Et 7-segment display er en simpel elektronisk komponent lavet af syv LED-bjælker, der viser tal, et par bogstaver og endda hexadecimale værdier. Det bruges i ure, lommeregnere, målere og apparater, fordi det er lavt strømforbrug, pålideligt og nemt at bruge. Denne artikel forklarer pinout, specifikationer, køremetoder og designtips i detaljer.
Oversigt over 7-segmenters visning
Et 7-segmentdisplay er en af de enkleste, men mest brugte elektroniske displayenheder til at vise numeriske data og begrænsede tegn. Den består af syv LED-bjælker arrangeret i en ottetalsstil, som kan tændes i forskellige kombinationer for at danne cifre fra 0 til 9, samt et par alfabetiske tegn. Mange versioner inkluderer også et ekstra decimaltegnssegment (dp) til at vise flydende tal, hvilket gør dem velegnede til lommeregnere, ure, målere og elektronik. Deres enkelhed, lave strømforbrug og nemme grænseflade med mikrocontrollere har holdt dem relevante selv med fremkomsten af LCD'er og OLED'er. Takket være deres robuste design findes de også i industrielt udstyr, testinstrumenter og indlejrede systemer, hvor pålidelighed er påkrævet.
7 Konfiguration af segmentvisning Pinout
| Pin nr. | Pin navn | Pin-rolle |
|---|---|---|
| 1 | Pin E | Styrer LED-segmentet i nederste venstre ende. |
| 2 | Pin D | Ansvarlig for LED-segmentet på den nederste del. |
| 3 | Fælles pin | Tilsluttes VCC eller jord, afhængigt af skærmtype. |
| 4 | Pin C | Styrer LED-segmentet i nederste højre position. |
| 5 | DP-nål | Styrer decimaltegn LED-segmentet. |
| 6 | Pin B | Styrer LED-segmentet øverst til højre. |
| 7 | Pin A | Styrer betjeningen af det øverste LED-segment. |
| 8 | Fælles pin | svarende til pin 3; tilsluttes til VCC eller jord. |
| 9 | Pin F | Kører LED-segmentet øverst til venstre. |
| 10 | Pin G | Styrer skiftet af det midterste LED-segment. |
Hvert ciffer er dannet af syv LED-segmenter, mærket A til G, og et valgfrit decimaltegn (DP). Ved at oplyse forskellige kombinationer af disse segmenter kan tal og nogle bogstaver vises. Stifterne i bunden forbindes til hvert segment, decimaltegnet og de fælles terminaler (COM), som kan bindes enten til jord eller forsyningsspænding, afhængigt af om displayet er fælles katode eller fælles anode.
Forskellige anvendelser af 7-segments display
Digitale ure
7-segmentskærme bruges i digitale ure til at vise timer, minutter og sekunder i et letlæseligt numerisk format. Deres klare synlighed gør dem velegnede til både forbrugere og industrielle tidtagningsenheder.
Lommeregnere
Lomme- og skrivebordslommeregnere er afhængige af 7-segmentskærme for at præsentere numeriske resultater. Deres lave strømbehov sikrer lang batterilevetid, selv i kompakte enheder.
Måleinstrumenter
Multimetre, voltmetre, amperemetre og frekvenstællere bruger ofte 7-segmentskærme til at give nøjagtige numeriske aflæsninger, hvilket sikrer klarhed for ingeniører og teknikere.
Husholdningsapparater
Enheder som mikrobølgeovne, vaskemaskiner og klimaanlæg bruger 7-segmentskærme til at angive tid, temperatur og programindstillinger.
Brændstofpumper
Brændstofpumper anvender 7-segmentskærme til at vise brændstofmængde og omkostninger, hvilket giver kunderne klare data i realtid.
Resultattavler
Sportsresultattavler bruger store 7-segmentskærme til at vise resultater, timere og nedtællinger, der er synlige på afstand.
Almindelig katode vs. almindelig anode i 7-segmentskærme
Fælles katode (CC)
Alle katode (negative) terminaler på LED'erne er bundet sammen og forbundet til jord (GND). Et segment lyser, når der påføres en HØJ spænding på den tilsvarende stift.
Denne type er nem at bruge med mikrocontrollere eller driver-IC'er, der leverer strøm direkte.
Fælles anode (CA)
Alle anode (positive) terminaler er bundet sammen og forbundet til VCC. Et segment tændes, når dets stift trækkes LAVT (til jord). Fungerer bedst med strømsænkende drivere.
Identifikation af typen
Brug et multimeter i diodetilstand. For en fælles anode skal du forbinde den røde sonde til den fælles stift og den sorte sonde til en segmentstift, hvis segmentet lyser, er det CA. Vend sonderne om for at teste for en fælles katode.
