Un afișaj cu 7 segmente este o componentă electronică simplă formată din șapte bare LED care afișează numere, câteva litere și chiar valori hexazecimale. Este utilizat în ceasuri, calculatoare, contoare și aparate, deoarece este cu putere redusă, fiabil și ușor de utilizat. Acest articol explică în detaliu pinout-ul, specificațiile, metodele de conducere și sfaturile de proiectare.
Prezentare generală a afișajului cu 7 segmente
Un afișaj cu 7 segmente este unul dintre cele mai simple, dar cele mai utilizate dispozitive de afișare electronică pentru afișarea datelor numerice și a caracterelor limitate. Este alcătuit din șapte bare LED dispuse în stil opt, care pot fi aprinse în diferite combinații pentru a forma cifre de la 0 la 9, precum și câteva caractere alfabetice. Multe versiuni includ, de asemenea, un segment suplimentar în virgulă zecimală (dp) pentru a afișa numerele în virgulă mobilă, făcându-le potrivite pentru calculatoare, ceasuri, contoare și electronice. Simplitatea lor, consumul redus de energie și interfața ușoară cu microcontrolerele le-au menținut relevante chiar și odată cu creșterea LCD-urilor și OLED-urilor. Datorită designului lor robust, se găsesc și în echipamente industriale, instrumente de testare și sisteme încorporate unde este necesară fiabilitatea.
Configurația pinout-ului afișajului cu 7 segmente
| Nr. pin. | Nume pin | Rolul pinului |
|---|---|---|
| 1 | Pin E | Gestionează segmentul LED din capătul din stânga jos. |
| 2 | Știftul D | Responsabil pentru segmentul LED din partea cea mai joasă. |
| 3 | Pin comun | Se conectează la VCC sau la masă, în funcție de tipul de afișaj. |
| 4 | Știft C | Controlează segmentul LED în poziția din dreapta jos. |
| 5 | Pin DP | Controlează segmentul LED în virgulă zecimală. |
| 6 | Știftul B | Gestionează segmentul LED din dreapta sus. |
| 7 | Pin A | Ghidează funcționarea segmentului LED de sus. |
| 8 | Pin comun | Similar cu Pinul 3; se conectează la VCC sau la masă. |
| 9 | Știft F | Rulează segmentul LED de la capătul din stânga sus. |
| 10 | Pinul G | Controlează comutarea segmentului LED din mijloc. |
Fiecare cifră este formată din șapte segmente LED, etichetate de la A la G, și o virgulă zecimală opțională (DP). Prin aprinderea diferitelor combinații ale acestor segmente, pot fi afișate numere și unele litere. Pinii din partea de jos se conectează la fiecare segment, virgulă zecimală și bornele comune (COM), care pot fi legate fie de masă, fie de tensiunea de alimentare, în funcție de faptul că afișajul este catod comun sau anod comun.
Utilizări diferite ale afișajului cu 7 segmente
Ceasuri digitale
Afișajele cu 7 segmente sunt utilizate în ceasurile digitale pentru a afișa ore, minute și secunde într-un format numeric ușor de citit. Vizibilitatea lor clară le face potrivite atât pentru dispozitivele de cronometrare de consum, cât și pentru cele industriale.
Calculatoare
Calculatoarele de buzunar și desktop se bazează pe afișaje cu 7 segmente pentru a prezenta rezultate numerice. Necesarul lor redus de energie asigură o durată lungă de viață a bateriei, chiar și în dispozitivele compacte.
Instrumente de măsurare
Multimetrele, voltmetrele, amperemetrele și contoarele de frecvență folosesc adesea afișaje cu 7 segmente pentru a oferi citiri numerice precise, asigurând claritate pentru ingineri și tehnicieni.
Electrocasnice
Dispozitive precum cuptoarele cu microunde, mașinile de spălat și aparatele de aer condiționat folosesc afișaje cu 7 segmente pentru a indica setările de timp, temperatură și program.
