7セグメントLEDであるNKG141SP-Bは，カソードコモンのLEDです．従って，カソードをLowにし，各セグメントのアノードをHighにすればそのセグメントが発光します．4個の7セグメントLEDにある各セグメントは一つにまとめられておりますので，7セグメントLEDごとに異なる文字を表示するには1個ずつ高速に表示を変えていく必要があります．
回路構成
この7セグメントLEDにあるLEDは8個あり，それぞれのセグメントは下図のようにA～G，DP(デシマルポイント)のように定義されています．
4個の7セグメントLEDは下図のようにRPiと接続されています．アノード側にはセグメントごとにPNPトランジスタが8個あります．下の図ではPNPトランジスタ7個を省略しています．トランジスタのベースをLowにするとPNPトランジスタはONになりますので，そのセグメントを点灯させる必要条件を満たします．一方，カソード側にはNPNトランジスタのコレクタが接続されており，ベースをHighにするとONになりますので，その7セグメントLEDを点灯させる必要条件を満たします．
動作原理
ではダイナミック点灯をさせる手順を示します．ここでは「1234」という文字を表示させます．まず，下図のように一番左側の7セグメントLEDに「1」を表示させます．それには2つの必要条件があります．１つはアノード側にあるPNPトランジスタのうち，セグメントBとCをLow，それ以外をHighとすることで1を表示させる必要があります．もう１つはカソード側にあるNPNトランジスタのうち，一番左側の7セグメントLEDにつながっているもののベースをHigh，それ以外をLowとすることで1を表示させる必要があります．
少しの時間を空けたのち，すべての7セグメントLEDを消灯させます．この理由は，続けて次のパターンを表示すると残像が映ってしまうためです．次に左から2番目の7セグメントLEDに2を表示します．下図のようにA,B,D,E,Gセグメントに接続されたPNPトランジスタのベースをLow，それ以外をHighにします．そして，左から2番目の7セグメントLEDのカソードコモンに接続されているNPNトランジスタのベースをHigh，それ以外をLowにします．これで2が表示されます．
以降同じように，一旦消灯させたのち，左から3番目の7セグメントLEDを表示するために下図のようにします．
最後に左から4番目の7セグメントLEDに4を表示します．下図のようにします．
以上の動作を高速に動作させることにより，人間の目には各7セグメントLEDにそれぞれ異なる数字が表示されているように見えます．
プログラム
7セグメントLEDとRPiの接続はこちらの表にまとめられていますので参照してください．アノード側が8本，カソード側が4本の合計12本で接続されています．基本的にはLEDの点灯と消灯とほぼ同じで，ただ本数が12本になっているだけです．ではeclipseで新規プロジェクトSevenSegmentを作成してください．さらにPi4JとRemoteVMのライブラリを所定の場所に追加し，さらにビルドバスに追加してください．下の図はプロジェクトを作成した直後の様子です．
まずはmain関数を追加し，12本の端子をインスタン化します．この後のプログラムを簡単にするため，アノード8本を配列 _anodesに，カソード4本を配列 _cathodesにまとめます．これらの配列はprivateのフィールドとしますので下のようなものをSevenSegmentクラスに追加します．
package jp.ac.nagano_nct.ashida_lab.seven_segment;
import com.pi4j.io.gpio.GpioPinDigitalOutput;
public class SevenSegment {
/* アノードにつながる端子の集まり */
private final static GpioPinDigitalOutput _anodes[] = new GpioPinDigitalOutput[8];
/* カソードにつながる端子の集まり */
private final static GpioPinDigitalOutput _cathodes[] = new GpioPinDigitalOutput[4];
public static void main(String []args){
}
}
演習
mainメソッドにて， _anodesと _cathodesにピンを定義してください．このとき，アノードは初期状態でHigh，カソードは初期状態でLowを出力してください．ピンの接続状況はこちらの表を参照してください．また，LEDの点灯・消灯プログラムを参考にしてください．
アノードとカソードを制御できるフィールドを得ましたら，次にdisplay_value(0～9999)を表示できるようにしていきます．下に示すアクティビティ図はdisplay_valueを表示する手順を表しています．ここでは1桁ずつ表示するためdigit変数を作り，これが0なら千の位，1なら百の位，2なら十の位，そして3なら一の位を表示します．従って，digitを0からインクリメントしていき，4になったら0にします．
「アノードとつながる端子に表示する数字を設定する」は新たにprivateなメソッド _setDisplayDigitを作成し，これを呼び出します．このメソッドにはdigitとdisplay_valueを引数として渡します．そして，残像を出さぬようにするため，digit番目のカソードをHighにします．これによりすべてのカソードはHighとなり，結果として全消灯となります．
次に，アノードとつながる端子に表示する数字を設定するメソッド _setDisplayDigitについて説明します．まずは表示すべき値であるdisplay_valueのうち，digitで指定される桁の数値を得ます．そのためにdigitを0から3の4個に場合分けし，それに対応した桁のみにしたvalueを求めます．例えば，digitが0のときにはdisplay_valueのうち千の位だけを抜き出し，digitが2のときにはdisplay_valueのうち十の位だけを抜き出しvalueとします．
こののち，valueを表示するためにどのセグメントを点灯させればよいか考えます．例えばvalueが1であれば，セグメントBとCを点灯させればよいですので，_athodes[1]と_athode[2]に対してLowになるようにし，それ以外の_athodesをHighにします．この処理をするとき，switch文を使うとわかりやすいと思います．
演習
上記のアクティビティ図をもとに _setDisplayDigitメソッドを作成してください．