7-segmendiline ekraan on lihtne elektrooniline komponent, mis koosneb seitsmest LED-ribast, mis näitavad numbreid, mõnda tähte ja isegi kuueteistkümnendväärtusi. Seda kasutatakse kellades, kalkulaatorites, arvestites ja seadmetes, kuna see on väikese võimsusega, töökindel ja hõlpsasti kasutatav. See artikkel selgitab üksikasjalikult pinouti, spetsifikatsioone, sõidumeetodeid ja disaininõuandeid.
7-segmendilise ekraani ülevaade
7-segmendiline ekraan on üks lihtsamaid, kuid enimkasutatavaid elektroonilisi kuvaseadmeid arvandmete ja piiratud märkide kuvamiseks. See koosneb seitsmest kaheksakujulises stiilis paigutatud LED-ribast, mida saab valgustada erinevates kombinatsioonides, et moodustada numbreid 0–9, aga ka mõned tähestikulised tähemärgid. Paljud versioonid sisaldavad ka täiendavat kümnendkoha (dp) segmenti ujukomaarvude kuvamiseks, muutes need sobivaks kalkulaatorite, kellade, arvestite ja elektroonika jaoks. Nende lihtsus, madal energiatarve ja lihtne liidestamine mikrokontrolleritega on hoidnud neid aktuaalsena isegi LCD-de ja OLED-ide levikuga. Tänu vastupidavale disainile leidub neid ka tööstusseadmetes, katseseadmetes ja manussüsteemides, kus on vaja töökindlust.
7 Segmendi ekraani pistikupesa konfiguratsioon
| Nööpnõel nr. | Nööpnõela nimi | Nööpnõela roll |
|---|---|---|
| 1 | Viik E | Haldab LED-segmenti vasakus alanurgas. |
| 2 | Pin D | Vastutab madalaima osa LED-segmendi eest. |
| 3 | Ühine nööpnõel | Ühendatakse VCC või maandusega, olenevalt ekraani tüübist. |
| 4 | Viik C | Juhib LED-segmenti paremas alanurgas. |
| 5 | DP tihvt | Juhib komakoha LED-segmenti. |
| 6 | Tihvt B | Haldab LED-segmenti paremas ülanurgas. |
| 7 | Tihvt A | Juhib ülemise LED-segmendi tööd. |
| 8 | Ühine nööpnõel | Sarnane tihvtiga 3; ühendub VCC või maandusega. |
| 9 | Tihvt F | Käivitab LED-segmendi vasakus ülanurgas. |
| 10 | Tihvt G | Juhib keskmise LED-segmendi ümberlülitamist. |
Iga numbri moodustavad seitse LED-segmenti, mis on märgistatud A–G, ja valikuline komakoht (DP). Nende segmentide erinevaid kombinatsioone valgustades saab kuvada numbreid ja mõningaid tähti. Allosas olevad tihvtid ühenduvad iga segmendi, komakoha ja ühiste klemmidega (COM), mida saab siduda kas maandus- või toitepingega, olenevalt sellest, kas ekraan on tavaline katood või ühine anood.
7-segmendilise ekraani erinevad kasutusalad
Digitaalsed kellad
7-segmendilisi ekraane kasutatakse digitaalsetes kellades, et näidata tunde, minuteid ja sekundeid hõlpsasti loetavas numbrivormingus. Nende selge nähtavus muudab need sobivaks nii tava- kui ka tööstuslikele ajavõtuseadmetele.
Kalkulaatorid
Tasku- ja lauakalkulaatorid tuginevad numbriliste tulemuste esitamiseks 7-segmendilistele ekraanidele. Nende madal energiavajadus tagab aku pika tööea isegi kompaktsetes seadmetes.
Mõõteriistad
Multimeetrid, voltmeetrid, ampermeetrid ja sagedusloendurid kasutavad sageli 7-segmendilisi ekraane, et pakkuda täpseid numbrilisi näitu, tagades inseneridele ja tehnikutele selguse.
Kodumasinad
Seadmed, nagu mikrolaineahjud, pesumasinad ja kliimaseadmed, kasutavad kellaaja, temperatuuri ja programmiseadete näitamiseks 7-segmendilisi ekraane.
