A 7 szegmenses kijelző egy egyszerű elektronikus alkatrész, amely hét LED-sávból áll, amelyek számokat, néhány betűt és még hexadecimális értékeket is mutatnak. Órákban, számológépekben, mérőórákban és készülékekben használják, mert alacsony fogyasztású, megbízható és könnyen használható. Ez a cikk részletesen ismerteti a pinoutot, a specifikációkat, a vezetési módszereket és a tervezési tippeket.
7 szegmenses kijelző áttekintése
A 7 szegmenses kijelző az egyik legegyszerűbb, mégis leggyakrabban használt elektronikus kijelző a numerikus adatok és a korlátozott karakterek megjelenítésére. Hét nyolcas alakban elrendezett LED-sávból áll, amelyek különféle kombinációkban világíthatók 0-tól 9-ig terjedő számjegyek, valamint néhány ábécé karakter kialakításához. Számos változat tartalmaz egy további tizedesvessző (dp) szegmenst is a lebegőpontos számok megjelenítéséhez, így alkalmasak számológépekhez, órákhoz, mérőórákhoz és elektronikához. Egyszerűségük, alacsony energiafogyasztásuk és a mikrovezérlőkkel való egyszerű interfészük még az LCD-k és OLED-ek térnyerésével is relevánsak maradtak. Robusztus kialakításuknak köszönhetően ipari berendezésekben, tesztműszerekben és beágyazott rendszerekben is megtalálhatók, ahol megbízhatóságra van szükség.
7 Szegmenses kijelző kivezetési konfiguráció
| Tűszám | Gombostű neve | Pin szerep |
|---|---|---|
| 1 | E tű | Kezeli a bal alsó sarokban található LED-szegmenst. |
| 2 | D érintkező | A legalsó rész LED-szegmenséért felelős. |
| 3 | Közös PIN | A kijelző típusától függően VCC-hez vagy földhöz csatlakozik. |
| 4 | C érintkező | A jobb alsó sarokban vezérli a LED-szegmenst. |
| 5 | DP tű | A tizedesvessző LED-szegmensét vezérli. |
| 6 | B érintkező | A jobb felső sarokban található LED-szegmenst kezeli. |
| 7 | A érintkező | Irányítja a legfelső LED-szegmens működését. |
| 8 | Közös PIN | Hasonló a 3. érintkezőhöz; csatlakozik a VCC-hez vagy a földhöz. |
| 9 | F érintkező | A bal felső végén lévő LED-szegmenst futtatja. |
| 10 | G érintkező | A középső LED-szegmens kapcsolását vezérli. |
Minden számjegyet hét LED-szegmens alkot, A-tól G-ig és egy opcionális tizedesvessző (DP). Ezeknek a szegmenseknek a különböző kombinációinak megvilágításával számok és néhány betű jeleníthető meg. Az alsó csapok az egyes szegmensekhez, a tizedesvesszőhöz és a közös kapcsokhoz (COM) csatlakoznak, amelyek akár földhöz, akár tápfeszültséghez köthetők, attól függően, hogy a kijelző közös katód vagy közös anód.
A 7 szegmenses kijelző különböző felhasználási módjai
Digitális órák
A 7 szegmenses kijelzőket a digitális órákban használják az órák, percek és másodpercek könnyen olvasható numerikus formátumban történő megjelenítésére. Tiszta láthatóságuk alkalmassá teszi mind a fogyasztói, mind az ipari időmérő eszközökhöz.
Számológépek
A zseb- és asztali számológépek 7 szegmenses kijelzőkre támaszkodnak a numerikus eredmények megjelenítéséhez. Alacsony energiaigényük hosszú akkumulátor-élettartamot biztosít, még kompakt készülékekben is.
Mérőműszerek
A multiméterek, voltmérők, ampermérők és frekvenciaszámlálók gyakran 7 szegmenses kijelzőket használnak a pontos numerikus leolvasáshoz, biztosítva az egyértelműséget a mérnökök és technikusok számára.
Háztartási gépek
Az olyan eszközök, mint a mikrohullámú sütők, mosógépek és légkondicionálók, 7 szegmenses kijelzőket használnak az idő, a hőmérséklet és a programbeállítások jelzésére.
