7-segmentni zaslon je preprosta elektronska komponenta, sestavljena iz sedmih LED vrstic, ki prikazujejo številke, nekaj črk in celo šestnajstiške vrednosti. Uporablja se v urah, kalkulatorjih, števcih in napravah, ker je nizka poraba, zanesljiv in enostaven za uporabo. Ta članek podrobno pojasnjuje pinout, specifikacije, načine vožnje in nasvete za oblikovanje.
Pregled 7-segmentnega prikaza
7-segmentni zaslon je ena najpreprostejših, a najbolj uporabljenih elektronskih prikazovalnih naprav za prikaz številskih podatkov in omejenih znakov. Sestavljen je iz sedmih LED vrstic, razporejenih v slogu osmice, ki jih je mogoče prižgati v različnih kombinacijah, da tvorijo številke od 0 do 9, pa tudi nekaj abecednih znakov. Številne različice vključujejo tudi dodaten segment decimalne vejice (dp) za prikaz številk s plavajočo vejico, zaradi česar so primerne za kalkulatorje, ure, števce in elektroniko. Njihova preprostost, nizka poraba energije in enostavno povezovanje z mikrokrmilniki so jih ohranili pomembne tudi z vzponom LCD-jev in OLED-jev. Zahvaljujoč svoji robustni zasnovi jih najdemo tudi v industrijski opremi, testnih instrumentih in vgrajenih sistemih, kjer je potrebna zanesljivost.
7 Konfiguracija pinouta zaslona segmentov
| Št. zatiča | Ime PIN | Vloga žebljička |
|---|---|---|
| 1 | Zatič E | Upravlja segment LED na spodnjem levem koncu. |
| 2 | Zatič D | Odgovoren za segment LED na najnižjem delu. |
| 3 | Skupni PIN | Poveže se z VCC ali ozemljitvijo, odvisno od vrste zaslona. |
| 4 | Zatič C | Upravlja segment LED v spodnjem desnem položaju. |
| 5 | DP zatič | Nadzoruje segment LED decimalne vejice. |
| 6 | Zatič B | Upravlja segment LED v zgornjem desnem kotu. |
| 7 | Zatič A | Vodi delovanje najvišjega segmenta LED. |
| 8 | Skupni PIN | Podobno kot zatič 3; poveže se s skupno kartico ali zemljo. |
| 9 | Zatič F | Zažene segment LED na zgornjem levem koncu. |
| 10 | Pin G | Nadzoruje preklapljanje srednjega segmenta LED. |
Vsako številko sestavlja sedem segmentov LED, označenih z A do G, in neobvezna decimalna vejica (DP). Z osvetlitvijo različnih kombinacij teh segmentov se lahko prikažejo številke in nekatere črke. Zatiči na dnu se povežejo z vsakim segmentom, decimalno vejico in skupnimi sponkami (COM), ki jih je mogoče povezati z ozemljitveno ali napajalno napetostjo, odvisno od tega, ali je zaslon skupna katoda ali skupna anoda.
Različne uporabe 7-segmentnega zaslona
Digitalne ure
7-segmentni zasloni se uporabljajo v digitalnih urah za prikaz ur, minut in sekund v lahko berljivi številčni obliki. Zaradi svoje jasne vidljivosti so primerni tako za potrošniške kot industrijske naprave za merjenje časa.
Kalkulatorji
Žepni in namizni kalkulatorji se zanašajo na 7-segmentne zaslone za predstavitev številskih rezultatov. Njihova nizka poraba zagotavlja dolgo življenjsko dobo baterije, tudi v kompaktnih napravah.
Merilni instrumenti
Multimetri, voltmetri, ampermetri in frekvenčni števci pogosto uporabljajo 7-segmentne zaslone, ki zagotavljajo natančne številčne odčitke, kar zagotavlja jasnost za inženirje in tehnike.
