7segmentový displej je jednoduchá elektronická součástka vyrobená ze sedmi LED pruhů, které zobrazují čísla, několik písmen a dokonce i hexadecimální hodnoty. Používá se v hodinách, kalkulačkách, měřičích a spotřebičích, protože má nízkou spotřebu, je spolehlivý a snadno se používá. Tento článek podrobně vysvětluje rozložení pinů, specifikace, způsoby jízdy a tipy pro design.
Bod 3. Různá použití 7segmentového displeje
Bod 4. Společná katoda vs. společná anoda v 7segmentových displejích
Bod 5. Elektrické specifikace 7segmentových displejů
Kapitola 10. Řízení 7-segmentových displejů s tranzistorovými a MOSFET budiči
Kapitola 11. Znaky, které můžete zobrazit na 7segmentových displejích
Č. 12. Tipy pro desky plošných spojů a kabeláž pro 7segmentové displeje
Č. 13. Závěr
Kapitola 14. Často kladené dotazy [FAQ]
Přehled 7segmentového displeje
7segmentový displej je jedním z nejjednodušších, ale nejpoužívanějších elektronických zobrazovacích zařízení pro zobrazování číselných údajů a omezených znaků. Skládá se ze sedmi LED pruhů uspořádaných do tvaru osmičky, které lze rozsvítit v různých kombinacích a vytvořit tak číslice od 0 do 9, stejně jako několik abecedních znaků. Mnoho verzí také obsahuje další segment desetinné čárky (dp) pro zobrazení čísel s plovoucí desetinnou čárkou, takže jsou vhodné pro kalkulačky, hodiny, měřiče a elektroniku. Jejich jednoduchost, nízká spotřeba energie a snadné propojení s mikrokontroléry je udržely relevantní i s nárůstem LCD a OLED. Díky své robustní konstrukci se také nacházejí v průmyslových zařízeních, testovacích přístrojích a vestavěných systémech, kde je vyžadována spolehlivost.
Konfigurace pinoutu 7segmentového displeje
| Číslo pinu | Jméno pinu | Připnout roli |
|---|---|---|
| 1 | Kolík E | Spravuje segment LED na levém dolním konci. |
| 2 | Kolík D | Zodpovědný za LED segment v nejnižší části. |
| 3 | Společný kolík | Připojuje se k VCC nebo zemi, v závislosti na typu displeje. |
| 4 | Kolík C | Ovládá LED segment v pravé dolní poloze. |
| 5 | DP kolík | Ovládá segment LED s desetinnou čárkou. |
| 6 | Kolík B | Spravuje segment LED v pravém horním rohu. |
| 7 | Kolík A | Řídí činnost nejvyššího segmentu LED. |
| 8 | Společný kolík | Podobně jako u pinu 3; se připojuje k VCC nebo uzemnění. |
| Prohlášení o ochraně osobních údajů v oblasti Kolík F | Spustí segment LED v levém horním rohu. | |
| Do 10 | Kolík G | Ovládá spínání prostředního segmentu LED. |
Každá číslice je tvořena sedmi segmenty LED označenými A až G a volitelnou desetinnou čárkou (DP). Rozsvícením různých kombinací těchto segmentů lze zobrazit čísla a některá písmena. Piny ve spodní části se připojují ke každému segmentu, desetinné tečce a společným svorkám (COM), které mohou být připojeny buď k zemi nebo napájecímu napětí, v závislosti na tom, zda je displej se společnou katodou nebo společnou anodou.
Různá použití 7segmentového displeje
Digitální hodiny
7segmentové displeje se používají v digitálních hodinách k zobrazení hodin, minut a sekund ve snadno čitelném číselném formátu. Díky své jasné viditelnosti jsou vhodné pro spotřební i průmyslová časomíra.