Pompe de combustibil
Dozatoarele de combustibil folosesc afișaje cu 7 segmente pentru a afișa cantitatea și costul combustibilului, oferind clienților date clare și în timp real.
Tablouri de bord
Tablourile de bord sportive folosesc afișaje mari cu 7 segmente pentru a afișa scorurile, cronometrele și numărătoarea inversă care sunt vizibile de la distanță.
Catod comun vs. anod comun în afișajele cu 7 segmente
Catod comun (CC)
Toate bornele catodice (negative) ale LED-urilor sunt legate între ele și conectate la masă (GND). Un segment se aprinde atunci când se aplică o tensiune ÎNALTĂ la pinul corespunzător.
Acest tip este ușor de utilizat cu microcontrolere sau circuite integrate de driver care furnizează curent direct.
Anod comun (CA)
Toate terminalele anodice (pozitive) sunt legate între ele și conectate la VCC. Un segment se aprinde când știftul său este tras JOS (la masă). Funcționează cel mai bine cu driverele care scad curentul.
Identificarea tipului
Utilizați un multimetru în modul diodă. Pentru un anod comun, conectați sonda roșie la pinul comun și sonda neagră la un pin de segment, dacă segmentul se aprinde, este CA. Inversați sondele pentru a testa un catod comun.
Specificații electrice ale afișajelor cu 7 segmente
| Parametru | Gamă |
|---|---|
| Tensiune directă (Vf) | 1,8–2,4 V (roșu/galben: \~1,8–2,0 V, verde/albastru: \~2,0–2,4 V) |
| Curent direct (Dacă) | 10–30 mA (20 mA per segment este standard) |
| Curent de vârf | Până la 100 mA (numai funcționare pulsată/multiplexată) |
| Intensitate luminoasă | 1–10 mcd (valori mai mari = mai luminoase) |
| Lungime de undă (color) | Roșu: 620–630 nm, Verde: 565 nm |
| Unghi de vizualizare | 50–120° |
Calculul rezistenței pentru afișaje cu 7 segmente
Un afișaj cu 7 segmente necesită un rezistor de limitare a curentului pentru fiecare segment LED pentru a preveni fluxul excesiv de curent și luminozitatea neuniformă. Valoarea rezistenței este determinată folosind legea lui Ohm, exprimată ca R = (Vcc – Vf) / Dacă, unde Vcc este tensiunea de alimentare, Vf este tensiunea directă a LED-ului și If este curentul înainte dorit. De exemplu, cu o sursă de 5 V, o tensiune directă de 2,0 V pe segment și un curent țintă de 10 mA, calculul devine (5 – 2) ÷ 0,01 = 300 Ω. Deoarece rezistențele vin în valori standard, cel mai bine este să selectați următoarea opțiune superioară, cum ar fi 330 Ω, pentru a asigura siguranța. Fiecare segment trebuie să aibă propriul rezistor, deoarece împărțirea unuia peste pinul comun provoacă niveluri de luminozitate inegale. Pentru afișajele multiplexate, funcționarea pulsată trebuie luată în considerare și la reglarea valorilor rezistenței.
Conducerea afișajelor cu 7 segmente cu circuite integrate de decodor
Controlul unui afișaj cu 7 segmente direct de la un microcontroler poate consuma rapid pini I/O, deoarece o cifră necesită până la opt pini (șapte segmente plus virgulă zecimală). Pentru a salva GPIO-urile și a simplifica cablarea, se folosesc circuite integrate de decodor. Aceste cipuri convertesc o intrare zecimală cu cod binar (BCD) de 4 biți în cele șapte ieșiri necesare care conduc segmentele de afișare, reducând cerința la doar patru linii de date.
