na 2025/06/30 31,846

Displej 7-segmentu: Konfigurace, typy a provozní princip PIN

Tato příručka vysvětluje vše o sedmisegmentových displejích.Hovoří o tom, jak fungují, dva hlavní typy (běžná anoda a běžná katoda) a jak jsou uspořádány části uvnitř.Naučíte se, jak je připojit a ovládat pomocí mikrokontrolérů, jako je Arduino, a jak vyrobit jednoduché obvody s čipy řidiče, jako je 4511. Průvodce také pokrývá, kde se tyto displeje používají v životě, jejich dobré body a některé věci, které nemohou udělat.

Katalog

Obrázek 1. displej se sedmi segmenty

Co je displej segmentu segmentu?

Displej se sedmi segmenty je elektronická komponenta navržená tak, aby zobrazovala čísla a několik písmen pomocí sedmi segmentů emitujících světla uspořádaných v rozvržení osmi.Každý segment, označený A až G, se rozsvítí individuálně tak, aby vytvořil číslice od 0 do 9. Malý osmý segment, obvykle tečka v pravém dolním rohu, může být také zahrnut, aby představoval desetinné body.

Každý segment je LED, která při napájení vydává světlo.Displej funguje pomocí napětí přes terminály LED, které způsobuje, že světlo se produkuje elektroluminiscencí.

Sedmisegmentové displeje se staly populárními v 60. a 70. letech, protože LED diody nahradily dřívější displejové technologie, jako jsou trubky Nixie a mechanické ukazatele.Tyto nové displeje byly snazší řídit, používat méně energie a byly odolnější.Koncem 70. let byly standardní v kalkulačkách, hodinách a měřicích zařízeních.

I dnes se tyto displeje široce používají v zařízeních, která vyžadují jednoduchý a spolehlivý číselný výstup.Nabízejí nízkou spotřebu energie, silnou viditelnost a přímou kontrolní logiku.Vylepšené materiály LED byly také jasnější a odolnější, což pomáhá udržovat jejich roli v kompaktních gadgetech i ve velkých průmyslových systémech.

Typy sedmisegmentových displejů

Displeje sedmi segmentů jsou dodávány ve dvou hlavních typech na základě toho, jak jsou interní LED diody zapojeny: společná anoda (CA) a společná katoda (CC).Rozdíl spočívá v tom, jak segmenty LED sdílejí elektrická připojení.

Společná anoda (CA)

Na společném anodovém displeji jsou všechny pozitivní strany (nazývané anody) LEDS spojeny dohromady.Tato skupina pozitivních spojení je spojena s pozitivním napájecím zdrojem.

Chcete -li zapnout segment (jedna část displeje čísla), odešlete nízký signál (což znamená připojení k zemi nebo 0 voltů) na negativní stranu (nazývanou katoda) tohoto segmentu.To umožňuje proudění elektřiny a rozsvítí se segment.

Tento typ displeje dobře funguje s určitými typy digitálních obvodů, zejména s těmi, které jsou navrženy tak, aby stáhly proud dolů na zem.Příkladem jsou obvody TTL (Transistor-Transistor Logic).

Obrázek 2. Konfigurace běžné anody

Obrázek 3. tabulka pravdy

Společná katoda (CC)

Na společném displeji katody jsou všechny negativní strany (katody) LED spojeny dohromady a vázány na zem.

Chcete -li rozsvítit segment, odešlete vysoký signál (napětí, jako je 5V) na pozitivní stranu (anoda) tohoto segmentu.Díky tomu je tok elektřiny z pozitivního kolíku přes LED k zemi a segment se rozsvítí.

Běžné displeje katody se obvykle používají s mikrokontroléry, jako jsou Arduino nebo Raspberry Pi, protože tato zařízení mohou vysílat potřebný vysoký signál přímo z jejich výstupních kolíků.

Obrázek 4. Konfigurace běžné katody

Obrázek 5. Tabulka pravdy

Struktura displeje sedmi segmentů

Obrázek 6. Horní pohled na displej sedmi segmentů

Každá displej segmentu segmentu sestává ze sedmi jednotlivých LED LED uspořádaných v pravoúhlém vzoru, který se podobá „8“.Segmenty jsou označeny A až G, se třemi horizontálními segmenty (A, G, D) a čtyřmi vertikálními (B, C, E, F).Některé displeje zahrnují také desetinné místo, které se nachází v blízkosti pravého rohu.

Obrázek 7. Desetinná nebo tečková bod

Moderní displeje obvykle používají povrchové LED diody zabudované do plastu nebo pryskyřice.Housejte na displeji často zahrnují světlé bariéry, které zabraňují krvácení do sousedních segmentů.Pouzdro je obvykle tónované nebo matné, aby pomohlo rozptýlit světlo a zlepšit kontrast.

