Python × Pico 電子工作　｜　#07 7セグメントで数字を表示しよう

今回は 7セグメント LED で数字 0〜9 を表示します。デジタル時計・電子レンジ・電卓などで見慣れた「四角い形の数字」は、実は 7 本の小さな LED を組み合わせて作られています。ブロック 1 つで数字を表示できますが、内側では a〜g の 7 ピン同時制御 が動いています。

• 7セグメントの a〜g 各セグメントの位置と役割
• カソードコモン／アノードコモンの違いと選び方
• pico_7seg_show ブロックで数字を表示
• 0〜9 のカウントアップ・カウントダウン・点滅などの応用

PycoBlocks（MicroPythonモード） を開き、左カテゴリ「Pico 電子工作 / 表示」の「7セグ表示」ブロックが今回の主役です。7セグメント LED は 8 本の足（a〜g の 7 本 + コモン 1 本）を持つので、配線は今までで一番大変ですが、表示が点灯した瞬間の達成感は格別です。

7セグメント LED の仕組み：a〜g 7本の LED で数字を作る

7セグメント LED は 「8」の形に並んだ 7 本の細長い LED です。各 LED には a・b・c・d・e・f・g という名前が付いており、どの LED を光らせるか で数字 0〜9 を表現します。下の図で、各セグメントの位置と数字 0・3・8 の点灯例を見てみましょう。

たとえば数字 「0」 は a・b・c・d・e・f を点灯（g 消灯）、「7」 は a・b・c だけ点灯、「8」 は 全部点灯 で表現します。

カソードコモンとアノードコモン：どちらを使う？

7セグメント LED には 2 種類 あり、共通端子（コモン）の繋ぎ方が逆になっています。見た目はそっくりですが、配線と制御信号が 正反対 なので注意が必要です。

本記事では カソードコモン を使います（ELEGOO スターターキットの 7 セグはカソードコモン）。もしアノードコモンを使う場合は、pico_7seg_show の出力は 逆論理 になり、セグメントを LOW（0） にしたときに点灯します。

ステップ1：数字「3」を表示してみよう

まずは 数字「3」 を表示してみましょう。「3」は a・b・c・d・g を点灯、e・f は消灯します。ブロックには「数字 3」と書くだけで、内側のパターン計算は pico_7seg_show が自動でやってくれます。

from machine import Pin
_SEG_PAT = [[1,1,1,1,1,1,0],[0,1,1,0,0,0,0],[1,1,0,1,1,0,1],[1,1,1,1,0,0,1],[0,1,1,0,0,1,1],[1,0,1,1,0,1,1],[1,0,1,1,1,1,1],[1,1,1,0,0,0,0],[1,1,1,1,1,1,1],[1,1,1,1,0,1,1]]
_seg_pins = [Pin(p, Pin.OUT) for p in [2,3,4,5,6,7,8]]
for _i, _v in enumerate(_SEG_PAT[3]):
    _seg_pins[_i].value(_v)

_SEG_PAT は 0〜9 の点灯パターン表（10 行 × 7 列のリスト）。_SEG_PAT[3] で「3」のパターン [1,1,1,1,0,0,1] を取り出し、enumerate + for ループで 7 本のピンに順番に出力する仕組みです。数字を変えるには _SEG_PAT[3] の 3 を 0〜9 に書き換えるだけ。

ステップ2：0〜9 のカウントアップ

7セグブロックを 0 → 9 まで縦に並べ、間に 0.5 秒 の wait を挟むと、電卓やストップウォッチのような カウントアップ表示 になります。

from machine import Pin
import utime
_SEG_PAT = [[1,1,1,1,1,1,0],[0,1,1,0,0,0,0],[1,1,0,1,1,0,1],[1,1,1,1,0,0,1],[0,1,1,0,0,1,1],[1,0,1,1,0,1,1],[1,0,1,1,1,1,1],[1,1,1,0,0,0,0],[1,1,1,1,1,1,1],[1,1,1,1,0,1,1]]
_seg_pins = [Pin(p, Pin.OUT) for p in [2,3,4,5,6,7,8]]
for n in range(10):
    for _i, _v in enumerate(_SEG_PAT[n]):
        _seg_pins[_i].value(_v)
    utime.sleep(0.5)

