7 segmentų ekranas yra paprastas elektroninis komponentas, sudarytas iš septynių LED juostų, rodančių skaičius, kelias raides ir net šešioliktaines reikšmes. Jis naudojamas laikrodžiuose, skaičiuotuvuose, skaitikliuose ir prietaisuose, nes yra mažos galios, patikimas ir paprastas naudoti. Šiame straipsnyje išsamiai paaiškinamas kontaktų išdėstymas, specifikacijos, vairavimo būdai ir dizaino patarimai.
7 segmentų ekrano apžvalga
7 segmentų ekranas yra vienas iš paprasčiausių ir dažniausiai naudojamų elektroninių rodymo įrenginių, rodančių skaitmeninius duomenis ir ribotus simbolius. Jį sudaro septynios aštuonių figūrų stiliaus LED juostos, kurias galima apšviesti įvairiais deriniais, kad susidarytų skaitmenys nuo 0 iki 9, taip pat keli abėcėlės simboliai. Daugelyje versijų taip pat yra papildomas dešimtainio kablelio (dp) segmentas, skirtas slankiojo kablelio skaičiams rodyti, todėl tinka skaičiuotuvams, laikrodžiams, skaitikliams ir elektronikai. Jų paprastumas, mažos energijos sąnaudos ir lengva sąsaja su mikrovaldikliais išliko aktualūs net ir atsiradus LCD ir OLED. Dėl tvirtos konstrukcijos jie taip pat randami pramoninėje įrangoje, bandymo prietaisuose ir įterptosiose sistemose, kur reikalingas patikimumas.
7 segmentų ekrano kontaktų konfigūracija
| Smeigtuko Nr. | Smeigtuko pavadinimas | Smeigtuko vaidmuo |
|---|---|---|
| 1 | Kaištis E | Valdo LED segmentą apatiniame kairiajame gale. |
| 2 | Smeigtukas D | Atsakingas už LED segmentą žemiausioje dalyje. |
| 3 | Bendras smeigtukas | Jungiamas prie VCC arba įžeminimo, priklausomai nuo ekrano tipo. |
| 4 | Smeigtukas C | Valdo LED segmentą apatinėje dešinėje padėtyje. |
| 5 | DP kaištis | Valdo dešimtainio kablelio LED segmentą. |
| 6 | Smeigtukas B | Valdo LED segmentą viršutiniame dešiniajame kampe. |
| 7 | Smeigtukas A | Vadovauja aukščiausio LED segmento veikimui. |
| 8 | Bendras smeigtukas | Panašus į 3 kaištį; jungiasi prie VCC arba žemės. |
| 9 | Smeigtukas F | Paleidžia LED segmentą viršutiniame kairiajame gale. |
| 10 | Smeigtukas G | Valdo vidurinio LED segmento perjungimą. |
Kiekvieną skaitmenį sudaro septyni LED segmentai, pažymėti nuo A iki G, ir pasirenkamas dešimtainis kablelis (DP). Apšviečiant skirtingus šių segmentų derinius, gali būti rodomi skaičiai ir kai kurios raidės. Apačioje esantys kaiščiai jungiasi prie kiekvieno segmento, dešimtainio kablelio ir bendrų gnybtų (COM), kurie gali būti susieti su įžeminimu arba maitinimo įtampa, priklausomai nuo to, ar ekranas yra bendras katodas, ar bendras anodas.
Skirtingi 7 segmentų ekrano naudojimo būdai
Skaitmeniniai laikrodžiai
7 segmentų ekranai naudojami skaitmeniniuose laikrodžiuose, kad valandos, minutės ir sekundės būtų rodomos lengvai skaitomu skaitmeniniu formatu. Dėl aiškaus matomumo jie tinka tiek vartotojams, tiek pramoniniams laiko matavimo įrenginiams.
Skaičiuotuvai
Kišeniniai ir staliniai skaičiuotuvai remiasi 7 segmentų ekranais, kad pateiktų skaitmeninius rezultatus. Mažas energijos poreikis užtikrina ilgą baterijos veikimo laiką net ir kompaktiškuose įrenginiuose.
Matavimo prietaisai
Multimetrai, voltmetrai, ampermetrai ir dažnio skaitikliai dažnai naudoja 7 segmentų ekranus, kad pateiktų tikslius skaitmeninius rodmenis, užtikrinančius aiškumą inžinieriams ir technikams.