Standardní jednociferné displeje mají deset kolíků: jeden pro každý ze sedmi segmentů, jeden pro desetinné místo a jeden nebo dva pro sdílený společný terminál.Uvnitř pouzdra spojují tenké dráty nebo stopy každý segment k příslušnému kolíku.

Některé displeje zahrnují vestavěné odpory pro kontrolu proudu, zatímco jiné vyžadují externí rezistory.Dobrý tepelný návrh pomáhá displeji spolehlivě běžet po dlouhou dobu, a to i v náročných prostředích.

Obrázek 8. Zobrazení spodního zobrazení sedmi segmentů

Konfigurace pinů displeje sedmi segmentů

Obrázek 9. PIN diagram

Číslo kolíku	Připojeno Segment	Funkce
PIN 1	E	Řídicí segment e
PIN 2	D	Řídicí segment d
PIN 3	Com (společný pin)	Běžná anoda nebo katoda
PIN 4	C	C
PIN 5	Dp	Řídí desetinné místo (DP)
PIN 6	B	B. Segment ovládacích prvků
PIN 7	A	Ovládací prvky segment a
PIN 8	Com (společný pin)	Běžná anoda nebo katoda
PIN 9	F	F
PIN 10	G	Kontrolní segment g

Jak funguje displej segmentu?

Displej sedmisegmentu funguje podle segmentů osvětlení pro čísla formulářů nebo jednoduchých písmen.Každý segment je individuální LED, která svítí, když protéká proud správným směrem.

Obrázek 10. Čísla zobrazení

Chcete -li zobrazit číslo, systém zapíná správnou kombinaci segmentů.Například pro zobrazení „0“, všechny segmenty kromě G jsou osvětleny.A „1“ se rozsvítí pouze B a C. Tyto kombinace jsou uloženy v mikrokontroléru nebo se zacházejí s dekódovacím čipem.

Obrázek 11. Sedm segmentových znaků abecedy

Některá písmena jako A, C, E a F lze ukázat, ale mnoho jiných je obtížné reprezentovat kvůli omezenému počtu segmentů.Dopisy jako Q nebo R jsou obtížné jasně zobrazit.

V systémech s více než jednou číslice používají zobrazení multiplexování.To znamená, že najednou je osvětlena pouze jedna číslice, ale systém se přepíná mezi číslicemi tak rychle (obvykle 60krát za sekundu nebo více), že se všichni zdají být osvětleni najednou.To šetří energii a snižuje počet požadovaných připojení.

Decimální bod lze použít pro zlomky, oddělení času nebo jako speciální indikátor.Některé hodiny dokonce používají desetinné body jako blikající kolony.

Obrázek 12. Displej časové doby LED segmentu LED segmentu

Sedmisegmentové zobrazovací kódy

Chcete-li zobrazit čísla na displeji sedmi segmentů, každá číslice rozsvítí jedinečnou sadu segmentů.Tyto vzory jsou uloženy jako binární kódy.Kódy se liší pro běžnou katodu a běžné typy anod, v závislosti na tom, jak se segmenty zapnou.Níže uvedená tabulka ukazuje kódy pro číslice 0 až 9.

Číslice	Segmenty osvětlené (A - G)	Binární kód (Společná katoda)	HEX kód (CC)	Binární kód (Běžná anoda)	HEX Kód (CA)
0	A, B, C, D, E, F	0b00111111	0x3f	0B11000000	0xc0
1	B, c	0B00000110	0x06	0B11111001	0xf9
2	A, B, D, E, G	0b01011011	0x5b	0B10100100	0xA4
3	A, B, C, D, G	0B01001111	0x4f	0B10110000	0xb0
4	B, C, F, G	0B01100110	0x66	0B10011001	0x99
5	A, C, D, F, G	0B01101101	0x6d	0B10010010	0x92
6	A, C, D, E, F, G	0B01111101	0x7d	0B10000010	0x82
7	A, B, c	0B00000111	0x07	0B11111000	0xf8
8	A, B, C, D, E, F, G	0B01111111	0x7f	0B10000000	0x80
9	A, B, C, D, F, G	0B01101111	0x6f	0B10010000	0x90

Jak ovládat displej segmentu segmentu?

Existuje několik běžných způsobů, jak ovládat displej.Pojďme je projít od nejjednodušších po pokročilejší.

Přímé připojení k mikrokontroléru

Obrázek 13. Schéma obvodu přímého připojení sedmisegmentového displeje k mikrokontroléru

Nejjednodušší způsob, jak ovládat jednu číslice, je připojení každého segmentu k vlastnímu kolíku na mikrokontroléru.Funguje to dobře pro malé projekty, které ukazují pouze jedno číslo.