Kütusepumbad
Kütuseautomaadid kasutavad kütusekoguse ja maksumuse kuvamiseks 7-segmendilisi ekraane, pakkudes klientidele selgeid ja reaalajas andmeid.
Tulemustabelid
Sporditulemustabelid kasutavad suuri 7-segmendilisi ekraane, et näidata kaugelt nähtavaid tulemusi, taimereid ja pöördloendusi.
Ühine katood vs. ühine anood 7-segmendilistes kuvarites
Ühine katood (CC)
Kõik LED-ide katoodi (negatiivsed) klemmid on omavahel seotud ja ühendatud maandusega (GND). Segment süttib, kui vastavale tihvtile rakendatakse KÕRGE pinge.
Seda tüüpi on lihtne kasutada mikrokontrollerite või draiveri IC-dega, mis annavad voolu otse.
Ühine anood (CA)
Kõik anoodi (positiivsed) klemmid on omavahel seotud ja ühendatud VCC-ga. Segment lülitub sisse, kui selle tihvt tõmmatakse MADALALE (maapinnale). Töötab kõige paremini voolu vajuvate draiveritega.
Tüübi tuvastamine
Kasutage dioodirežiimis multimeetrit. Ühise anoodi jaoks ühendage punane sond ühise tihvtiga ja must sond segmendi tihvtiga, kui segment süttib, on see CA. Ühise katoodi testimiseks pöörake sondid ümber.
7-segmendiliste kuvarite elektrilised spetsifikatsioonid
| Parameeter | Vahemik |
|---|---|
| Edasipinge (Vf) | 1,8–2,4 V (punane/kollane: \~1,8–2,0 V, roheline/sinine: \~2,0–2,4 V) |
| Pärivool (If) | 10–30 mA (20 mA segmendi kohta on standardne) |
| Tippvool | Kuni 100 mA (ainult impulss-/multipleksirežiimis) |
| Valgustugevus | 1–10 mcd (kõrgemad väärtused = heledam) |
| Lainepikkus (värviline) | Punane: 620–630 nm, roheline: 565 nm |
| Vaatenurk | 50–120° |
Takisti arvutamine 7-segmendiliste kuvarite jaoks
7-segmendiline ekraan nõuab iga LED-segmendi jaoks voolu piiravat takistit, et vältida liigset vooluvoolu ja ebaühtlast heledust. Takisti väärtus määratakse Ohmi seaduse abil, mida väljendatakse kui R = (Vcc – Vf) / Kui, kus Vcc on toitepinge, Vf on LED-i päripinge ja If on soovitud pärivool. Näiteks 5 V toiteallika, 2,0 V segmendi kohta päripinge ja 10 mA sihtvoolu korral muutub arvutus (5 – 2) ÷ 0,01 = 300 Ω. Kuna takistid on standardväärtustega, on ohutuse tagamiseks kõige parem valida järgmine kõrgem valik, näiteks 330 Ω. Igal segmendil peab olema oma takisti, kuna ühe jagamine ühise tihvti vahel põhjustab ebaühtlast heleduse taset. Multipleksitud kuvarite puhul tuleks takisti väärtuste reguleerimisel arvestada ka impulssrežiimiga.
7-segmendiliste ekraanide juhtimine dekoodri IC-dega
7-segmendilise ekraani juhtimine otse mikrokontrollerist võib kiiresti tarbida I/O viiku, kuna ühe numbri jaoks on vaja kuni kaheksat viiku (seitse segmenti pluss komakoht). GPIO-de salvestamiseks ja juhtmestiku lihtsustamiseks kasutatakse dekoodri IC-sid. Need kiibid teisendavad 4-bitise binaarkoodiga kümnendsisendi (BCD) vajalikuks seitsmeks väljundiks, mis juhivad kuvasegmente, vähendades vajadust vaid neljale andmereale.
