7-segmenttinen näyttö on yksinkertainen elektroninen komponentti, joka koostuu seitsemästä LED-palkista, jotka näyttävät numeroita, muutamia kirjaimia ja jopa heksadesimaaliarvoja. Sitä käytetään kelloissa, laskimissa, mittareissa ja laitteissa, koska se on pienitehoinen, luotettava ja helppokäyttöinen. Tässä artikkelissa selitetään yksityiskohtaisesti pinout, tekniset tiedot, ajomenetelmät ja suunnitteluvinkit.
7-segmenttinen näyttö ohiview
7-segmenttinen näyttö on yksi yksinkertaisimmista mutta eniten käytetyistä elektronisista näyttölaitteista numeeristen tietojen ja rajoitettujen merkkien näyttämiseen. Se koostuu seitsemästä kahdeksan tyyliin järjestetystä LED-palkista, jotka voidaan sytyttää eri yhdistelmillä numeroiksi 0-9 sekä muutamasta aakkosmerkistä. Monissa versioissa on myös ylimääräinen desimaalipilkku (dp) -segmentti liukulukujen näyttämiseksi, joten ne sopivat laskimiin, kelloihin, mittareihin ja elektroniikkaan. Niiden yksinkertaisuus, alhainen virrankulutus ja helppo liitäntä mikro-ohjaimiin ovat pitäneet ne merkityksellisinä myös LCD- ja OLED-näyttöjen yleistyessä. Kestävän rakenteensa ansiosta niitä löytyy myös teollisuuslaitteista, testilaitteista ja sulautetuista järjestelmistä, joissa vaaditaan luotettavuutta.
7 segmentin näytön pinout-kokoonpano
| Nasta nro. | Pin-lisäyksen nimi | Pin-rooli |
|---|---|---|
| 1 | Nasta E | Hallitsee vasemmassa alakulmassa olevaa LED-segmenttiä. |
| 2 | Nasta D | Vastaa alimman osan LED-segmentistä. |
| 3 | Yhteinen PIN-koodi | Yhdistetään VCC:hen tai maahan näyttötyypistä riippuen. |
| 4 | Nasta C | Ohjaa LED-segmenttiä oikeassa alakulmassa. |
| 5 | DP-nasta | Ohjaa desimaalipilkun LED-segmenttiä. |
| 6 | Nasta B | Hallitsee oikeassa yläkulmassa olevaa LED-segmenttiä. |
| 7 | Nasta A | Ohjaa ylimmän LED-segmentin toimintaa. |
| 8 | Yhteinen PIN-koodi | Samanlainen kuin nasta 3; liitetään VCC:hen tai maahan. |
| 9 | Nasta F | Ajaa LED-segmentin vasemmassa yläkulmassa. |
| 10 | Nasta G | Ohjaa keskimmäisen LED-segmentin kytkentää. |
Jokainen numero muodostuu seitsemästä LED-segmentistä, jotka on merkitty A–G, ja valinnaisesta desimaalipilkusta (DP). Valaisemalla näiden segmenttien erilaisia yhdistelmiä voidaan näyttää numeroita ja joitakin kirjaimia. Alareunassa olevat nastat kytkeytyvät jokaiseen segmenttiin, desimaalipilkkuun ja yhteisiin liittimiin (COM), jotka voidaan sitoa joko maahan tai syöttöjännitteeseen riippuen siitä, onko näyttö yhteinen katodi vai yhteinen anodi.
7-segmenttisen näytön eri käyttötarkoitukset
Digitaaliset kellot
7-segmenttisiä näyttöjä käytetään digitaalisissa kelloissa tuntien, minuuttien ja sekuntien näyttämiseen helposti luettavassa numeerisessa muodossa. Niiden selkeä näkyvyys tekee niistä sopivia sekä kuluttaja- että teollisuuskellonaikalaitteisiin.
Laskimet
Tasku- ja pöytälaskimet luottavat 7-segmenttisiin näyttöihin numeeristen tulosten esittämiseen. Niiden alhainen virrantarve takaa pitkän akun käyttöiän myös kompakteissa laitteissa.
Mittauslaitteet
Yleismittarit, volttimittarit, ampeerimittarit ja taajuuslaskurit käyttävät usein 7-segmenttisiä näyttöjä tarkkojen numeeristen lukemien tuottamiseen, mikä takaa selkeyden insinööreille ja teknikoille.