Üzemanyag-szivattyúk
Az üzemanyag-adagolók 7 szegmenses kijelzőket alkalmaznak az üzemanyag mennyiségének és költségének megjelenítésére, így az ügyfelek számára egyértelmű és valós idejű adatokat biztosítanak.
Eredményjelzők
A sporteredményjelzők nagy, 7 szegmenses kijelzőket használnak a távolról látható eredmények, időzítők és visszaszámlálások megjelenítésére.
Közös katód vs. közös anód 7 szegmenses kijelzőkön
Közös katód (CC)
A LED-ek összes katód (negatív) kivezetése össze van kötve és földhöz (GND) van csatlakoztatva. Egy szegmens világít, ha HIGH voltage a megfelelő érintkezőre van alkalmazva.
Ez a típus könnyen használható mikrovezérlőkkel vagy meghajtó IC-kkel, amelyek közvetlenül áramot szolgáltatnak.
Közös anód (CA)
Az összes anód (pozitív) kapocs össze van kötve és csatlakoztatva van a VCC-hez. Egy szegmens bekapcsol, ha a csapját ALACSONYRA húzzák (a földre). Áramelnyelő meghajtókkal működik a legjobban.
A típus azonosítása
Használjon multimétert dióda üzemmódban. Közös anód esetén csatlakoztassa a piros mintavételt a közös érintkezőhöz, a fekete mintavételt pedig egy szegmenscsaphoz, ha a szegmens világít, akkor az CA. Fordítsa meg a mintavételeket egy közös katód teszteléséhez.
A 7 szegmenses kijelzők elektromos specifikációi
| Paraméter | Hatótávolság |
|---|---|
| Előremenő feszültség (Vf) | 1,8–2,4 V (piros/sárga: \~1,8–2,0 V, zöld/kék: \~2,0–2,4 V) |
| Előremenő áram (If) | 10–30 mA (szegmensenként 20 mA alapfelszereltség) |
| Csúcsáram | Akár 100 mA (csak impulzusos/multiplexelt üzemmódban) |
| Fényerősség | 1–10 mcd (magasabb értékek = fényesebb) |
| Hullámhossz (színes) | Piros: 620–630 nm, zöld: 565 nm |
| Látószög | 50–120° |
Ellenállás kiszámítása 7 szegmenses kijelzőkhöz
A 7 szegmenses kijelzőhöz minden LED-szegmenshez áramkorlátozó ellenállásra van szükség, hogy megakadályozza a túlzott áramáramlást és az egyenetlen fényerőt. Az ellenállás értékét Ohm törvényével határozzuk meg, R = (Vcc – Vf) / Ha a tápfeszültség, Vf a LED előremenő feszültsége, és Ha a kívánt előremenő áram. Például 5 V-os tápellátással, szegmensenként 2,0 V előremenő feszültséggel és 10 mA célárammal a számítás (5 – 2) ÷ 0,01 = 300 Ω lesz. Mivel az ellenállások szabványos értékekkel rendelkeznek, a biztonság érdekében a legjobb, ha a következő magasabb opciót választja, például a 330 Ω-ot. Minden szegmensnek saját ellenállással kell rendelkeznie, mivel a közös érintkező megosztása egyenetlen fényerőt okoz. Multiplexelt kijelzők esetén az ellenállás értékeinek beállításakor az impulzusos működést is figyelembe kell venni.
7 szegmenses kijelzők vezetése dekódoló IC-kkel
A 7 szegmenses kijelző közvetlenül a mikrokontrollerről történő vezérlése gyorsan elfogyaszthatja az I/O érintkezőket, mivel egy számjegyhez legfeljebb nyolc érintkezőre van szükség (hét szegmens plusz tizedesvessző). A GPIO-k mentéséhez és a huzalozás egyszerűsítéséhez dekóder IC-ket használnak. Ezek a chipek egy 4 bites bináris kódolású decimális (BCD) bemenetet alakítanak át a szükséges hét kimenetté, amelyek a megjelenítési szegmenseket hajtják, így a követelmény mindössze négy adatvonalra csökken.
