Countdown-Zähler mit dem MAX7221 und einer 7-Segment-Anzeige

© Iurii Kovalenko, 123RF

3, 2, 1 … los!

Ein Countdown ist nicht nur in der Raumfahrt sinnvoll. Mit einem Raspberry Pi und etwas Elektronik zählen Sie die Zeit bis zu einem beliebigen Ereignis optisch eindrucksvoll herunter.

Im Leben gibt es immer wieder Ereignisse, bei denen wir es kaum abwarten können, bis sie endlich eintreten. Ein Countdown-Zähler kann dabei helfen, diese Wartezeit zu verkürzen und die Vorfreude zu steigern – wer zu Zeiten der Wehrpflicht als "Ausscheider" jeden Tag feierlich sein Maßband um einen Zentimeter gekürzt hat, der weiß, was gemeint ist. Solche schnöden analogen Methoden lassen sich im 21. Jahrhundert freilich durch eine schicke digitale Lösung auf Basis eines Raspberry Pi ersetzen.

Damit sich der Countdown auch von Weitem noch gut ablesen lässt, kommt zur Anzeige der restlichen Tage bis zum Ereignis eine große 7-Segment-Anzeige des Typs Kingbright SC08-11SRWA [1] mit einer Höhe von 20,32 Millimeter zum Einsatz. Deren LEDs verwenden eine gemeinsame Kathode (Common Cathode), was die Anzeige zu einem Display Driver MAX7221 kompatibel macht.

Diese Kombination erfordert den Einsatz eines Lötkolbens. Zwar gibt es fertig aufgebaute Module mit dem MAX7221, jedoch nur mit erheblich kleineren Anzeigen und (meist) 8-stelliger Anzeige, passend zu den Fähigkeiten des MAX7221. Für unseren Countdown sollten schon 4 Stellen genügen: Damit lassen sich 9999 Tage abbilden, also über 27 Jahre. Wollen Sie tatsächlich länger herunterzählen, spendieren Sie dem Aufbau einfach noch ein zusätzliches Segment.

Display Driver MAX7221

Beim Display Driver MAX7221 steuert ein externer Widerstand den Strom für die LEDs. Wir wählen hier 33 kOhm, was einen Strom von etwas weniger als 20 Milliampere für ein Segment der Anzeige ergibt. Ansonsten benötigt der MAX7221 keine externe Beschaltung. Das Ansteuern des MAX7221 erfolgt über die SPI-Schnittstelle. Intern speichert das Display die zur Anzeige vorgesehenen Informationen in einem 8 mal 8 Bit großen RAM.

Die Tabelle "MAX7221: Registerbelegung" gibt einen Überblick über die Register des Chips und deren Funktion; das Datenblatt [2] des MAX7221 liefert weiterführende Informationen. Das Adressieren des MAX7221 erfolgt über die SPI-Schnittstelle. Dazu eignen sich viele Mikrocontroller – wir konzentrieren uns auf den Raspberry Pi.

MAX7221: Registerbelegung

Register

Funktion

Beschreibung

0x00

No-Op

Funktionslos. Dient bei mehreren SPI-Bausteinen an einem Bus dazu, gezielt nur einen Baustein anzusprechen. Alle anderen erhalten ein No-Op.

0x01

Digit0

Stelle 0 der Anzeige

0x02

Digit1

Stelle 1 der Anzeige

0x03

Digit2

Stelle 2 der Anzeige

0x04

Digit3

Stelle 3 der Anzeige

0x05

Digit4

Stelle 4 der Anzeige

0x06

Digit5

Stelle 5 der Anzeige

0x07

Digit6

Stelle 6 der Anzeige

0x08

Digit7

Stelle 7 der Anzeige

0x09

Decode Mode

Jedes Bit entspricht einer Stelle der Anzeige (Bit 0 = Stelle 0 etc.). Ist es gesetzt, arbeitet die Stelle als Segmentanzeige; die unteren 4 Bit der Digit-Register werden dann als BCD-Zahl interpretiert. Ist es gelöscht, lässt sich jedes Segment der Stelle als einzelne LED ansteuern.

0x0A

Intensity

 

Die unteren 4 Bit des Registers steuern die Helligkeit der LEDs.

0x0B

Scan Limit

Die unteren 3 Bit des Registers steuern, welche Stellen der Anzeige verwendet werden (0x00 = nur Stelle 0, 0x01 = Stellen 1 und 2 etc.).

0x0C

Shutdown

Bit 0 = 1: Normalmodus, alle Anzeigen und Funktionen aktiv. Bit 0 = 0: Schlafmodus, alle Anzeigen aus, keine Reaktion auf Kommandos.

0x0F

Display Test

Bringt alle LEDs zum Leuchten.

Schaltplan

Im Schaltplan (Abbildung 1) unseres Countdown-Zählers stellt der MAX7221 das zentrale Bauteil dar. Mit den vier 7-Segment-Anzeigen verbunden, benötigt er mit dem Widerstand R1 nur ein externes Bauteil. Die komplette Schaltung arbeitet mit einer Betriebsspannung von 3,3 Volt. Die liefert ein Spannungsregler des Typs LD1117v33 von STMicroelectronics, der einen Eingangsspannungsbereich von 4,3 bis 15 Volt erlaubt.

Abbildung 1: Der mit Fritzing erstellte Schaltplan des Countdown-Projekts.

Das macht den Aufbau recht unabhängig bei der Wahl der Spannungsquelle (USB-Netzteil, Autobatterie etc.). Zwei Kondensatoren dienen dazu, Schwankungen in der Eingangsspannung zu puffern, und wirken dem Schwingen des Spannungsreglers entgegen. Ein Pfostenstecker verbindet die Anschlüsse der SPI-Schnittstelle mit dem Raspberry Pi. Abbildung 2 zeigt den vollständigen Aufbau, eine Liste aller Komponenten finden Sie in der Tabelle "Bauteile".

Abbildung 2: Der Countdown-Zähler auf einer Europlatine; unten der Raspberry Pi.

Bauteile

Anzahl

Name

Bezugsquelle

Preis/Stück

4

SC08-11SRWA

reichelt.de

1,15 Euro

1

MAX7221CNG

reichelt.de

5,99 Euro

1

PCB Prototype 8x12

aliexpress.com

ca. 1 Euro

div.

Kleinteile

Bastelkiste

2 Euro

In Summe etwa 20 Euro

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