi_str_rvs(val_str, 0.5)


# プログラム終了

プログラムの説明

７セグメントLEDのセグメントとデータの関係

MicroPythonで７セグメントLEDのセグメントのデータは、次のように構成します。
何も表示しない（a～ｇのセグメントをすべて点灯しない）場合と、「8」を表示する場合を示します。

10進数相当	.gfedcba	id	Hex	表示内容
n32	0b00000000	00	0x20	何も表示しない
n56	0b01111111	24	0x38	「8」を表示する

関数の説明

４つの関数を用意しました。

ledspi_clear(t=0) 関数

この関数は、８桁すべての７セグメントLEDを消灯します。
n32 は n32 = 0b00000000 であり、全セグメント点灯しないデータです。

ledspi_str(s, t=0) 関数

この関数は、上位桁（左端）から表示しながら下位桁（右端）に右シフトします。
文字列 s を引数として渡します。

ledspi_str_rvs(s, t=0) 関数

この関数は、下位桁（右端）から表示しながら上位桁左端）に左シフトします。
文字列 s を引数として渡します。

もう少し楽しむには

プログラムでは、英文字を７セグメントＬＥＤで表示するbitの組み合わせを、私の感覚で作りました。bitの組み合わせは、プログラムで設定できます。オレはこうしたい、わたしならこうする、というものがあると思います。キャラクターの表示もできます。
私ができなかった dot「.」表示をしてみてください。
あぁ、動いた、終わり。ではなく、自分なりの表示を作り楽しむことで、プログラムスキルがアップします。是非、挑戦してください。

最後までご覧いただきありがとうございます。何かの参考になれば幸いです。

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