Python コードの工夫：ブロック版では 10 個のブロックを縦に並べる必要がありましたが、Python では for n in range(10): で 10 行を 3 行 に圧縮できます。range(10) は 0〜9 を順に取り出すので、それぞれの数字パターンを 0.5 秒ずつ表示します。

ステップ3（コラム）：ビットパターンと多桁表示への発展

ステップ2 で見た _SEG_PAT は 10 行 × 7 列 の二次元リストです。各行が 1 つの数字に対応し、7 列が a〜g の点灯状態（1=点灯／0=消灯）を表します。このリストを ビットパターン または ルックアップテーブル と呼びます。

なぜルックアップ方式を使うのか：数字ごとに if 文で分岐するより、表を引くだけ のほうが 速くてシンプル です。「3 を表示したいなら表の 3 行目を見る」という発想で、10 個の数字を 共通のコード で扱えます。これは データ駆動プログラミング の典型的なパターンで、ゲームの敵キャラ性能・キャラクター画像差分・経路探索の隣接表など、応用範囲はとても広いです。

多桁の数字を表示するには：本記事では 1 桁の 7 セグを 1 個だけ使っていますが、4 桁の 7 セグ表示器（共通陰極の 12 ピン品など）も市販されています。ただし 4 桁すべてを 同時に光らせる と GPIO が足りなくなるため、実際には 「ダイナミック点灯」（高速に桁を切り替えて、目の残像で同時表示に見せる）という技法を使います。これは応用編で扱います。

16 進数表示（A〜F）：7セグでは 0〜9 だけでなく、A〜F まで表示 できます。A=a,b,c,e,f,g、b=c,d,e,f,g（小文字）、C=a,d,e,f、d=b,c,d,e,g（小文字）、E=a,d,e,f,g、F=a,e,f,g。プログラミングでは 16 進数（0〜F） がよく使われるので、デバッグ表示や色設定の表示に使うと便利です。

DP（小数点）セグメント：実は 7セグ LED の右下には 8 番目のセグメント DP（Decimal Point） もあり、小数点を点灯できます。本記事のブロックは a〜g の 7 本のみ扱いますが、もう 1 本余分にピンを繋げば 3.・0. のような表示も可能です。

演習課題

課題3-7-1：数字「6」と「9」のビットパターンを書いてみよう

ステップ2 の 0〜9 ビットパターン表 を参考にせず、頭の中で 「6」と「9」の形 を思い浮かべて、a〜g それぞれが点灯（1）か消灯（0）かを書き出してみよう。

ヒント：「6」は左下の縦棒（e）が 「5」と違う 部分。「9」は左下の縦棒（e）が 「8」と違う 部分。

# 答え:
# 「6」のパターン（a, b, c, d, e, f, g の順）
#   a:1, b:0, c:1, d:1, e:1, f:1, g:1
#   → [1, 0, 1, 1, 1, 1, 1]
#   点灯セグメント: a, c, d, e, f, g（b だけ消灯）
#
# 「9」のパターン（a, b, c, d, e, f, g の順）
#   a:1, b:1, c:1, d:1, e:0, f:1, g:1
#   → [1, 1, 1, 1, 0, 1, 1]
#   点灯セグメント: a, b, c, d, f, g（e だけ消灯）
#
# 確認: ステップ2 のビットパターン表と一致するか？
# 「6」は a,c,d,e,f,g（5 + e セグメント）
# 「9」は a,b,c,d,f,g（8 - e セグメント）

課題3-7-2：9 から 0 までカウントダウンしよう

数字を 9 → 8 → 7 → … → 1 → 0 の順で 0.4 秒ずつ表示し、最後の 「0」だけ 0.8 秒（少し長め）表示します。ずっと繰り返す ブロックで囲んで、ループさせよう。ロケット発射前の カウントダウン のような効果が作れます。