74HC4511 este proiectat pentru afișaje cu catod obișnuit (CC) și oferă ieșiri active-HIGH. Include funcții utile, cum ar fi activarea zăvorului, testul lămpii și controlul ștergerii, care permit un control și testare stabilă a afișajului. Pe de altă parte, SN7447/LS47 funcționează cu afișaje cu anod obișnuit (CA) și emite semnale active-LOW. De asemenea, acceptă funcțiile de testare a lămpii și de ștergere a ondulației, ceea ce îl face potrivit pentru conducerea mai multor cifre în afișaje în cascadă.
Metode de conducere pentru afișaje cu 7 segmente
Acționare directă
În această abordare, fiecare segment LED se conectează direct de la pinul MCU printr-un rezistor. Deși simplu, necesită până la 8 pini pe cifră. Acest lucru este practic pentru afișajele cu o singură cifră, dar ineficient pentru configurațiile cu mai multe cifre.
Circuite integrate de decodor
Un decodor reduce utilizarea pinilor prin conversia unei intrări binare pe 4 biți în cele șapte ieșiri necesare pentru afișaj. Această abordare este excelentă pentru afișaje cu o singură cifră sau mici, reducând pinii MCU necesari la doar patru. Devine mai puțin eficient atunci când conduceți matrice mai mari cu mai multe cifre.
Registre de schimbare
Registrele de deplasare preiau date seriale de la MCU și le convertesc în ieșiri paralele. Acestea sunt ușor în cascadă, făcându-le perfecte pentru module cu mai multe cifre cu 7 segmente, în timp ce folosesc foarte puțini pini MCU. Această metodă este cea mai scalabilă și utilizată în ceasuri digitale, contoare și afișaje multiplexate.
Multiplexare afișaje cu 7 segmente cu mai multe cifre
Când utilizați afișaje cu mai multe cifre cu 7 segmente, multiplexarea este o metodă obișnuită de a le controla fără a utiliza prea mulți pini. În această abordare, o singură cifră este activată la un moment dat, dar comutarea are loc atât de repede încât pare că toate cifrele sunt activate împreună. Acest lucru face ca afișajul să fie mai ușor de gestionat, afișând în același timp numerele corecte.
Pentru ca afișajul să pară stabil, fiecare cifră trebuie reîmprospătată la o rată suficient de mare, de aproximativ 200 de ori pe secundă, astfel încât ochiul să nu observe nicio pâlpâire. Perioada de timp în care fiecare cifră este activă se numește ciclu de lucru, care depinde de câte cifre sunt controlate. Un ciclu de funcționare mai mic înseamnă că cifrele nu sunt la fel de luminoase, astfel încât curentul poate fi ajustat în limite de siguranță pentru a menține vizibilitatea.
O problemă care poate apărea în multiplexare este fantoma, unde segmentele nedorite apar slab luminate. Acest lucru poate fi evitat prin dezactivarea tuturor cifrelor înainte de actualizarea semnalelor segmentului și prin utilizarea driverelor care pot schimba rapid stările pentru o funcționare mai curată.
Conducerea afișajelor cu 7 segmente cu drivere de tranzistor și MOSFET
Matrice de tranzistori Darlington
Aceste circuite integrate sunt utilizate pentru scufundarea curentului în afișajele cu catod comun (CC). Fiecare canal poate conduce un segment sau o cifră, făcându-le potrivite pentru afișaje de dimensiuni medii și mari.
Tranzistori PNP și MOSFET-uri cu canal P
Pentru afișajele cu anozi obișnuiți (CA), este necesar curentul de sursă. Tranzistoarele PNP sau P-MOSFET-urile furnizează curentul necesar anozilor, permițând în același timp MCU-ului să controleze comutarea eficient.
Circuite integrate dedicate pentru drivere LED
Circuitele integrate specializate, cum ar fi MAX7219, integrează multiplexarea, reglarea curentului și controlul luminozității într-un singur cip. Aceste drivere reduc foarte mult complexitatea cablajului și eliberează resurse MCU.