Kalkulačky
Kapesní a stolní kalkulačky spoléhají na 7segmentové displeje pro prezentaci číselných výsledků. Jejich nízká spotřeba energie zajišťuje dlouhou životnost baterie, a to i v kompaktních zařízeních.
Měřicí přístroje
Multimetry, voltmetry, ampérmetry a frekvenční čítače často používají 7segmentové displeje, které poskytují přesné číselné údaje, což zajišťuje přehlednost pro inženýry a techniky.
Domácí spotřebiče
Zařízení, jako jsou mikrovlnné trouby, pračky a klimatizace, používají 7segmentové displeje k indikaci času, teploty a nastavení programu.
Palivová čerpadla
Výdejní stojany využívají 7segmentové displeje, které zobrazují množství paliva a náklady a poskytují zákazníkům jasné údaje v reálném čase.
Výsledkové přehledy
Sportovní výsledkové tabule používají velké 7segmentové displeje k zobrazení skóre, časovačů a odpočítávání, které jsou viditelné z dálky.
Společná katoda vs. společná anoda v 7segmentových displejích
Společná katoda (CC)
Všechny katodové (záporné) svorky LED diod jsou spojeny dohromady a připojeny k zemi (GND). Segment se rozsvítí, když je na odpovídající kolík přivedeno VYSOKÉ napětí.
Tento typ se snadno používá s mikrokontroléry nebo integrovanými obvody ovladačů, které dodávají proud přímo.
Společná anoda (CA)
Všechny anodové (kladné) svorky jsou propojeny a připojeny k VCC. Segment se zapne, když je jeho kolík vytažen NÍZKO (k zemi). Funguje nejlépe s ovladači potápějícími proud.
Identifikace typu
Použijte multimetr v diodovém režimu. Pro společnou anodu připojte červenou sondu ke společnému kolíku a černou sondu k segmentovému kolíku, pokud segment svítí, je to CA. Obraťte sondy a otestujte společnou katodu.
Elektrické specifikace 7segmentových displejů
| Parametr | Rozsah |
|---|---|
| Napětí v propustném směru (Vf) | 1,8–2,4 V (červená/žlutá: \~1,8–2,0 V, zelená/modrá: \~2,0–2,4 V) |
| Proud v propustném směru (If) | 10–30 mA (20 mA na segment je standard) |
| Špičkový proud | Až 100 mA (pouze pulzní/multiplexní provoz) |
| Svítivost | 1–10 mcd (vyšší hodnoty = jasnější) |
| Vlnová délka (barva) | Červená: 620–630 nm, zelená: 565 nm |
| Pozorovací úhel | 50–120° |
Výpočet rezistoru pro 7-segmentové displeje
7segmentový displej vyžaduje rezistor omezující proud pro každý segment LED, aby se zabránilo nadměrnému toku proudu a nerovnoměrnému jasu. Hodnota rezistoru se určuje pomocí Ohmova zákona, vyjádřeného jako R = (Vcc – Vf) / If, kde Vcc je napájecí napětí, Vf je dopředné napětí LED a If je požadovaný dopředný proud. Například při napájení 5 V, napětí v propustném směru 2,0 V na segment a cílovém proudu 10 mA bude výpočet (5 – 2) ÷ 0,01 = 300 Ω. Vzhledem k tomu, že rezistory se dodávají ve standardních hodnotách, je nejlepší zvolit další vyšší možnost, například 330 Ω, aby byla zajištěna bezpečnost. Každý segment musí mít svůj vlastní rezistor, protože sdílení jednoho přes společný kolík způsobuje nerovnoměrné úrovně jasu. U multiplexních displejů by měl být při nastavování hodnot odporů zvážen také pulzní provoz.