Buitinė technika
Tokie įrenginiai kaip mikrobangų krosnelės, skalbimo mašinos ir oro kondicionieriai naudoja 7 segmentų ekranus, rodančius laiką, temperatūrą ir programos nustatymus.
Kuro siurbliai
Degalų dozatoriai naudoja 7 segmentų ekranus, kuriuose rodomas degalų kiekis ir kaina, todėl klientai gauna aiškius duomenis realiuoju laiku.
Rezultatų suvestinės
Sporto rezultatų suvestinėse naudojami dideli 7 segmentų ekranai, rodantys rezultatus, laikmačius ir atgalinius skaičiavimus, matomus iš tolo.
Įprastas katodas ir įprastas anodas 7 segmentų ekranuose
Įprastas katodas (CC)
Visi šviesos diodų katodiniai (neigiami) gnybtai yra surišti ir prijungti prie žemės (GND). Segmentas užsidega, kai atitinkamam kaiščiui įjungiama AUKŠTA įtampa.
Šį tipą lengva naudoti su mikrovaldikliais arba tvarkyklės IC, kurie tiesiogiai tiekia srovę.
Bendrasis anodas (CA)
Visi anodiniai (teigiami) gnybtai yra susieti ir prijungti prie VCC. Segmentas įsijungia, kai jo kaištis traukiamas ŽEMAI (į žemę). Geriausiai veikia su srovės skęstančiomis tvarkyklėmis.
Tipo nustatymas
Naudokite multimetrą diodų režimu. Jei norite bendro anodo, prijunkite raudoną zondą prie bendro kaiščio, o juodą zondą prie segmento kaiščio, jei segmentas užsidega, tai CA. Apverskite zondus, kad patikrintumėte, ar nėra bendro katodo.
7 segmentų ekranų elektrinės specifikacijos
| Parametras | Asortimentas |
|---|---|
| Tiesioginė įtampa (Vf) | 1,8–2,4 V (raudona/geltona: \~1,8–2,0 V, žalia/mėlyna: \~2,0–2,4 V) |
| Išankstinė srovė (If) | 10–30 mA (standartinė 20 mA segmentui) |
| Didžiausia srovė | Iki 100 mA (tik impulsinis / multipleksinis veikimas) |
| Šviesos intensyvumas | 1–10 mcd (didesnės vertės = ryškesnis) |
| Bangos ilgis (spalva) | Raudona: 620–630 nm, žalia: 565 nm |
| Žiūrėjimo kampas | 50–120° |
Rezistoriaus skaičiavimas 7 segmentų ekranams
7 segmentų ekranui reikalingas srovę ribojantis rezistorius kiekvienam LED segmentui, kad būtų išvengta per didelio srovės srauto ir netolygaus ryškumo. Rezistoriaus vertė nustatoma pagal Ohmo dėsnį, išreikštą R = (Vcc – Vf) / If, kur Vcc yra maitinimo įtampa, Vf yra šviesos diodo priekinė įtampa, o If yra norima tiesioginė srovė. Pavyzdžiui, esant 5 V maitinimui, 2,0 V tiesioginei įtampai vienam segmentui ir 10 mA tikslinei srovei, skaičiavimas tampa (5 – 2) ÷ 0,01 = 300 Ω. Kadangi rezistoriai yra standartinių verčių, saugumui užtikrinti geriausia pasirinkti kitą aukštesnę parinktį, pvz., 330 Ω. Kiekvienas segmentas turi turėti savo rezistorių, nes dalijantis vienu per bendrą kaištį atsiranda netolygus ryškumo lygis. Multipleksuotų ekranų atveju reguliuojant rezistoriaus vertes taip pat reikia atsižvelgti į impulsinį veikimą.
7 segmentų ekranų valdymas su dekoderio IC
Valdant 7 segmentų ekraną tiesiai iš mikrovaldiklio, galima greitai sunaudoti I/O kaiščius, nes vienam skaitmeniui reikia iki aštuonių kontaktų (septyni segmentai plius dešimtainis kablelis). Norint išsaugoti GPIO ir supaprastinti laidus, naudojami dekoderio IC. Šie lustai konvertuoja 4 bitų dvejetainio kodo dešimtainę (BCD) įvestį į būtinus septynis išėjimus, kurie valdo ekrano segmentus, sumažindami poreikį iki keturių duomenų eilučių.
