Ekran sa 7 segmenata je jednostavna elektronska komponenta napravljena od sedam LED traka koje prikazuju brojeve, nekoliko slova, pa čak i heksadecimalne vrijednosti. Koristi se u satovima, kalkulatorima, brojilima i uređajima jer je male snage, pouzdan i jednostavan za korištenje. Ovaj članak detaljno objašnjava pinout, specifikacije, metode vožnje i savjete za dizajn.
Pregled 7-segmentnog prikaza
Ekran sa 7 segmenata je jedan od najjednostavnijih, ali najčešće korištenih elektronskih uređaja za prikazivanje numeričkih podataka i ograničenih znakova. Sastoji se od sedam LED traka raspoređenih u stilu osmice, koje se mogu osvijetliti u različitim kombinacijama kako bi se formirale cifre od 0 do 9, kao i nekoliko abecednih znakova. Mnoge verzije također uključuju dodatni decimalni zarez (dp) segment za prikaz brojeva s pomičnim zarezom, što ih čini pogodnim za kalkulatore, satove, brojila i elektroniku. Njihova jednostavnost, niska potrošnja energije i lako povezivanje sa mikrokontrolerima su ih održali relevantnim čak i sa porastom LCD-a i OLED-a. Zahvaljujući svom robusnom dizajnu, oni se također nalaze u industrijskoj opremi, testnim instrumentima i ugrađenim sistemima gdje je potrebna pouzdanost.
7 Konfiguracija pinouta prikaza segmenata
| Pin No. | Pin Name | Pin Role |
|---|---|---|
| 1 | Pin E | Upravlja LED segmentom na donjem lijevom kraju. |
| 2 | Pin D | Odgovoran za LED segment na najnižem dijelu. |
| 3 | Common Pin | Povezuje se na VCC ili uzemljenje, u zavisnosti od tipa ekrana. |
| 4 | Pin C | Kontrolira LED segment u donjem desnom položaju. |
| 5 | DP Pin | Kontrolira LED segment decimalne tačke. |
| 6 | Pin B | Upravlja LED segmentom u gornjem desnom kutu. |
| 7 | Pin A | Vodi rad najvišeg LED segmenta. |
| 8 | Common Pin | Slično kao Pin 3; povezuje se na VCC ili zemlju. |
| 9 | Pin F | Pokreće LED segment u gornjem lijevom dijelu. |
| 10 | Pin G | Kontrolira prebacivanje srednjeg LED segmenta. |
Svaka cifra je formirana od sedam LED segmenata, označenih od A do G, i opcione decimalne tačke (DP). Osvjetljavanjem različitih kombinacija ovih segmenata, mogu se prikazati brojevi i neka slova. Pinovi na dnu se spajaju na svaki segment, decimalnu tačku i zajedničke terminale (COM), koji mogu biti vezani ili za uzemljenje ili napon napajanja, u zavisnosti od toga da li je ekran uobičajena katoda ili zajednička anoda.
Različite upotrebe 7-segmentnog ekrana
Digitalni satovi
7-segmentni displeji se koriste u digitalnim satovima za prikazivanje sati, minuta i sekundi u lako čitljivom numeričkom formatu. Njihova jasna vidljivost čini ih pogodnim i za potrošačke i za industrijske uređaje za mjerenje vremena.
Kalkulatori
Džepni i desktop kalkulatori se oslanjaju na 7-segmentne ekrane za predstavljanje numeričkih rezultata. Njihova niska potreba za energijom osigurava dugo trajanje baterije, čak i u kompaktnim uređajima.
Mjerni instrumenti
Multimetri, voltmetri, ampermetri i brojači frekvencija često koriste 7-segmentne ekrane kako bi pružili tačna numerička očitanja, osiguravajući jasnoću za inženjere i tehničare.
Kućanski aparati
Uređaji kao što su mikrovalne pećnice, mašine za pranje rublja i klima uređaji koriste 7-segmentne ekrane za označavanje vremena, temperature i postavki programa.
Pumpe za gorivo
Dozatori goriva koriste 7-segmentne displeje za prikaz količine i troškova goriva, pružajući kupcima jasne podatke u realnom vremenu.
Semafori
Sportski semafori koriste velike 7-segmentne ekrane za prikaz rezultata, tajmera i odbrojavanja koji su vidljivi iz daljine.
Zajednička katoda naspram zajedničke anode u 7-segmentnim prikazima
Zajednička katoda (CC)
Svi katodni (negativni) terminali LED dioda su povezani zajedno i spojeni na uzemljenje (GND). Segment svijetli kada se VISOKI napon primijeni na odgovarajući pin.
Ovaj tip je jednostavan za korištenje sa mikrokontrolerima ili IC-ovima drajvera koji direktno napajaju struju.
Zajednička anoda (CA)
Svi anodni (pozitivni) terminali su povezani zajedno i spojeni na VCC. Segment se uključuje kada se njegov pin povuče NISKO (na zemlju). Najbolje radi sa drajverima koji tonu struju.
Identifikacija tipa
Koristite multimetar u diodnom modu. Za zajedničku anodu, spojite crvenu sondu na zajedničku iglu i crnu sondu na segmentni pin, ako segment svijetli, to je CA.