Řízení 7segmentových displejů s integrovanými obvody dekodéru
Ovládání 7segmentového displeje přímo z mikrokontroléru může rychle spotřebovávat vstupní/výstupní piny, protože jedna číslice vyžaduje až osm pinů (sedm segmentů plus desetinná čárka). Pro úsporu GPIO a zjednodušení zapojení se používají integrované obvody dekodéru. Tyto čipy převádějí 4bitový binárně kódovaný desítkový (BCD) vstup na potřebných sedm výstupů, které pohánějí segmenty displeje, čímž se požadavek snižuje na pouhé čtyři datové linky.
74HC4511 je určen pro displeje se společnou katodou (CC) a poskytuje výstupy typu active-HIGH. Zahrnuje užitečné funkce, jako je aktivace západky, test lampy a ovládání zatemnění, které umožňují stabilní ovládání a testování displeje. Na druhou stranu SN7447 / LS47 pracuje se společnou anodou (CA) zobrazuje a vysílá signály aktivní-LOW. Podporuje také funkce testu lampy a zvlnění, takže je vhodný pro řízení více číslic v kaskádových displejích.
Způsob jízdy pro 7segmentové displeje
Přímý pohon
V tomto přístupu se každý LED segment připojuje přímo z pinu MCU přes rezistor. I když je jednoduchý, vyžaduje až 8 pinů na číslici. To je praktické pro jednociferné displeje, ale neefektivní pro vícemístné nastavení.
Integrované obvody dekodéru
Dekodér snižuje spotřebu pinů tím, že převádí 4bitový binární vstup na sedm výstupů potřebných pro displej. Tento přístup je vynikající pro jednociferné nebo malé displeje, protože snižuje požadovaný počet pinů MCU na pouhé čtyři. Stává se méně efektivním při řízení větších vícemístných polí.
Posuvné registry
Posuvné registry přebírají sériová data z MCU a převádějí je na paralelní výstupy. Jsou snadno kaskádovány, takže jsou ideální pro vícemístné 7segmentové moduly při použití velmi malého počtu pinů MCU. Tato metoda je nejvíce škálovatelná a používá se v digitálních hodinách, čítačích a multiplexních displejích.
Multiplexování vícemístných 7segmentových displejů
Při použití vícemístných 7segmentových displejů je běžnou metodou pro jejich ovládání bez použití příliš mnoha pinů. V tomto přístupu je v jednu chvíli zapnuta pouze jedna číslice, ale k přepínání dochází tak rychle, že to vypadá, jako by byly všechny číslice zapnuté společně. Díky tomu se displej snadněji spravuje a zároveň stále zobrazuje správná čísla.
Aby displej vypadal stabilně, musí být každá číslice obnovována dostatečně vysokou rychlostí, přibližně 200krát za sekundu, aby oko nezaznamenalo žádné blikání. Doba, po kterou je každá číslice aktivní, se nazývá pracovní cyklus, který závisí na tom, kolik číslic je řízeno. Menší pracovní cyklus znamená, že číslice nejsou tak jasné, takže pro zachování viditelnosti může být nutné upravit proud v bezpečných mezích.
Jedním z problémů, které se mohou při multiplexování vyskytnout, jsou duchové, kdy se nežádoucí segmenty zdají být slabě osvětlené. Tomu lze předejít vypnutím všech číslic před aktualizací segmentových signálů a použitím ovladačů, které mohou rychle měnit stavy pro čistší provoz.
Řízení 7-segmentových displejů s tranzistorovými a MOSFETovými budiči
Darlingtonova tranzistorová pole
Tyto integrované obvody se používají pro potápěcí proud v displejích se společnou katodou (CC). Každý kanál může řídit segment nebo číslici, takže jsou vhodné pro středně velké až velké displeje.
PNP tranzistory a P-kanálové MOSFETy
Pro běžné anodové (CA) displeje je nutný zdroj proudu. Tranzistory PNP nebo P-MOSFETy poskytují požadovaný proud do anod a zároveň umožňují MCU efektivně řídit spínání.