A 74HC4511 általános katód (CC) kijelzőkhöz készült, és aktív-MAGAS kimeneteket biztosít. Olyan hasznos funkciókat tartalmaz, mint a retesz engedélyezése, a lámpateszt és a vakításvezérlés, amelyek lehetővé teszik a kijelző stabil vezérlését és tesztelését. Másrészt az SN7447/LS47 közös anód (CA) kijelzőkkel működik, és aktív-LOW jeleket ad ki. Támogatja a lámpatesztet és a hullámzás-kioltási funkciókat is, így alkalmas több számjegy meghajtására lépcsőzetes kijelzőkön.
Vezetési módszerek 7 szegmenses kijelzőkhöz
Közvetlen hajtás
Ebben a megközelítésben minden LED-szegmens közvetlenül az MCU érintkezőjéből csatlakozik egy ellenálláson keresztül. Bár egyszerű, számjegyenként akár 8 tűt is igényel. Ez praktikus egyjegyű kijelzőknél, de nem hatékony a többjegyű beállításoknál.
Dekóder IC-k
A dekóder csökkenti a PIN-kód használatát azáltal, hogy egy 4 bites bináris bemenetet a kijelzőhöz szükséges hét kimenetté alakít. Ez a megközelítés kiválóan alkalmas egyjegyű vagy kis kijelzőkhöz, a szükséges MCU érintkezők számát mindössze négyre csökkentve. Kevésbé hatékony, ha nagyobb többjegyű tömböket hajt végre.
Műszak regiszterek
A Shift regiszterek soros adatokat vesznek az MCU-ból, és párhuzamos kimenetekké alakítják át. Könnyen lépcsőzetesek, így tökéletesek a többjegyű 7 szegmenses modulokhoz, miközben nagyon kevés MCU érintkezőt használnak. Ez a módszer a leginkább skálázható, és digitális órákban, számlálókban és multiplexelt kijelzőkben használják.
Többjegyű 7 szegmenses kijelzők multiplexelése
Többjegyű, 7 szegmenses kijelzők használatakor a multiplexelés gyakori módszer a vezérlésre túl sok érintkező használata nélkül. Ebben a megközelítésben egyszerre csak egy számjegy van bekapcsolva, de a váltás olyan gyorsan történik, hogy úgy tűnik, mintha az összes számjegy együtt lenne bekapcsolva. Ez megkönnyíti a kijelző kezelését, miközben továbbra is a helyes számokat jeleníti meg.
Ahhoz, hogy a kijelző stabilnak tűnjön, minden számjegyet elég nagy sebességgel, másodpercenként körülbelül 200-szor kell frissíteni, hogy a szem ne észleljen villogást. Az egyes számjegyek aktív idejét munkaciklusnak nevezzük, amely attól függ, hogy hány számjegyet vezérelnek. A kisebb munkaciklus azt jelenti, hogy a számjegyek nem olyan fényesek, ezért előfordulhat, hogy az áramot biztonságos határokon belül kell beállítani a láthatóság fenntartása érdekében.
A multiplexelés során előforduló egyik probléma a szellemkép, ahol a nem kívánt szegmensek halványan világítanak. Ez elkerülhető, ha a szegmensjelek frissítése előtt kikapcsolja az összes számjegyet, és olyan illesztőprogramokat használ, amelyek gyorsan megváltoztatják az állapotot a tisztább működés érdekében.
7 szegmenses kijelzők vezetése tranzisztoros és MOSFET-meghajtókkal
Darlington tranzisztoros tömbök
Ezeket az IC-ket a közös katód (CC) kijelzők áramának elsüllyesztésére használják. Minden csatorna képes meghajtani egy szegmenst vagy számjegyet, így alkalmas közepes és nagy méretű kijelzőkre.
PNP tranzisztorok és P-csatornás MOSFET-ek
A közös anód (CA) kijelzőkhöz forrásáramra van szükség. PNP tranzisztorok vagy P-MOSFET-ek biztosítják a szükséges áramot az anódok számára, miközben lehetővé teszik az MCU számára a kapcsolás hatékony vezérlését.
Dedikált LED meghajtó IC-k
Az olyan speciális IC-k, mint a MAX7219, egyetlen chipbe integrálják a multiplexelést, az áramszabályozást és a fényerő-szabályozást. Ezek az illesztőprogramok nagymértékben csökkentik a vezetékezés összetettségét és felszabadítják az MCU-erőforrásokat.