Gospodinjski aparati
Naprave, kot so mikrovalovne pečice, pralni stroji in klimatske naprave, uporabljajo 7-segmentne zaslone za prikaz časa, temperature in nastavitev programa.
Črpalke za gorivo
Avtomati za gorivo uporabljajo 7-segmentne zaslone, ki prikazujejo količino in stroške goriva, kar strankam zagotavlja jasne podatke v realnem času.
Semaforji
Športni semaforji uporabljajo velike 7-segmentne zaslone za prikaz rezultatov, časovnikov in odštevanja, ki so vidni od daleč.
Skupna katoda v primerjavi s skupno anodo v 7-segmentnih zaslonih
Skupna katoda (CC)
Vse katodne (negativne) sponke LED diod so povezane in povezane z zemljo (GND). Segment se prižge, ko se na ustrezen zatič pripelje VISOKA napetost.
Ta vrsta je enostavna za uporabo z mikrokrmilniki ali gonilniki IC, ki neposredno napajajo tok.
Skupna anoda (CA)
Vsi anodni (pozitivni) terminali so povezani in povezani z VCC. Segment se vklopi, ko je njegov zatič potegnjen NIZKO (na tla). Najbolje deluje z gonilniki, ki se potapljajo v toku.
Identifikacija vrste
Uporabite multimeter v diodnem načinu. Za skupno anodo priključite rdečo sondo na skupni zatič in črno sondo na segmentni zatič, če segment sveti, je CA.
Električne specifikacije 7-segmentnih zaslonov
| Parameter | Obseg |
|---|---|
| Napetost v preklopu (Vf) | 1,8–2,4 V (rdeča/rumena: \~1,8–2,0 V, zelena/modra: \~2,0–2,4 V) |
| Prehodni tok (if) | 10–30 mA (standardno 20 mA na segment) |
| Vršni tok | Do 100 mA (samo impulzno/multipleksirano) |
| Svetilnost | 1–10 mcd (višje vrednosti = svetlejše) |
| Valovna dolžina (barva) | Rdeča: 620–630 nm, Zelena: 565 nm |
| Kot gledanja | 50–120° |
Izračun upora za 7-segmentne zaslone
7-segmentni zaslon zahteva upor, ki omejuje tok za vsak segment LED, da prepreči prekomerni pretok toka in neenakomerno svetlost. Vrednost upora se določi z uporabo Ohmovega zakona, izraženega kot R = (Vcc - Vf) / If, kjer je Vcc napajalna napetost, Vf je napredna napetost LED, In If je želeni tok naprej. Na primer, pri napajanju 5 V, napetosti 2,0 V na segment in ciljnem toku 10 mA izračun postane (5 - 2) ÷ 0,01 = 300 Ω. Ker so upori na voljo v standardnih vrednostih, je najbolje, da izberete naslednjo višjo možnost, kot je 330 Ω, da zagotovite varnost. Vsak segment mora imeti svoj upor, saj delitev enega čez skupni zatič povzroča neenakomerne ravni svetlosti. Pri multipleksiranih zaslonih je treba pri prilagajanju vrednosti upora upoštevati tudi impulzno delovanje.
Pogon 7-segmentnih zaslonov z IC-ji dekoderja
Nadzor 7-segmentnega zaslona neposredno iz mikrokrmilnika lahko hitro porabi V / I zatiče, saj ena številka zahteva do osem zatičev (sedem segmentov plus decimalna vejica). Za shranjevanje GPIO in poenostavitev ožičenja se uporabljajo IC-ji dekoderjev. Ti čipi pretvorijo 4-bitni binarno kodirani decimalni vhod (BCD) v potrebnih sedem izhodov, ki poganjajo segmente zaslona, kar zmanjša zahtevo na samo štiri podatkovne vrstice.