Vyhrazené integrované obvody ovladače LED
Specializované integrované obvody, jako je MAX7219 integrují multiplexování, regulaci proudu a regulaci jasu do jediného čipu. Tyto ovladače výrazně snižují složitost kabeláže a uvolňují zdroje MCU.
Znaky, které můžete zobrazit na 7segmentových displejích
Číslice (0–9)
Primárním účelem 7segmentových displejů je zobrazovat desetinná čísla. Všechny číslice od 0 do 9 lze zobrazit jasně a přesně, a proto se používají v kalkulačkách, hodinách a měřičích.
Hexadecimální znaky (A–F)
7segmentové displeje mohou také reprezentovat hexadecimální hodnoty. Mezi podporované znaky patří A, b, C, d, E a F. Díky tomu jsou užitečné v digitální elektronice a vestavěných systémech, kde je potřeba hexadecimální reprezentace.
Omezená abecední písmena
Některá písmena, například P, U, L a H, lze aproximovat pomocí sedmi segmentů. Čitelnost nemusí být vždy nejlepší, protože mnoho písmen vyžaduje více segmentů, než poskytuje displej.
Nevhodné pro plné texty
Vzhledem ke své omezené struktuře nejsou 7segmentové displeje praktické pro zobrazování slov nebo složitých písmen. Pro aplikace s velkým množstvím textu návrháři často používají jehličkové displeje nebo alfanumerické LCD/LED moduly.
Desky plošných spojů a tipy pro zapojení pro 7segmentové displeje
• Umístěte odpory omezující proud blízko kolíků LED, abyste udrželi stabilní jas a snížili poklesy napětí ve stopách.
• Pro běžné anodové nebo katodové vedení použijte široké stopy PCB, protože přenášejí vyšší proudy pro více segmentů najednou.
• Přidejte pevnou zemnící plochu, která zajistí stabilní zpětné cesty, minimalizuje šum a zlepší celkový výkon obvodu.
• Udržujte čáry s povolenými číslicemi krátké a dobře směrované, abyste se vyhnuli problémům se šumem a zajistili rychlé přechody pro plynulé multiplexování.
Závěr
7segmentové displeje jsou praktické, odolné a široce používané pro zobrazování čísel v zařízeních, jako jsou hodiny, kalkulačky, měřiče a palivová čerpadla. Mohou pracovat jako společná katoda nebo společná anoda a mohou být řízeny mikrokontroléry, integrovanými obvody dekodérů nebo posuvnými registry. I když nejsou vhodné pro plné texty, jejich efektivita a spolehlivost je činí požadovanými v mnoha aplikacích.
Často kladené dotazy [FAQ]
Jaké materiály se používají v 7segmentových displejích?
Jsou vyrobeny z polovodičových LED diod (GaAsP pro červenou/oranžovou, GaP pro zelenou) umístěných v epoxidové pryskyřici pro ochranu a tvarování světla.
Lze 7segmentové displeje použít venku?
Ano, ale vhodné jsou pouze verze s vysokým jasem nebo verze s velkým segmentem. Standardní displeje jsou pro přímé sluneční světlo příliš slabé.
Jak dlouho vydrží 7segmentový displej?
Dobře řízený displej vydrží 50 000 až 100 000 hodin. Nadproud nebo přehřátí snižuje životnost.
Jaká je nejlepší obnovovací frekvence pro multiplexované displeje?
Většina funguje nejlépe mezi 100 Hz a 1 kHz. Frekvence pod 100 Hz způsobují blikání, zatímco frekvence nad 1 kHz plýtvají zdroji.
Existují vícebarevné 7segmentové displeje?
Ano. Některé modely používají dvoubarevné nebo RGB LED diody, které umožňují více barevných možností na jednom displeji.
Co spotřebovává více energie, 7segmentové displeje nebo LCD?
7segmentové LED diody spotřebovávají více energie než LCD. LCD jsou preferovány pro zařízení s nízkou spotřebou, zatímco LED diody jsou jasnější a odolnější.