7 szegmenses kijelzőkön megjeleníthető karakterek
Számjegyek (0–9)
A 7 szegmenses kijelzők elsődleges célja a tizedes számok megjelenítése. Minden 0-tól 9-ig terjedő számjegy világosan és pontosan megjeleníthető, ezért használják számológépekben, órákban és mérőkben.
Hexadecimális karakterek (A–F)
A 7 szegmenses kijelzők hexadecimális értékeket is képviselhetnek. A támogatott karakterek közé tartozik az A, b, C, d, E és F. Ez hasznossá teszi őket a digitális elektronikában és a beágyazott rendszerekben, ahol hexadecimális ábrázolásra van szükség.
Korlátozott betűk
Egyes betűk, például a P, U, L és H, a hét szegmens segítségével közelíthetők. Az olvashatóság nem mindig a legjobb, mivel sok betű több szegmenst igényel, mint amennyit a kijelző biztosít.
Nem alkalmas teljes szöveghez
Korlátozott felépítésük miatt a 7 szegmenses kijelzők nem praktikusak szavak vagy összetett betűk megjelenítésére. A szöveges alkalmazásokhoz a tervezők gyakran használnak mátrixkijelzőket vagy alfanumerikus LCD/LED modulokat.
NYÁK- és vezetékezési tippek 7 szegmenses kijelzőkhöz
• Helyezze az áramkorlátozó ellenállásokat a LED-érintkezők közelébe a stabil fényerő fenntartása és a nyomok közötti feszültségesés csökkentése érdekében.
• Használjon széles NYÁK-nyomokat a közös anód- vagy katódvezetékekhez, mivel ezek egyszerre több szegmensben nagyobb áramot hordoznak.
• Adjon hozzá egy szilárd alaplapot a stabil visszatérési utak biztosításához, a zaj minimalizálásához és az áramkör általános teljesítményének javításához.
• Tartsa röviden és jól irányítva a számjegyeket engedélyező vonalakat, hogy elkerülje a zajproblémákat, és biztosítsa a gyors átmenetet a zökkenőmentes multiplexelés érdekében.
Következtetés
A 7 szegmenses kijelzők praktikusak, tartósak és széles körben használják számok megjelenítésére olyan eszközökön, mint az órák, számológépek, mérők és üzemanyag-szivattyúk. Működhetnek közös katódként vagy közös anódként, és mikrovezérlők, dekódoló IC-k vagy műszakregiszterek hajtják őket. Bár nem alkalmasak teljes szövegre, hatékonyságuk és megbízhatóságuk miatt számos alkalmazásban szükség van rájuk.
Gyakran ismételt kérdések [GYIK]
Milyen anyagokat használnak a 7 szegmenses kijelzőkben?
Félvezető LED-ekből készülnek (GaAsP piros/narancssárga, GaP zöld), amelyek epoxigyantában vannak elhelyezve a védelem és a fényformázás érdekében.
Használhatók a 7 szegmenses kijelzők kültéren?
Igen, de csak a nagy fényerejű vagy nagy szegmensű változatok alkalmasak. A normál kijelzők túl halványak a közvetlen napfényhez.
Mennyi ideig tart egy 7 szegmenses kijelző?
Egy jól vezetett kijelző 50 000 és 100 000 óra közötti időtartamot bír ki. A túláram vagy a túlmelegedés csökkenti az élettartamot.
Mi a legjobb frissítési gyakoriság a multiplexelt kijelzőkhöz?
A legtöbb 100 Hz és 1 kHz között működik a legjobban. A 100 Hz alatti frekvenciák villogást okoznak, míg az 1 kHz feletti frekvenciák erőforrásokat pazarolnak.
Léteznek többszínű 7 szegmenses kijelzők?
Igen. Egyes modellek kétszínű vagy RGB LED-eket használnak, így több színválaszték is elérhető egy kijelzőn.
Melyik fogyaszt több energiát, 7 szegmenses kijelzők vagy LCD-k?
A 7 szegmenses LED-ek több energiát fogyasztanak, mint az LCD-k. Az LCD-ket előnyben részesítik az alacsony fogyasztású eszközöknél, míg a LED-ek fényesebbek és masszívabbak.