Pro běžný displej anody jsou všechny pozitivní strany (anody) LED připojeny k napájení (jako 3,3V nebo 5V).Negativní strana (katoda) každého segmentu prochází rezistorem a poté na kolík na mikrokontroléru.Když mikrokontrolér pošle nízký signál, segment zapne.

Toto nastavení vám poskytuje plnou kontrolu nad každým segmentem, takže můžete vytvořit libovolné číslo.Používá však mnoho kolíků, sedm pro segmenty a další, pokud používáte desetinnou čárku.Například můžete připojit kolíky PA0 přes PA7 na Arduino nebo STM32 ke každému segmentu.Rezistory (kolem 220–330 ohmů) chrání LED diody před příliš velkým proudem.

Tato metoda je jednoduchá, ale pokud chcete zobrazit více než jednu číslice, nefunguje to dobře, dojde vám kolíky.Tehdy je lepší použít multiplexování nebo čip ovladače displeje.

Multiplexování pro více číslic

Obrázek 14. Obvod ovladače tranzistoru pro dva displeje sedmi segmentů

Pokud chcete použít více než jednu číslice, připojení každého segmentu k mikrokontroléru by potřebovalo příliš mnoho kolíků.Multiplexování je trik, který vám pomůže ovládat mnoho číslic pomocí méně kolíků.

Při multiplexingu všechny číslice sdílejí stejné segmentové dráty.Ale najednou se rozsvítí pouze jedna číslice.Mikrokontrolér přepíná mezi číslicemi velmi rychle, takže vypadá, že všechny číslice jsou najednou.

Každá číslice je zapnutá pomocí tranzistoru.Mikrokontrolér posílá data pro číslici a zapíná svůj tranzistor.Pak se přesune na další číslici a tak dále.To se rychle opakuje, takže vaše oči vidí celé číslo najednou.

Pro tranzistor každé číslice potřebujete pouze sedm segmentových vodičů a jeden vodič.Můžete také použít čip jako SN74HC595 Shift Register.Umožňuje odesílat data s menším počtem kolíků a řídí segmenty pomocí pouze několika mikrokontrolérových kolíků.To usnadňuje zapojení a pomůže vám vytvářet větší displeje.

Manuální zapojení s Arduino

Obrázek 15. Sedm segmentu displeje propojení s Arduinem

Když se učíte nebo stavíte prototyp, je běžné ručně ovládat displej pomocí Arduino.Sedmisegmentový displej má osm LED ve tvaru „8.“Segmenty jsou pojmenovány A až G, s jedním navíc pro desetinnou čárku (DP).

Každý segment připojíte rezistorem k kolíku na Arduino.Pokud používáte běžný displej katody, běžný kolík jde na zem.K rozsvícení segmentu posílá Arduino vysoký signál na pin segmentu.

Na běžných katodových displejích se segment vysoko zapíná.U běžných anodových displejů potřebujete místo toho nízký signál.Je důležité vědět, jaký druh displeje používáte, takže píšete správný kód.

Například pro zobrazení čísel 0 až 9 se kód Arduino zapne správnou kombinaci segmentů pro každé číslo.Tato metoda je skvělá pro praxi, ale nefunguje dobře pro více než jednu číslice, pokud nepřidáte multiplexní nebo čip ovladače.

Použití čipu řidiče 4511 BCD až sedmisegmenty

Obrázek 16. Použití ovladače 4511

Chcete -li věci usnadnit a ušetřit kolíky mikrokontroléru, můžete použít čip jako CD4511.Tento čip vezme 4bitové binární číslo a rozsvítí správné segmenty, aby zobrazovaly číslice 0 až 9.

Čip můžete dát jeho vstup z přepínačů nebo z mikrokontroléru.Když se vstup změní, čip rozsvítí správné číslo na displeji.Rezistory stále chrání LED diody a roztahované rezistory udržují vstup stabilní, když přepínače nejsou stisknuty.

Čip 4511 usnadňuje zapojení a kód.Místo ovládání každého segmentu mikrokontrolér jen pošle jedno číslo a čip se o zbytek postará.

V pokročilejších projektech mohou mikrokontroléry hovořit o zobrazení ovladačů pomocí komunikačních metod, jako je I2C nebo SPI.Díky tomu je snazší ovládat mnoho číslic bez použití mnoha kolíků.

Jak vytvořit displejový obvod 7 segmentu?

Vytváření nastavení displeje sedmi segmentů ze základních částí je skvělý způsob, jak se naučit elektroniku.Budete potřebovat zobrazovací modul, čip dekodéru (jako 4511), rezistory, přepínače (nebo tlačítka) a prkénko.

Krok 1 ： Umístěte 4511 na prkénko a připojte pin 16 k napájení a připněte 8 k zemi.

Krok 2 ：Drátěné kolíky 1, 2, 6 a 7 (vstupy BCD) pro přepínání přes 10k pull-down rezistory.To vám umožní zadat binární hodnoty ručně.