Električne specifikacije 7-segmentnih ekrana
| Parametar | Raspon |
|---|---|
| Napon naprijed (Vf) | 1,8–2,4 V (crvena/žuta: \~1,8–2,0 V, zelena/plava: \~2,0–2,4 V) |
| Naprijed struja (If) | 10–30 mA (20 mA po segmentu je standard) |
| Vršna struja | Do 100 mA (samo impulsni/multipleksirani rad) |
| Intenzitet svjetlosti | 1–10 mcd (veće vrijednosti = svjetlije) |
| Talasna dužina (boja) | Crvena: 620–630 nm, Zelena: 565 nm |
| Ugao gledanja | 50–120° |
Proračun otpornika za 7-segmentne ekrane
7-segmentni ekran zahtijeva otpornik koji ograničava struju za svaki LED segment kako bi se spriječio prekomjerni protok struje i neravnomjerna svjetlina. Vrijednost otpornika se određuje pomoću Ohmovog zakona, izraženog kao R = (Vcc – Vf) / If, gdje je Vcc napon napajanja, Vf je napon naprijed LED-a, a If je željena struja naprijed. Na primjer, sa napajanjem od 5 V, naponom od 2,0 V po segmentu i ciljnom strujom od 10 mA, proračun postaje (5 – 2) ÷ 0,01 = 300 Ω. Budući da otpornici dolaze u standardnim vrijednostima, najbolje je odabrati sljedeću višu opciju, kao što je 330 Ω, kako bi se osigurala sigurnost. Svaki segment mora imati svoj otpornik, jer dijeljenje jednog preko zajedničkog pina uzrokuje neujednačene nivoe svjetline. Za multipleksirane ekrane, impulsni rad također treba uzeti u obzir prilikom podešavanja vrijednosti otpornika.
Vožnja 7-segmentnih ekrana sa IC-ovima dekodera
Kontrolisanje 7-segmentnog ekrana direktno iz mikrokontrolera može brzo potrošiti I/O pinove jer jedna cifra zahtijeva do osam pinova (sedam segmenata plus decimalna tačka). Da bi se sačuvali GPIO-ovi i pojednostavilo ožičenje, koriste se IC-ovi dekodera. Ovi čipovi pretvaraju 4-bitni binarno kodirani decimalni (BCD) ulaz u potrebnih sedam izlaza koji pokreću segmente ekrana, smanjujući zahtjev na samo četiri linije podataka.
74HC4511 je dizajniran za zajedničke katodne (CC) ekrane i pruža aktivne-VISOKE izlaze. Uključuje korisne funkcije kao što su omogućavanje zasuna, testiranje lampe i kontrola zatamnjivanja, koje omogućavaju stabilnu kontrolu i testiranje ekrana. S druge strane, SN7447/LS47 radi sa zajedničkim anodnim (CA) displejima i izlazi aktivne-LOW signale. Također podržava funkcije testiranja lampe i mreškanja, što ga čini pogodnim za vožnju više cifara u kaskadnim ekranima.
Metode vožnje za 7-segmentne ekrane
Direktan pogon
U ovom pristupu, svaki LED segment se povezuje direktno sa MCU pina preko otpornika. Iako je jednostavan, zahtijeva do 8 pinova po cifri. Ovo je praktično za jednocifrene ekrane, ali neefikasno za višecifrene postavke.
IC-ovi dekodera
Dekoder smanjuje upotrebu pinova pretvaranjem 4-bitnog binarnog ulaza u sedam izlaza potrebnih za ekran. Ovaj pristup je odličan za jednocifrene ili male ekrane, smanjujući potrebne MCU pinove na samo četiri. Postaje manje efikasan kada vozi veće višecifrene nizove.
Registri smjena
Shift registri uzimaju serijske podatke iz MCU-a i pretvaraju ih u paralelne izlaze. Lako se kaskadiraju, što ih čini savršenim za višecifrene 7-segmentne module dok koriste vrlo malo MCU pinova. Ova metoda je najskalabilnija i koristi se u digitalnim satovima, brojačima i multipleksiranim ekranima.
Multiplexing Multi-Digit 7-Segment Displays
Kada se koriste višecifreni 7-segmentni ekrani, multipleksiranje je uobičajena metoda za njihovu kontrolu bez korištenja previše pinova. U ovom pristupu, samo jedna cifra je uključena u isto vrijeme, ali prebacivanje se dešava tako brzo da izgleda kao da su sve cifre uključene zajedno. To čini zaslon lakšim za upravljanje dok još uvijek prikazuje tačne brojeve.
Da bi ekran izgledao stabilno, svaka cifra mora biti osvježena dovoljno visokom brzinom, oko 200 puta u sekundi, tako da oko ne primjećuje nikakvo treperenje. Količina vremena u kojoj je svaka cifra aktivna naziva se radni ciklus, koji zavisi od toga koliko se cifara kontrolira. Manji radni ciklus znači da cifre nisu tako svijetle, tako da će struja možda morati biti podešena unutar sigurnih granica kako bi se održala vidljivost.