Kodinkoneet
Laitteet, kuten mikroaaltouunit, pesukoneet ja ilmastointilaitteet, käyttävät 7-segmenttisiä näyttöjä ajan, lämpötilan ja ohjelma-asetusten osoittamiseen.
Polttoaineen pumput
Polttoaineautomaateissa on 7-segmenttiset näytöt, jotka näyttävät polttoaineen määrän ja kustannukset, mikä tarjoaa asiakkaille selkeää ja reaaliaikaista tietoa.
Tulostaulut
Urheilutulostaulut käyttävät suuria 7-segmenttisiä näyttöjä, jotka näyttävät kaukaa näkyvät tulokset, ajastimet ja lähtölaskennat.
Yhteinen katodi vs. yhteinen anodi 7-segmenttisissä näytöissä
Yhteinen katodi (CC)
Kaikki LEDien katodiliittimet (negatiiviset) on sidottu toisiinsa ja kytketty maahan (GND). Segmentti syttyy, kun KORKEA voltage syötetään vastaavaan nastaan.
Tätä tyyppiä on helppo käyttää mikro-ohjainten tai ohjainpiirien kanssa, jotka syöttävät virtaa suoraan.
Yhteinen anodi (CA)
Kaikki anodi (positiiviset) liittimet on sidottu toisiinsa ja kytketty VCC:hen. Segmentti käynnistyy, kun sen tappi vedetään MATALALLE (maahan). Toimii parhaiten virtaa uppoavien ohjainten kanssa.
Tyypin tunnistaminen
Käytä yleismittaria dioditilassa. Jos kyseessä on yhteinen anodi, liitä punainen anturi yhteiseen nastaan ja musta anturi segmentin nastaan, jos segmentti syttyy, se on CA. Käännä anturit taaksepäin testataksesi yhteistä katodia.
7-segmenttisten näyttöjen sähköiset tiedot
| Parametri | Alue |
|---|---|
| Eteenpäin jännite (Vf) | 1,8–2,4 V (punainen/keltainen: \~1,8–2,0 V, vihreä/sininen: \~2,0–2,4 V) |
| Myötävirta (If) | 10–30 mA (20 mA per segmentti on vakio) |
| Huippuvirta | Jopa 100 mA (vain pulssi-/multipleksoitu käyttö) |
| Valovoima | 1–10 mcd (suuremmat arvot = kirkkaampi) |
| Aallonpituus (väri) | Punainen: 620–630 nm, vihreä: 565 nm |
| Katselukulma | 50–120° |
Vastuksen laskenta 7-segmenttisille näytöille
7-segmenttinen näyttö vaatii virtaa rajoittavan vastuksen jokaiselle LED-segmentille liiallisen virran ja epätasaisen kirkkauden estämiseksi. Vastuksen arvo määritetään käyttämällä Ohmin lakia, joka ilmaistaan muodossa R = (Vcc – Vf) / Jos, jossa Vcc on syöttöjännite, Vf on LEDin myötäjännite ja If on haluttu myötävirta. Esimerkiksi 5 V:n syötöllä, 2,0 V:n myötäjännitteellä segmenttiä kohti ja tavoitevirralla 10 mA, laskelmasta tulee (5 – 2) ÷ 0,01 = 300 Ω. Koska vastuksia on vakioarvoissa, turvallisuuden varmistamiseksi on parasta valita seuraava korkeampi vaihtoehto, kuten 330 Ω. Jokaisella segmentillä on oltava oma vastus, koska yhden jakaminen yhteisen nastan yli aiheuttaa epätasaisia kirkkaustasoja. Multipleksoiduissa näytöissä pulssitoiminta tulee ottaa huomioon myös vastuksen arvoja säädettäessä.
7-segmenttisten näyttöjen ajaminen dekooderipiireillä
7-segmenttisen näytön ohjaaminen suoraan mikro-ohjaimesta voi kuluttaa nopeasti I/O-nastoja, koska yksi numero vaatii jopa kahdeksan nastaa (seitsemän segmenttiä plus desimaalipilkku). GPIO:iden säästämiseksi ja johdotuksen yksinkertaistamiseksi käytetään dekooderin piirejä. Nämä sirut muuntavat 4-bittisen binäärikoodatun desimaalitulon (BCD) tarvittaviksi seitsemäksi lähdöksi, jotka ohjaavat näyttösegmenttejä, mikä vähentää tarpeen vain neljään datariviin.