74HC4511 je zasnovan za običajne katodne (CC) zaslone in zagotavlja aktivne izhode HIGH. Vključuje uporabne funkcije, kot so omogočanje zapahanja, preskus svetilke in nadzor slepega zaslona, ki omogočajo stabilen nadzor in testiranje zaslona. Po drugi strani pa SN7447 / LS47 deluje s skupnimi anodnimi (CA) zasloni in izhodi aktivne-LOW signale. Podpira tudi funkcije testiranja svetilk in valovitega zatemnitve, zaradi česar je primeren za vožnjo več števk na kaskadnih zaslonih.
Načini vožnje za 7-segmentne zaslone
Neposredna vožnja
Pri tem pristopu se vsak segment LED poveže neposredno z zatiča MCU prek upora. Čeprav je preprost, zahteva do 8 zatičev na številko. To je praktično za enomestne zaslone, vendar neučinkovito za večmestne nastavitve.
IC-ji dekodirnika
Dekoder zmanjša uporabo pinov s pretvorbo 4-bitnega binarnega vhoda v sedem izhodov, potrebnih za zaslon. Ta pristop je odličen za enomestne ali majhne zaslone, pri čemer se zahtevani zatiči MCU zmanjšajo na samo štiri. Postane manj učinkovit pri vožnji večjih večmestnih nizov.
Registri premikov
Shift registri vzamejo serijske podatke iz MCU in jih pretvorijo v vzporedne izhode. Enostavno se kaskadirajo, zaradi česar so kot nalašč za večmestne 7-segmentne module, medtem ko uporabljajo zelo malo zatičev MCU. Ta metoda je najbolj razširljiva in se uporablja v digitalnih urah, števcih in multipleksiranih zaslonih.
Večplastni večmestni 7-segmentni zasloni
Pri uporabi večmestnih 7-segmentnih zaslonov je multipleksiranje običajna metoda za nadzor brez uporabe preveč zatičev. Pri tem pristopu je naenkrat vklopljena samo ena številka, vendar se preklapljanje zgodi tako hitro, da je videti, kot da so vse številke vklopljene skupaj. To olajša upravljanje zaslona, hkrati pa še vedno prikazuje pravilne številke.
Da bi zaslon izgledal stabilno, je treba vsako številko osvežiti z dovolj visoko hitrostjo, približno 200-krat na sekundo, tako da oko ne opazi utripanja. Čas, ko je vsaka števka aktivna, se imenuje delovni cikel, ki je odvisen od tega, koliko števk se nadzoruje. Manjši delovni cikel pomeni, da številke niso tako svetle, zato bo morda treba tok prilagoditi v varnih mejah, da se ohrani vidljivost.
Ena od težav, ki se lahko pojavi pri multipleksiranju, je ghosting, kjer se neželeni segmenti zdijo rahlo osvetljeni. Temu se lahko izognemo tako, da pred posodobitvijo signalov segmentov izklopite vse številke in uporabite gonilnike, ki lahko hitro spremenijo stanja za čistejše delovanje.
Pogon 7-segmentnih zaslonov z gonilniki tranzistorjev in MOSFET
Darlingtonovi tranzistorski nizi
Ti IC-ji se uporabljajo za potapljanje toka v skupnih katodnih (CC) zaslonih. Vsak kanal lahko poganja segment ali številko, zaradi česar so primerni za srednje velike in velike zaslone.
PNP tranzistorji in P-kanalni MOSFET-i
Za običajne anodne (CA) zaslone je potreben izvorni tok. PNP tranzistorji ali P-MOSFET-i zagotavljajo zahtevani tok anodam, hkrati pa omogočajo MCU učinkovito nadzor preklapljanja.
Namenski IC-ji gonilnikov LED
Specializirani IC-ji, kot je MAX7219, integrirajo multipleksiranje, regulacijo toka in nadzor svetlosti v en čip. Ti gonilniki močno zmanjšajo zapletenost ožičenja in sprostijo vire MCU.