Krok 3 ：Connect LT (test lamp) a LE (západka povolí) k VCC a uzemněte BI (zakreslený vstup).

Krok 4 ：Připojte kolíky 9–15 (výstupy A - G) k displeji prostřednictvím rezistorů 220–470Ω.

Krok 5 ：Umístěte běžné katodové kolíky displeje na zem.

Nyní převrácení přepínačů změní vstup BCD a aktualizuje displej.Pro praxi můžete přidat funkce, jako jsou desetinné body nebo druhá číslice.Použití mikrokontroléru namísto přepínačů DIP vám umožní prozkoumat multiplexování a dynamické ovládání zobrazení.

Výhody a nevýhody displejů sedmi segmentů

Výhody

• Snadno použitelné: Displej segmentu je velmi jednoduchý.Má sedm malých světel (volaných LED) uspořádaných způsobem, který může zobrazit libovolné číslo od 0 do 9. Stačí zapnout správná světla, abyste vytvořili každé číslo.Díky tomu je skvělé pro začátečníky a malé projekty, jako jsou digitální hodiny nebo pulty.

• Nízké náklady: Tyto displeje jsou levné na výrobu a nákup.Protože jsou jednoduché a používají základní technologii, nestojí moc.Díky tomu jsou ideální pro nízkorozpočtové projekty nebo produkty, které musí zůstat cenově dostupné.

• Používá velmi málo výkonu: displeje sedmi segmentů nepotřebují moc elektřiny pro práci, zejména ty LCD.Dokonce ani verze LED nepoužívají příliš mnoho energie, pokud je používáte správným způsobem.Proto jsou dobré pro zařízení, která běží na bateriích.

• Snadno čitelné: čísla na displeji sedmi segmentů jsou jasná a jasná.LED typy silně září a lze je vidět i ve tmě nebo z dálky.Proto je vidíte v budících a základních měřicích zařízeních.

• Silné a dlouhodobé: Tyto displeje nemají pohyblivé části, takže se snadno nerozbijí.Světla uvnitř (LED) mohou trvat velmi dlouho.Fungují také dobře, i když je horké, studené, nebo pokud se zařízení narazí.

• Malé a šetření prostoru: Sedmsegmentové displeje jsou malé a dobře se hodí v těsných prostorech.Můžete dát několik vedle sebe, abyste ukázali delší čísla, aniž byste potřebovali hodně místa.Jsou ideální pro kompaktní zařízení.

Nevýhody

• Nelze zobrazit úplná slova nebo symboly: Tyto displeje jsou vytvořeny tak, aby zobrazovaly čísla, nikoli plná písmena nebo symboly.Mohou ukázat několik jednoduchých písmen (jako A, B, C), ale ne všechny.Nejsou tedy dobré pro zobrazování plná slova nebo věty.

• Není flexibilní v designu: Tvar segmentů je pevný, takže nemůžete změnit, jak čísla vypadají.Také nemůžete zobrazit obrázky nebo speciální ikony.To omezuje možnosti designu pro stylové nebo moderní produkty.

• Těžko vidět z některých úhlů: U typů LED může být obtížné číst čísla, pokud se na ně nedíváte přímo na ně.Pokud se podíváte ze strany nebo pokud je to venku velmi jasné, může být obtížné vidět čísla.

• LED typy mohou používat více výkonu: LED displeje používají více elektřiny než LCD, zejména pokud je mnoho segmentů neustále.To může být problém pro gadgety napájené baterií, kde je důležitá úspora energie.

• Pokud se jedna část zlomí, je těžké ji číst: pokud jedno ze světel (segmenty) přestane fungovat, může to vypadat špatně.Například číslo 8 může vypadat jako 0, pokud selže středního segmentu.To může zaměnit ostatní.

• Zapojení se komplikuje pro mnoho číslic: Zobrazení více než jedné číslice znamená více vodičů a dílů.K propojení všeho budete potřebovat speciální čipy a práci navíc.To může ztěžovat design a programování, zejména pro začátečníky.

Závěr

Sedmisegmentové displeje jsou jednoduché a užitečné nástroje pro zobrazení čísel.Rozsvítí určité části (nazývané segmenty), aby vytvořily číslice od 0 do 9. Existují dva typy na základě toho, jak jsou segmenty zapojeny.Tyto displeje se snadno spojí, nepoužívají mnoho energie a jsou skvělé pro základní zařízení, jako jsou hodiny, měřiče a kuchyňské spotřebiče.Můžete je ovládat různými způsoby, od přímého zapojení po používání čipů, které ušetří prostor a usnadňují věci.Přestože nemohou ukazovat plná slova nebo fantastické obrázky, jsou stále dobrou volbou, když potřebujete jasné a jednoduché číslo.