74HC4511 on suunniteltu tavallisille katodinäytöille (CC) ja tarjoaa aktiiviset HIGH-lähdöt. Se sisältää hyödyllisiä ominaisuuksia, kuten salvan käyttöönoton, lampputestin ja tyhjennysohjauksen, jotka mahdollistavat vakaan näytön ohjauksen ja testauksen. Toisaalta SN7447/LS47 toimii yleisten anodinäyttöjen (CA) kanssa ja lähettää aktiivisia-LOW-signaaleja. Se tukee myös lampputestiä ja aaltoilun sammutustoimintoja, joten se soveltuu useiden numeroiden ohjaamiseen kaskadinäytöissä.
Ajotavat 7-segmenttisille näytöille
Suora käyttö
Tässä lähestymistavassa jokainen LED-segmentti kytkeytyy suoraan MCU-nastasta vastuksen kautta. Vaikka se on yksinkertainen, se vaatii jopa 8 nastaa numeroa kohti. Tämä on käytännöllistä yksinumeroisille näytöille, mutta tehotonta moninumeroisille asetuksille.
Dekooderin IC:t
Dekooderi vähentää nastan käyttöä muuntamalla 4-bittisen binääritulon seitsemäksi näytölle tarvittavaksi lähdöksi. Tämä lähestymistapa sopii erinomaisesti yksinumeroisille tai pienille näytöille, ja se vähentää tarvittavat MCU-nastat vain neljään. Se heikkenee, kun ajetaan suurempia moninumeroisia taulukoita.
Vuororekisterit
Shift-rekisterit ottavat sarjatietoja MCU:sta ja muuntavat ne rinnakkaislähdöiksi. Ne ovat helposti peräkkäin, joten ne sopivat täydellisesti moninumeroisiin 7-segmenttisiin moduuleihin ja käyttävät hyvin vähän MCU-nastoja. Tämä menetelmä on skaalautuvin ja sitä käytetään digitaalisissa kelloissa, laskureissa ja multipleksoiduissa näytöissä.
Moninumeroisten 7-segmenttisten näyttöjen multipleksointi
Käytettäessä moninumeroisia 7-segmenttisiä näyttöjä, multipleksointi on yleinen tapa ohjata niitä käyttämättä liikaa nastoja. Tässä lähestymistavassa vain yksi numero on päällä kerrallaan, mutta vaihto tapahtuu niin nopeasti, että näyttää siltä, että kaikki numerot ovat päällä yhdessä. Tämä helpottaa näytön hallintaa ja näyttää silti oikeat numerot.
Jotta näyttö näyttäisi vakaalta, jokainen numero on päivitettävä riittävän nopeasti, noin 200 kertaa sekunnissa, jotta silmä ei huomaa välkkymistä. Kunkin numeron aktiivisuusaikaa kutsutaan käyttöjaksoksi, joka riippuu siitä, kuinka monta numeroa ohjataan. Pienempi käyttösuhde tarkoittaa, että numerot eivät ole yhtä kirkkaita, joten virtaa on ehkä säädettävä turvallisissa rajoissa näkyvyyden säilyttämiseksi.
Yksi ongelma, joka voi ilmetä multipleksoinnissa, on haamukuva, jossa ei-toivotut segmentit näkyvät heikosti valaistuina. Tämä voidaan välttää kytkemällä kaikki numerot pois päältä ennen segmenttisignaalien päivittämistä ja käyttämällä ohjaimia, jotka voivat vaihtaa tilaa nopeasti puhtaamman toiminnan takaamiseksi.
7-segmenttisten näyttöjen ajaminen transistori- ja MOSFET-ajureilla
Darlingtonin transistoriryhmät
Näitä IC:itä käytetään virran upottamiseen tavallisissa katodinäytöissä (CC). Jokainen kanava voi ohjata segmenttiä tai numeroa, joten ne sopivat keskikokoisille ja suurille näytöille.
PNP-transistorit ja P-kanavan MOSFETit
Tavallisissa anodinäytöissä (CA) lähdevirta on tarpeen. PNP-transistorit tai P-MOSFETit tuottavat tarvittavan virran anodeille ja antavat MCU:lle mahdollisuuden ohjata kytkentää tehokkaasti.
Erilliset LED-ohjainpiirit
Erikoistuneet IC:t, kuten MAX7219, integroivat multipleksoinnin, virransäädön ja kirkkauden säädön yhdeksi siruksi. Nämä ohjaimet vähentävät huomattavasti johdotuksen monimutkaisuutta ja vapauttavat MCU-resursseja.