Znaki, ki jih lahko prikažete na 7-segmentnih zaslonih
11,1 Števke (0–9)
Glavni namen 7-segmentnih zaslonov je prikaz decimalnih števil. Vse številke od 0 do 9 so lahko prikazane jasno in natančno, zato se uporabljajo v kalkulatorjih, urah in števcih.
Šestnajstiški znaki (A–F)
7-segmentni zasloni lahko predstavljajo tudi šestnajstiške vrednosti. Podprti znaki vključujejo A, b, C, d, E in F. Zaradi tega so uporabni v digitalni elektroniki in vgrajenih sistemih, kjer je potrebna šestnajstiška predstavitev.
Omejene abecedne črke
Nekatere črke, kot so P, U, L in H, je mogoče približati s sedmimi segmenti. Berljivost morda ni vedno najboljša, saj številne črke zahtevajo več segmentov, kot jih zagotavlja zaslon.
Ni primerno za celotno besedilo
Zaradi svoje omejene strukture 7-segmentni zasloni niso praktični za prikazovanje besed ali zapletenih črk. Za besedilne aplikacije oblikovalci pogosto uporabljajo matrične zaslone ali alfanumerične LCD / LED module.
PCB in nasveti za ožičenje za 7-segmentne zaslone
• Postavite upore, ki omejujejo tok, blizu LED zatičev, da ohranite stabilno svetlost in zmanjšate padce napetosti na sledeh.
• Uporabite široke sledi PCB za običajne anodne ali katodne linije, saj prenašajo višje tokove za več segmentov hkrati.
• Dodajte trdno ozemljitveno ploščo, da zagotovite stabilne povratne poti, zmanjšate hrup in izboljšate splošno zmogljivost vezja.
• Naj bodo linije za omogočanje številk kratke in dobro usmerjene, da se izognete težavam s hrupom in zagotovite hitre prehode za nemoteno multipleksiranje.
Zaključek
7-segmentni zasloni so praktični, trpežni in se pogosto uporabljajo za prikaz številk v napravah, kot so ure, kalkulatorji, števci in črpalke za gorivo. Delujejo lahko kot skupna katoda ali skupna anoda in jih poganjajo mikrokrmilniki, IC-ji dekoderjev ali premikni registri. Čeprav niso primerni za celotno besedilo, jih njihova učinkovitost in zanesljivost zahtevata v številnih aplikacijah.
Pogosto zastavljena vprašanja [FAQ]
Kateri materiali se uporabljajo v 7-segmentnih zaslonih?
Izdelani so iz polprevodniških LED diod (GaAsP za rdečo/oranžno, GaP za zeleno), nameščenih v epoksidni smoli za zaščito in oblikovanje svetlobe.
Ali se lahko 7-segmentni zasloni uporabljajo na prostem?
Da, vendar so primerne le različice z visoko svetlostjo ali velikimi segmenti. Standardni zasloni so preveč zatemnjeni za neposredno sončno svetlobo.
Kako dolgo traja 7-segmentni zaslon?
Dobro pogonjen zaslon traja od 50.000 do 100.000 ur. Prekomerni tok ali pregrevanje skrajša življenjsko dobo.
Kakšna je najboljša hitrost osveževanja za multipleksirane zaslone?
Večina najbolje deluje med 100 Hz in 1 kHz. Frekvence pod 100 Hz povzročajo utripanje, medtem ko frekvence nad 1 kHz zapravljajo vire.
Ali obstajajo večbarvni 7-segmentni zasloni?
Da. Nekateri modeli uporabljajo dvobarvne ali RGB LED, ki omogočajo več barvnih možnosti na enem zaslonu.
Kateri porabi več energije, 7-segmentni zasloni ali LCD-ji?
7-segmentne LED diode porabijo več energije kot LCD-ji. LCD-ji so prednostni za naprave z nizko porabo, medtem ko so LED svetlejše in robustnejše.