74HC4511 skirtas įprastiems katodo (CC) ekranams ir užtikrina aktyvią HIGH išvestį. Jame yra naudingų funkcijų, tokių kaip skląsčio įjungimas, lempos testas ir tuštinimo valdymas, kurios leidžia stabiliai valdyti ir testuoti ekraną. Kita vertus, SN7447/LS47 veikia su įprastais anodų (CA) ekranais ir išveda aktyvius LOW signalus. Jis taip pat palaiko lempų testavimo ir bangavimo slopinimo funkcijas, todėl tinka valdyti kelis skaitmenis kaskadiniuose ekranuose.
7 segmentų ekranų vairavimo būdai
Tiesioginė pavara
Taikant šį metodą, kiekvienas LED segmentas jungiasi tiesiai iš MCU kaiščio per rezistorių. Nors tai paprasta, vienam skaitmeniui reikia iki 8 kontaktų. Tai praktiška vienaženkliams ekranams, bet neefektyvu daugiaženkliams nustatymams.
Dekoderio IC
Dekoderis sumažina kontaktų naudojimą, konvertuodamas 4 bitų dvejetainę įvestį į septynis ekranui reikalingus išėjimus. Šis metodas puikiai tinka vienaženkliams ar mažiems ekranams, nes reikiamų MCU kaiščių skaičius sumažėja iki keturių. Jis tampa mažiau efektyvus vairuojant didesnius daugiaženklius masyvus.
Pamainos registrai
Pamainos registrai paima serijinius duomenis iš MCU ir paverčia juos lygiagrečiais išėjimais. Jie lengvai kaskaduojami, todėl puikiai tinka daugiaženkliams 7 segmentų moduliams, naudojant labai mažai MCU kaiščių. Šis metodas yra labiausiai keičiamas ir naudojamas skaitmeniniuose laikrodžiuose, skaitikliuose ir multipleksuotuose ekranuose.
Multipleksuojami daugiaženkliai 7 segmentų ekranai
Naudojant daugiaženklius 7 segmentų ekranus, multipleksavimas yra įprastas būdas juos valdyti nenaudojant per daug kaiščių. Taikant šį metodą, vienu metu įjungiamas tik vienas skaitmuo, tačiau perjungimas vyksta taip greitai, kad atrodo, kad visi skaitmenys yra įjungti kartu. Tai palengvina ekrano valdymą ir vis tiek rodo teisingus skaičius.
Kad ekranas atrodytų stabilus, kiekvieną skaitmenį reikia atnaujinti pakankamai dideliu greičiu, maždaug 200 kartų per sekundę, kad akis nepastebėtų mirgėjimo. Kiekvieno skaitmens aktyvumo laikas vadinamas darbo ciklu, kuris priklauso nuo to, kiek skaitmenų yra valdoma. Mažesnis darbo ciklas reiškia, kad skaitmenys nėra tokie ryškūs, todėl norint išlaikyti matomumą, gali tekti reguliuoti srovę saugiose ribose.
Viena iš problemų, kurios gali kilti multipleksuojant, yra vaiduokliai, kai nepageidaujami segmentai atrodo silpnai apšviesti. To galima išvengti išjungus visus skaitmenis prieš atnaujinant segmento signalus ir naudojant tvarkykles, kurios gali greitai pakeisti būsenas, kad veiktų švariau.
7 segmentų ekranų vairavimas su tranzistorių ir MOSFET tvarkyklėmis
Darlingtono tranzistorių masyvai
Šie IC naudojami srovei nuskęsti bendruose katodo (CC) ekranuose. Kiekvienas kanalas gali valdyti segmentą arba skaitmenį, todėl tinka vidutinio ir didelio dydžio ekranams.
PNP tranzistoriai ir P kanalo MOSFET
Įprastiems anodiniams (CA) ekranams būtina šaltinio srovė. PNP tranzistoriai arba P-MOSFET tiekia reikiamą srovę anodams, tuo pačiu leisdami MCU efektyviai valdyti perjungimą.
Specialūs LED tvarkyklės IC
Specializuoti IC, tokie kaip MAX7219 integruoti multipleksavimą, srovės reguliavimą ir ryškumo valdymą į vieną lustą. Šios tvarkyklės labai sumažina laidų sudėtingumą ir atlaisvina MCU išteklius.