Merkit, joita voit näyttää 7-segmenttisissä näytöissä
Numerot (0–9)
7-segmenttisten näyttöjen ensisijainen tarkoitus on näyttää desimaaliluvut. Kaikki numerot 0-9 voidaan näyttää selkeästi ja tarkasti, minkä vuoksi niitä käytetään laskimissa, kelloissa ja mittareissa.
Heksadesimaalimerkit (A–F)
7-segmenttiset näytöt voivat myös edustaa heksadesimaaliarvoja. Tuettuja merkkejä ovat A, b, C, d, E ja F. Tämä tekee niistä hyödyllisiä digitaalisessa elektroniikassa ja sulautetuissa järjestelmissä, joissa tarvitaan heksadesimaaliesitystä.
Rajoitetut aakkoskirjaimet
Joitakin kirjaimia, kuten P, U, L ja H, voidaan arvioida käyttämällä seitsemää segmenttiä. Luettavuus ei välttämättä aina ole paras, koska monet kirjaimet vaativat enemmän segmenttejä kuin näyttö tarjoaa.
Ei sovellu kokotekstille
Rajoitetun rakenteensa vuoksi 7-segmenttiset näytöt eivät ole käytännöllisiä sanojen tai monimutkaisten kirjainten näyttämiseen. Paljon tekstiä sisältävissä sovelluksissa suunnittelijat käyttävät usein pistematriisinäyttöjä tai aakkosnumeerisia LCD/LED-moduuleja.
Piirilevy- ja johdotusvinkit 7-segmenttisille näytöille
• Sijoita virtaa rajoittavat vastukset lähelle LED-nastoja säilyttääksesi tasaisen kirkkauden ja vähentääksesi jännitehäviöitä jälkien yli.
• Käytä leveitä piirilevyjälkiä yleisille anodi- tai katodilinjoille, koska ne kuljettavat suurempia virtoja useille segmenteille kerralla.
• Lisää kiinteä maataso vakaiden paluureittien aikaansaamiseksi, melun minimoimiseksi ja piirin yleisen suorituskyvyn parantamiseksi.
• Pidä numeroita tukevat linjat lyhyinä ja hyvin reititettyinä, jotta vältytään meluongelmilta ja varmistetaan nopeat siirtymät sujuvaa multipleksointia varten.
Johtopäätös
7-segmenttiset näytöt ovat käytännöllisiä, kestäviä ja niitä käytetään laajalti numeroiden näyttämiseen laitteissa, kuten kelloissa, laskimissa, mittareissa ja polttoainepumpuissa. Ne voivat toimia yhteisenä katodina tai yhteisenä anodina ja niitä ohjaavat mikro-ohjaimet, dekooderipiirit tai vaihtorekisterit. Vaikka ne eivät sovellu kokotekstiin, niiden tehokkuus ja luotettavuus edellyttävät niitä monissa sovelluksissa.
Usein kysytyt kysymykset [FAQ]
Mitä materiaaleja käytetään 7-segmenttisissä näytöissä?
Ne on valmistettu puolijohde-LEDeistä (GaAsP punaiselle/oranssille, GaP vihreälle), jotka on sijoitettu epoksihartsiin suojaamaan ja valaisemaan.
Voiko 7-segmenttisiä näyttöjä käyttää ulkona?
Kyllä, mutta vain korkean kirkkauden tai suuren segmentin versiot sopivat. Vakionäytöt ovat liian himmeitä suoralle auringonvalolle.
Kuinka kauan 7-segmenttinen näyttö kestää?
Hyvin ajettu näyttö kestää 50 000–100 000 tuntia. Ylivirta tai ylikuumeneminen lyhentää käyttöikää.
Mikä on paras virkistystaajuus multipleksoiduille näytöille?
Useimmat toimivat parhaiten 100 Hz:n ja 1 kHz:n välillä. Alle 100 Hz:n taajuudet aiheuttavat välkkymistä, kun taas yli 1 kHz:n taajuudet tuhlaavat resursseja.
Onko olemassa monivärisiä 7-segmenttisiä näyttöjä?
Kyllä. Joissakin malleissa käytetään kaksivärisiä tai RGB-LED-valoja, jotka mahdollistavat useita värivaihtoehtoja yhdessä näytössä.
Kumpi kuluttaa enemmän virtaa, 7-segmenttiset näytöt vai LCD-näytöt?
7-segmenttiset LEDit kuluttavat enemmän virtaa kuin LCD-näytöt. LCD-näytöt ovat suositeltavia pienitehoisille laitteille, kun taas LEDit ovat kirkkaampia ja kestävämpiä.