74HC4511 on mõeldud tavaliste katoodkuvarite (CC) jaoks ja pakub aktiivseid HIGH väljundeid. See sisaldab kasulikke funktsioone, nagu riivi lubamine, lambi test ja tühjendamise juhtimine, mis võimaldavad stabiilset ekraani juhtimist ja testimist. Teisest küljest töötab SN7447/LS47 tavaliste anoodi (CA) kuvaritega ja väljastab aktiivseid-madalaid signaale. See toetab ka lambi testimise ja lainetuse kustutamise funktsioone, mistõttu sobib see mitme numbri juhtimiseks kaskaadekraanidel.
7-segmendiliste kuvarite sõidumeetodid
Otseajam
Selle lähenemisviisi puhul ühendub iga LED-segment takisti kaudu otse MCU tihvtist. Kuigi see on lihtne, nõuab see kuni 8 tihvti numbri kohta. See on praktiline ühekohaliste kuvarite jaoks, kuid mitmekohaliste seadistuste puhul ebaefektiivne.
Dekoodri IC-d
Dekooder vähendab tihvtide kasutamist, teisendades 4-bitise binaarsisendi ekraani jaoks vajalikuks seitsmeks väljundiks. See lähenemisviis sobib suurepäraselt ühekohaliste või väikeste kuvarite jaoks, vähendades vajalikke MCU tihvte arvu vaid neljani. Suuremate mitmekohaliste massiivide kasutamisel muutub see vähem tõhusaks.
Vahetuste registrid
Nihkeregistrid võtavad MCU-st jadaandmeid ja teisendavad need paralleelväljunditeks. Neid on lihtne kaskaadida, mistõttu on need ideaalsed mitmekohaliste 7-segmendiliste moodulite jaoks, kasutades samal ajal väga vähe MCU tihvte. See meetod on kõige skaleeritavam ja seda kasutatakse digitaalsetes kellades, loendurites ja multipleksitud kuvarites.
Mitmekohaliste 7-segmendiliste kuvarite multipleksimine
Mitmekohaliste 7-segmendiliste kuvarite kasutamisel on multipleksimine tavaline meetod nende juhtimiseks ilma liiga palju tihvte kasutamata. Selle lähenemisviisi puhul lülitatakse korraga sisse ainult üks number, kuid ümberlülitamine toimub nii kiiresti, et tundub, et kõik numbrid on koos sisse lülitatud. See muudab ekraani haldamise lihtsamaks, näidates samal ajal õigeid numbreid.
Selleks, et ekraan näeks välja stabiilne, tuleb iga numbrit värskendada piisavalt suure kiirusega, umbes 200 korda sekundis, et silm ei märkaks virvendust. Iga numbri aktiivset aega nimetatakse töötsükliks, mis sõltub sellest, kui palju numbreid juhitakse. Väiksem töötsükkel tähendab, et numbrid ei ole nii heledad, seega võib olla vaja nähtavuse säilitamiseks voolu ohututes piirides reguleerida.
Üks probleem, mis võib multipleksimisel tekkida, on kummituspildid, kus soovimatud segmendid paistavad nõrgalt valgustatud. Seda saab vältida, lülitades kõik numbrid enne segmendisignaalide värskendamist välja ja kasutades draivereid, mis suudavad puhtama töö tagamiseks kiiresti olekut muuta.
Transistori ja MOSFET-draiveritega 7-segmendiliste ekraanide juhtimine
Darlingtoni transistorimassiivid
Neid IC-sid kasutatakse voolu vajumiseks tavalistes katoodi (CC) kuvarites. Iga kanal võib juhtida segmenti või numbrit, muutes need sobivaks keskmise ja suure suurusega ekraanide jaoks.
PNP-transistorid ja P-kanali MOSFET-id
Tavaliste anoodi (CA) kuvarite jaoks on vajalik allikavool. PNP-transistorid või P-MOSFET-id annavad anoodidele vajaliku voolu, võimaldades samal ajal MCU-l lülitust tõhusalt juhtida.
Spetsiaalsed LED-draiveri IC-d
Spetsiaalsed IC-d, nagu MAX7219, integreerivad multipleksimise, voolu reguleerimise ja heleduse reguleerimise ühte kiipi. Need draiverid vähendavad oluliselt juhtmestiku keerukust ja vabastavad MCU ressursse.