Personažai, kuriuos galite rodyti 7 segmentų ekranuose
Skaitmenys (0–9)
Pagrindinis 7 segmentų ekranų tikslas yra rodyti dešimtainius skaičius. Visi skaitmenys nuo 0 iki 9 gali būti rodomi aiškiai ir tiksliai, todėl jie naudojami skaičiuotuvuose, laikrodžiuose ir skaitikliuose.
Šešioliktainiai simboliai (A–F)
7 segmentų ekranai taip pat gali rodyti šešioliktaines reikšmes. Palaikomi simboliai yra A, b, C, d, E ir F. Dėl to jie naudingi skaitmeninėje elektronikoje ir įterptinėse sistemose, kur reikalingas šešioliktainis vaizdas.
Ribotos abėcėlės raidės
Kai kurias raides, pvz., P, U, L ir H, galima apytiksliai apskaičiuoti naudojant septynis segmentus. Skaitomumas ne visada gali būti geriausias, nes daugeliui raidžių reikia daugiau segmentų, nei suteikia ekranas.
Netinka visam tekstui
Dėl ribotos struktūros 7 segmentų ekranai nėra praktiški žodžiams ar sudėtingoms raidėms rodyti. Daug teksto reikalaujančioms programoms dizaineriai dažnai naudoja taškinės matricos ekranus arba raidinius skaitmeninius LCD / LED modulius.
PCB ir laidų antgaliai 7 segmentų ekranams
• Padėkite srovę ribojančius rezistorius arti LED kaiščių, kad išlaikytumėte stabilų ryškumą ir sumažintumėte įtampos kritimus pėdsakuose.
• Naudokite plačius PCB pėdsakus įprastoms anodo ar katodo linijoms, nes jos vienu metu perduoda didesnes sroves keliems segmentams.
• Pridėkite tvirtą įžeminimo plokštumą, kad užtikrintumėte stabilų grįžtamąjį kelią, sumažintumėte triukšmą ir pagerintumėte bendrą grandinės veikimą.
• Laikykite skaitmenų linijas trumpas ir gerai nukreiptas, kad išvengtumėte triukšmo problemų ir užtikrintumėte greitą perėjimą sklandžiam multipleksavimui.
Išvada
7 segmentų ekranai yra praktiški, patvarūs ir plačiai naudojami skaičiams rodyti tokiuose įrenginiuose kaip laikrodžiai, skaičiuotuvai, skaitikliai ir degalų siurbliai. Jie gali veikti kaip bendras katodas arba bendras anodas ir būti valdomi mikrovaldikliais, dekoderių IC arba pamainos registrais. Nors jie netinka visam tekstui, jų efektyvumas ir patikimumas yra reikalingi daugelyje programų.
Dažnai užduodami klausimai [DUK]
Kokios medžiagos naudojamos 7 segmentų ekranuose?
Jie pagaminti iš puslaidininkinių šviesos diodų (GaAsP raudonai/oranžinei, GaP žaliai), esančių epoksidinėje dervoje apsaugai ir šviesos formavimui.
Ar 7 segmentų ekranus galima naudoti lauke?
Taip, bet tinka tik didelio ryškumo arba didelio segmento versijos. Standartiniai ekranai yra per silpni tiesioginiams saulės spinduliams.
Kiek laiko veikia 7 segmentų ekranas?
Gerai valdomas ekranas veikia nuo 50 000 iki 100 000 valandų. Per didelė srovė ar perkaitimas sutrumpina tarnavimo laiką.
Koks yra geriausias multipleksuotų ekranų atnaujinimo dažnis?
Dauguma geriausiai veikia nuo 100 Hz iki 1 kHz. Žemesni nei 100 Hz dažniai sukelia mirgėjimą, o dažniai virš 1 kHz eikvoja išteklius.
Ar egzistuoja daugiaspalviai 7 segmentų ekranai?
Taip. Kai kuriuose modeliuose naudojami dviejų spalvų arba RGB šviesos diodai, leidžiantys viename ekrane pasirinkti kelias spalvas.
Kuris sunaudoja daugiau energijos, 7 segmentų ekranai ar skystųjų kristalų ekranai?
7 segmentų šviesos diodai sunaudoja daugiau energijos nei skystųjų kristalų ekranai. Skystųjų kristalų ekranai yra pirmenybė mažos galios įrenginiams, o šviesos diodai yra ryškesni ir tvirtesni.