Jedan problem koji se može pojaviti u multipleksiranju je duhovi, gdje se neželjeni segmenti pojavljuju slabo osvijetljeni. Ovo se može izbjeći isključivanjem svih cifara prije ažuriranja signala segmenta i korištenjem drajvera koji mogu brzo mijenjati stanja za čistiji rad.
Vožnja 7-segmentnih ekrana sa tranzistorskim i MOSFET drajverima
Darlington tranzistorski nizovi
Ovi IC-ovi se koriste za potapanje struje u zajedničkim katodnim (CC) ekranima. Svaki kanal može pokretati segment ili cifru, što ih čini pogodnim za ekrane srednje i velike veličine.
PNP tranzistori i P-kanalni MOSFET-ovi
Za zajedničke anodne (CA) ekrane, izvorna struja je neophodna. PNP tranzistori ili P-MOSFET-ovi pružaju potrebnu struju anodama dok omogućavaju MCU-u da efikasno kontrolira prebacivanje.
Namjenski LED drajveri IC-ovi
Specijalizirani IC-ovi kao što je MAX7219 integriraju multipleksiranje, regulaciju struje i kontrolu svjetline u jedan čip. Ovi drajveri uvelike smanjuju složenost ožičenja i oslobađaju MCU resurse.
Likovi koje možete prikazati na 7-segmentnim zaslonima
Cifre (0–9)
Primarna svrha 7-segmentnih prikaza je prikazivanje decimalnih brojeva. Sve cifre od 0 do 9 mogu se prikazati jasno i precizno, zbog čega se koriste u kalkulatorima, satovima i mjeračima.
Heksadecimalni znakovi (A–F)
7-segmentni ekrani također mogu predstavljati heksadecimalne vrijednosti. Podržani likovi uključuju A, b, C, d, E i F. To ih čini korisnim u digitalnoj elektronici i ugrađenim sistemima gdje je potrebna heksadecimalna reprezentacija.
Ograničena slova abecede
Neka slova, kao što su P, U, L i H, mogu se aproksimirati pomoću sedam segmenata. Čitljivost ne mora uvijek biti najbolja jer mnoga slova zahtijevaju više segmenata nego što prikaz pruža.
Nije prikladno za puni tekst
Zbog svoje ograničene strukture, 7-segmentni displeji nisu praktični za prikazivanje riječi ili složenih slova. Za tekstualne aplikacije, dizajneri često koriste matrične ekrane ili alfanumeričke LCD/LED module umjesto toga.
PCB i savjeti za ožičenje za 7-segmentne ekrane
• Postavite otpornike koji ograničavaju struju blizu LED pinova kako biste održali stabilnu svjetlinu i smanjili pad napona preko tragova.
• Koristite široke PCB tragove za uobičajene anode ili katodne linije jer nose veće struje za više segmenata odjednom.
• Dodajte čvrstu ravninu uzemljenja kako biste osigurali stabilne povratne puteve, smanjili buku i poboljšali ukupne performanse kola.
• Držite linije za omogućavanje cifara kratke i dobro usmjerene kako biste izbjegli probleme sa bukom i osigurali brze prijelaze za glatko multipleksiranje.
Zaključak
7-segmentni ekrani su praktični, izdržljivi i široko se koriste za prikazivanje brojeva u uređajima kao što su satovi, kalkulatori, brojila i pumpe za gorivo. Oni mogu raditi kao zajednička katoda ili zajednička anoda i biti pokretani mikrokontrolerima, IC-ovima dekodera ili pomaknutim registrima. Iako nisu pogodni za puni tekst, njihova efikasnost i pouzdanost ih održavaju potrebnim u mnogim aplikacijama.
Često postavljana pitanja [FAQ]
Koji materijali se koriste u 7-segmentnim ekranima?
Napravljeni su od poluprovodničkih LED dioda (GaAsP za crvenu/narandžastu, GaP za zelenu) smještenih u epoksidnoj smoli za zaštitu i oblikovanje svjetla.
Mogu li se 7-segmentni ekrani koristiti na otvorenom?
Da, ali samo verzije visoke svjetline ili velikog segmenta su prikladne. Standardni ekrani su previše prigušeni za direktnu sunčevu svjetlost.
Koliko dugo traje 7-segmentni ekran?
Dobro vođen prikaz traje 50.000 do 100.000 sati. Prekomjerna struja ili pregrijavanje smanjuje životni vijek.
Koja je najbolja brzina osvježavanja za multipleksirane ekrane?
Većina radi najbolje između 100 Hz i 1 kHz. Frekvencije ispod 100 Hz uzrokuju treperenje, dok frekvencije iznad 1 kHz troše resurse.
Da li postoje višebojni 7-segmentni ekrani?
Da. Neki modeli koriste dvobojne ili RGB LED diode, omogućavajući više opcija boja na jednom ekranu.
Koji troši više energije, 7-segmentni ekrani ili LCD-ovi?
7-segmentne LED diode troše više energije od LCD-a. LCD-ovi su preferirani za uređaje male snage, dok su LED diode svjetlije i robusnije.
