实验三. 八段数码管控制实验

实验目的

• 了解多核心平台底板设备电路结构;
• 掌握Android Studio下编写NDK代码，实现数码管的控制;

实验环境

• 硬件：CBT-EMB-MIP 实验平台,PC机,mini USB数据线;
• 软件： Android Studio 2.2 或更高版本， Android Plugin for Gradle 版本 2.2.0 或更高版本，CMake;

实验内容

• 编写NDK程序，实现对板载2路八段数码管的控制。

实验原理

主板电路原理图

图4.1 原理图

  首先为了在单独的一位数字上显示出我们想要的数字，要根据数码管每一位所对应的引脚输入正确的值。一个数码管数字一共由7个长直型的发光二极管组成，分别被以”A”-“G”的英文字母编号，右下角的小数点用“DP”编号。点亮一个数码管的电路跟点亮一个普通发光二极管没什么两样，就是在高低电压之间让数码管和一个分压电阻串联，因此想要点亮带小数点的一个十进制数，需要由8个并联的发光二极管电路来完成。

  那么如果想同时点亮两个数字，是不是需要8X2=16个并联电路呢？   实际上一般的数码管都不使用如此复杂的电路，而是利用人眼的“视觉暂留”效应，通过快速切换数码管的显示，达到多位数字的显示目的。这时，只需要每个数字的阳极或阴极列作为公共控制引脚，就可以控制每个数字的显示。

图4.1中的内部电路是共阴极数码管的电路，每8组数码管有一个公共阴极，同一时刻，只允许一个数字发亮，当两个数字中快速切换，便可形成多位数字同时显示的效果。

驱动实现

  每个数字当我们想让他亮的时候，将对应的阴极置为低电平即可。可得出下列二维数组：

unsigned char table[10][8] =
{
    {1, 1,  0,  0,  0,  0,  0,  0},         //0 --> 0xc0
    {1, 1,  1,  1,  1,  0,  0,  1},         //1 --> 0xf9
    {1, 0,  1,  0,  0,  1,  0,  0},         //2 --> 0xa4
    {1, 0,  1,  1,  0,  0,  0,  0},         //3 --> 0xb0
    {1, 0,  0,  1,  1,  0,  0,  1},         //4 --> 0x99
    {1, 0,  0,  1,  0,  0,  1,  0},         //5 --> 0x92
    {1, 0,  0,  0,  0,  0,  1,  0},         //6 --> 0x82
    {1, 1,  1,  1,  1,  0,  0,  0},         //7 --> 0xf8
    {1, 0,  0,  0,  0,  0,  0,  0},         //8 --> 0x80
    {1, 0,  0,  1,  0,  0,  0,  0}          //9 --> 0x90
};

  以上的代码分别对应了0-9的数字在数码管上的显示IO管脚电平，按照顺时针方向，从8字顶端开始为ABCDEFG，DP，而代码中从高到低对应DP,GFEDCBA。

  数码管底层驱动为字符驱动，采用动态编译(4412_digitron.ko)方式,加载后设备名为/dev/digitron。

接口函数

int open(const char *pathname, int flags); //同实验二LED
int close(int fildes);//同实验二LED
int ioctl(int fd, int number); //number为上述二维数组中对应的十六进制数值

这样数码管设备/dev/digitron通过ioctl赋值既可显示相应数字。
示例：

//显示`0`(0xc0)
ioctl(fd, 0xc0);

实验步骤

JNI中间层程序编写

从实验原理相关接口函数介绍，编写digitron-jni.c代码参考如下：

#include <jni.h>
#include <fcntl.h>  
#include "android/log.h"

static const char *TAG = "libs";
#define LOGI(fmt, args...) __android_log_print(ANDROID_LOG_INFO,  TAG, fmt, ##args)
#define LOGD(fmt, args...) __android_log_print(ANDROID_LOG_DEBUG, TAG, fmt, ##args)
#define LOGE(fmt, args...) __android_log_print(ANDROID_LOG_ERROR, TAG, fmt, ##args)

#define DEVICE_NAME    "/dev/digitron"
#define ZERO  0xc0
#define ONE  0xf9
#define TWO  0xa4
#define THREE  0xb0
#define FOURE  0x99
#define FIVE  0x92
#define SIX  0x82
#define SEVEN  0xf8
#define EIGHT  0x80
#define NINE  0x90
int fd;

JNIEXPORT jint JNICALL
Java_cbt_edu_iot_nixie_MainActivity_closeDigitron(JNIEnv *env, jclass type) {
    if (fd >= 0) {
        close(fd);
        fd = -1;
    }
}

JNIEXPORT jint JNICALL
Java_cbt_edu_iot_nixie_MainActivity_setDigitronValue(JNIEnv *env, jclass type, jint digitValue) {

    int i = digitValue;
    switch (i) {
        case 0:
            ioctl(fd, ZERO);
            break;
      ...
        case 9:
            ioctl(fd, NINE);
            break;
    }
    return 1;

}

JNIEXPORT jint JNICALL
Java_cbt_edu_iot_nixie_MainActivity_openDigitronDriver(JNIEnv *env, jclass type) {

    fd = open(DEVICE_NAME, O_RDWR);//打开设备
    if (fd == -1) {
        LOGI("open device %s error \n", DEVICE_NAME);
        return 0;
    }
    else {
        LOGI("open device %s ok! \n", DEVICE_NAME);
        return 1;
    }

}

导入工程源码

1. 打开Android Studio，从菜单栏选择 File > Open。
2. 弹窗中浏览选择光盘src目录下的Gradle工程 CH04_NDK ,点击OK导入。
3. 等待工程构建完成后，在工具栏中的Android App列表中选择本实验例程CH04_03_8_SegmentLED,如图5.2.1所示：

图5.2.1 8段数码管工程

演示运行

• 运行前需将平台主板JP18处的跳线帽跳至数码管一侧。

图5.3.1 数码管跳线帽

• 平台主板通过miniUSB线连接电脑后，点击 Run 运行程序，界面如图5.3.2所示：

图5.3.2 主界面

• 点击加载驱动按钮，弹窗请求权限点击授权。之后会在系统中生成字符驱动/dev/digitron。

• 点击右侧打开按钮后即可操作该驱动。点击下方的两个按键图标即可同步控制两个8段数码管中的数值。如图5.3.2所示：