Tähemärgid, mida saate kuvada 7-segmendilistel ekraanidel
Numbrid (0–9)
7-segmendiliste kuvarite peamine eesmärk on kümnendarvude kuvamine. Kõiki numbreid vahemikus 0 kuni 9 saab kuvada selgelt ja täpselt, mistõttu kasutatakse neid kalkulaatorites, kellades ja arvestites.
Kuueteistkümnendsüsteemid (A–F)
7-segmendilised kuvarid võivad esindada ka kuueteistkümnendväärtusi. Toetatud märgid on A, b, C, d, E ja F. See muudab need kasulikuks digitaalses elektroonikas ja manussüsteemides, kus on vaja kuueteistkümnendsüsteemi.
Piiratud tähestikulised tähed
Mõnda tähte, nagu P, U, L ja H, saab ligikaudselt arvutada seitsme segmendi abil. Loetavus ei pruugi alati olla parim, kuna paljud tähed nõuavad rohkem segmente, kui ekraan pakub.
Ei sobi täisteksti jaoks
Piiratud struktuuri tõttu ei ole 7-segmendilised ekraanid sõnade või keerukate tähtede kuvamiseks praktilised. Tekstirohkete rakenduste jaoks kasutavad disainerid sageli maatriksekraane või tähtnumbrilisi LCD/LED-mooduleid.
PCB ja juhtmestiku näpunäited 7-segmendiliste kuvarite jaoks
• Asetage voolu piiravad takistid LED-tihvtide lähedale, et säilitada stabiilne heledus ja vähendada pingelangusi üle jälgede.
• Kasutage tavaliste anoodi- või katoodliinide jaoks laiu PCB-jälgi, kuna need kannavad korraga mitme segmendi jaoks suuremat voolu.
• Stabiilsete tagasivooluteede tagamiseks, müra minimeerimiseks ja vooluahela üldise jõudluse parandamiseks lisage tahke alusplaat.
• Müraprobleemide vältimiseks ja sujuvaks multipleksimiseks kiirete üleminekute tagamiseks hoidke numbrit võimaldavad liinid lühikesed ja hästi suunatud.
Järeldus
7-segmendilised ekraanid on praktilised, vastupidavad ja neid kasutatakse laialdaselt numbrite kuvamiseks sellistes seadmetes nagu kellad, kalkulaatorid, arvestid ja kütusepumbad. Need võivad töötada ühise katoodina või ühise anoodina ning neid juhivad mikrokontrollerid, dekoodri IC-d või nihkeregistrid. Kuigi need ei sobi täisteksti jaoks, on nende tõhusus ja töökindlus paljudes rakendustes vajalikud.
Korduma kippuvad küsimused [KKK]
Milliseid materjale kasutatakse 7-segmendilistes kuvarites?
Need on valmistatud pooljuht-LED-idest (GaAsP punase/oranži jaoks, GaP rohelise jaoks), mis on kaitseks ja valguse kujundamiseks paigutatud epoksüvaigu.
Kas 7-segmentilisi kuvareid saab kasutada õues?
Jah, kuid sobivad ainult suure heledusega või suure segmendiga versioonid. Standardekraanid on otsese päikesevalguse jaoks liiga hämarad.
Kui kaua 7-segmendiline ekraan kestab?
Hästi juhitud ekraan kestab 50 000 kuni 100 000 tundi. Liigvool või ülekuumenemine vähendab eluiga.
Milline on multipleksitud ekraanide jaoks parim värskendussagedus?
Enamik töötab kõige paremini vahemikus 100 Hz kuni 1 kHz. Sagedused alla 100 Hz põhjustavad virvendust, sagedused üle 1 kHz aga raiskavad ressursse.
Kas on olemas mitmevärvilised 7-segmendilised ekraanid?
Jah. Mõned mudelid kasutavad kahevärvilisi või RGB LED-e, võimaldades ühel ekraanil mitut värvivalikut.
Kumb tarbib rohkem energiat, 7-segmendilised ekraanid või LCD-ekraanid?
7-segmendilised LED-id tarbivad rohkem energiat kui LCD-ekraanid. LCD-sid eelistatakse väikese võimsusega seadmete jaoks, samas kui LED-id on heledamad ja vastupidavamad.