▶ 模範解答と解説を見る

ブロックの組み合わせ例：

from machine import Pin
import utime
_SEG_PAT = [[1,1,1,1,1,1,0],[0,1,1,0,0,0,0],[1,1,0,1,1,0,1],[1,1,1,1,0,0,1],[0,1,1,0,0,1,1],[1,0,1,1,0,1,1],[1,0,1,1,1,1,1],[1,1,1,0,0,0,0],[1,1,1,1,1,1,1],[1,1,1,1,0,1,1]]
_seg_pins = [Pin(p, Pin.OUT) for p in [2,3,4,5,6,7,8]]

def show(n, dur):
    for _i, _v in enumerate(_SEG_PAT[n]):
        _seg_pins[_i].value(_v)
    utime.sleep(dur)

while True:
    for n in range(9, 0, -1):
        show(n, 0.4)
    show(0, 0.8)

解説： Python の工夫：range(9, 0, -1) は 9 → 1 まで逆順 に取り出します（0 は含まれない）。show(0, 0.8) で最後の「0」だけ別に長めに表示するのがポイント。while True で囲むと 無限ループでカウントダウンが繰り返し されます。発展：

• カウントダウン中に ブザー（#06）を組み合わせて、「0」になった瞬間にビープ音を鳴らすロケット発射演出。
• ボタン（#03）を押したらカウントダウン開始、もう一度押したら停止する制御。
• 可変抵抗（#05）でカウントダウンの速度を変える。

課題3-7-3：「8」と「0」で心拍点滅を作ろう

「8」（全セグメント点灯） と 「0」（外周のみ・中央 g 消灯） を0.3 秒ずつ交互に表示してループさせよう。中央の g セグメントだけが点滅して見えるので、心臓の拍動 のような視覚効果が生まれます。

▶ 模範解答と解説を見る

ブロックの組み合わせ例：

from machine import Pin
import utime
_SEG_PAT = [[1,1,1,1,1,1,0],[0,1,1,0,0,0,0],[1,1,0,1,1,0,1],[1,1,1,1,0,0,1],[0,1,1,0,0,1,1],[1,0,1,1,0,1,1],[1,0,1,1,1,1,1],[1,1,1,0,0,0,0],[1,1,1,1,1,1,1],[1,1,1,1,0,1,1]]
_seg_pins = [Pin(p, Pin.OUT) for p in [2,3,4,5,6,7,8]]

while True:
    for _i, _v in enumerate(_SEG_PAT[8]):
        _seg_pins[_i].value(_v)
    utime.sleep(0.3)
    for _i, _v in enumerate(_SEG_PAT[0]):
        _seg_pins[_i].value(_v)
    utime.sleep(0.3)

解説： 「8」と「0」の 違いは中央 g セグメントだけ なので、g セグメントが 点滅して見える 視覚効果が生まれます。他の 6 セグメント（a,b,c,d,e,f）は常に点灯しているように見えます。発展：

• 「8」と「8」を 0.5 秒ずつ：何も変わらない（点滅しない）。同じパターンだから。
• 「1」と「7」を交互：上の a セグメントだけが点滅して見える。
• 「2」と「3」を交互：e と c のセグメントが入れ替わり点滅。目を凝らすとちょっと不思議な錯視効果。

まとめ

• 7セグメント LED は a〜g の 7 本の細長い LED を組み合わせて 0〜9 の数字を表現する。
• カソードコモンはコモンを GND に接続し、HIGH 出力（1）で点灯。アノードコモンは逆論理（LOW=点灯）。
• pico_7seg_show は a〜g 各セグメントに 7 つのピンを割り当て、数字 0〜9 を選ぶだけで内側の ビットパターン表 を自動展開する。
• 0〜9 の ビットパターン は 10 行 × 7 列のリスト。数字ごとに分岐するより、表を引くほうが速くてシンプル。
• 各セグメントには必ず 抵抗（220Ω 推奨） を直列接続。Pico の GPIO は最大 12mA。

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