Caractere pe care le puteți afișa pe afișaje cu 7 segmente
Cifre (0-9)
Scopul principal al afișajelor cu 7 segmente este de a afișa numere zecimale. Toate cifrele de la 0 la 9 pot fi afișate clar și precis, motiv pentru care sunt utilizate în calculatoare, ceasuri și contoare.
Caractere hexazecimale (A-F)
Afișajele cu 7 segmente pot reprezenta, de asemenea, valori hexazecimale. Caracterele acceptate includ A, b, C, d, E și F. Acest lucru le face utile în electronica digitală și sistemele încorporate unde este necesară reprezentarea hexazecimală.
Litere alfabetice limitate
Unele litere, cum ar fi P, U, L și H, pot fi aproximate folosind cele șapte segmente. Este posibil ca lizibilitatea să nu fie întotdeauna cea mai bună, deoarece multe litere necesită mai multe segmente decât oferă afișajul.
Nu este potrivit pentru text complet
Datorită structurii lor limitate, afișajele cu 7 segmente nu sunt practice pentru afișarea cuvintelor sau literelor complexe. Pentru aplicații cu text greu, designerii folosesc adesea afișaje matrice de puncte sau module LCD/LED alfanumerice.
PCB și vârfuri de cablare pentru afișaje cu 7 segmente
• Așezați rezistențele de limitare a curentului în apropierea pinilor LED pentru a menține luminozitatea stabilă și pentru a reduce căderile de tensiune pe urme.
• Utilizați urme largi de PCB pentru liniile obișnuite de anod sau catod, deoarece acestea transportă curenți mai mari pentru mai multe segmente simultan.
• Adăugați un plan de masă solid pentru a oferi căi de întoarcere stabile, pentru a minimiza zgomotul și pentru a îmbunătăți performanța generală a circuitului.
• Păstrați liniile de activare a cifrelor scurte și bine direcționate pentru a evita problemele de zgomot și pentru a asigura tranziții rapide pentru multiplexare lină.
Concluzie
Afișajele cu 7 segmente sunt practice, durabile și utilizate pe scară largă pentru afișarea numerelor în dispozitive precum ceasuri, calculatoare, contoare și pompe de combustibil. Acestea pot funcționa ca un catod comun sau un anod comun și pot fi acționate de microcontrolere, circuite integrate de decodoare sau registre de deplasare. Deși nu sunt potrivite pentru text complet, eficiența și fiabilitatea lor le mențin necesare în multe aplicații.
Întrebări frecvente [FAQ]
Ce materiale sunt folosite în afișajele cu 7 segmente?
Sunt fabricate din LED-uri semiconductoare (GaAsP pentru roșu/portocaliu, GaP pentru verde) adăpostite în rășină epoxidică pentru protecție și modelare a luminii.
Pot fi utilizate afișaje cu 7 segmente în aer liber?
Da, dar sunt potrivite doar versiunile cu luminozitate ridicată sau cu segmente mari. Afișajele standard sunt prea slabe pentru lumina directă a soarelui.
Cât durează un afișaj cu 7 segmente?
Un afișaj bine condus durează între 50.000 și 100.000 de ore. Supracurentul sau supraîncălzirea reduce durata de viață.
Care este cea mai bună rată de reîmprospătare pentru afișajele multiplexate?
Majoritatea funcționează cel mai bine între 100 Hz și 1 kHz. Frecvențele sub 100 Hz provoacă pâlpâire, în timp ce frecvențele peste 1 kHz risipesc resurse.
Există afișaje multicolore cu 7 segmente?
Da. Unele modele folosesc LED-uri bicolore sau RGB, permițând mai multe opțiuni de culoare într-un singur afișaj.
Care consumă mai multă energie, afișaje cu 7 segmente sau LCD-uri?
LED-urile cu 7 segmente consumă mai multă energie decât LCD-urile. LCD-urile sunt preferate pentru dispozitivele cu consum redus de energie, în timp ce LED-urile sunt mai luminoase și mai robuste.