Elektriske specifikationer for 7-segmentskærme
| Parameter | Rækkevidde |
|---|---|
| Fremadgående spænding (Vf) | 1,8–2,4 V (rød/gul: \~1,8–2,0 V, grøn/blå: \~2,0–2,4 V) |
| Forlænget strøm (Hvis) | 10-30 mA (20 mA pr. segment er standard) |
| Spidsstrøm | Op til 100 mA (kun pulserende/multiplexet drift) |
| Lysstyrke | 1-10 mcd (højere værdier = lysere) |
| Bølgelængde (farve) | Rød: 620–630 nm, Grøn: 565 nm |
| Synsvinkel | 50–120° |
Modstandsberegning for 7-segmentskærme
En 7-segmentskærm kræver en strømbegrænsende modstand for hvert LED-segment for at forhindre overdreven strømflow og ujævn lysstyrke. Modstandsværdien bestemmes ved hjælp af Ohms lov, udtrykt som R = (Vcc – Vf) / If, hvor Vcc er forsyningsspændingen, Vf er LED'ens fremadgående spænding, og If er den ønskede fremadstrøm. For eksempel, med en 5 V forsyning, en fremadspænding på 2,0 V pr. Segment og en målstrøm på 10 mA, bliver beregningen (5 – 2) ÷ 0,01 = 300 Ω. Da modstande findes i standardværdier, er det bedst at vælge den næste højere mulighed, såsom 330 Ω, for at sikre sikkerheden. Hvert segment skal have sin egen modstand, da deling af en på tværs af den fælles stift forårsager ujævne lysstyrkeniveauer. For multiplexede skærme skal pulserende drift også overvejes ved justering af modstandsværdier.
Kørsel af 7-segmentskærme med dekoder-IC'er
Styring af en 7-segmentskærm direkte fra en mikrocontroller kan hurtigt forbruge I/O-ben, da et ciffer kræver op til otte ben (syv segmenter plus decimaltegn). For at gemme GPIO'er og forenkle ledningsføring bruges dekoder-IC'er. Disse chips konverterer et 4-bit binærkodet decimal (BCD) input til de nødvendige syv udgange, der driver skærmsegmenterne, hvilket reducerer kravet til kun fire datalinjer.
74HC4511 er designet til almindelige katodeskærme (CC) og giver aktive-HØJE udgange. Den indeholder nyttige funktioner såsom låseaktivering, lampetest og blanking-kontrol, som muliggør stabil skærmkontrol og test. På den anden side fungerer SN7447/LS47 med almindelige anode (CA) skærme og udsender aktive-LAVE signaler. Den understøtter også lampetest og ripple-blanking-funktioner, hvilket gør den velegnet til at køre flere cifre i kaskadeskærme.
Kørselsmetoder for 7-segmentskærme
Direkte drev
I denne tilgang forbindes hvert LED-segment direkte fra MCU-stiften gennem en modstand. Selvom det er enkelt, kræver det op til 8 ben pr. ciffer. Dette er praktisk til encifrede skærme, men ineffektivt til opsætninger med flere cifre.
Dekoder IC'er
En dekoder reducerer brugen af ben ved at konvertere en 4-bit binær indgang til de syv udgange, der er nødvendige for skærmen. Denne tilgang er fremragende til enkeltcifrede eller små skærme, hvilket skærer de nødvendige MCU-stifter ned til kun fire. Det bliver mindre effektivt, når du kører større flercifrede arrays.
Skiftregistre
Skiftregistre tager serielle data fra MCU'en og konverterer dem til parallelle udgange. De kaskades let, hvilket gør dem perfekte til flercifrede 7-segmentmoduler, mens de bruger meget få MCU-stifter. Denne metode er den mest skalerbare og bruges i digitale ure, tællere og multiplexede skærme.
Multiplexing af 7-segmentede skærme med flere cifre
Når du bruger flercifrede 7-segmentskærme, er multiplexing en almindelig metode til at kontrollere dem uden at bruge for mange stifter. I denne fremgangsmåde er der kun ét ciffer aktiveret ad gangen, men skiftet sker så hurtigt, at det ser ud til, at alle cifre er slået til sammen. Dette gør displayet nemmere at administrere, mens det stadig viser de korrekte tal.
For at skærmen skal se stabil ud, skal hvert ciffer opdateres med en høj nok hastighed, omkring 200 gange i sekundet, så øjet ikke bemærker nogen flimmer. Den tid, hvert ciffer er aktivt, kaldes driftscyklussen, som afhænger af, hvor mange cifre der kontrolleres. En mindre arbejdscyklus betyder, at cifrene ikke er så lyse, så strømmen skal muligvis justeres inden for sikre grænser for at bevare synligheden.
Et problem, der kan opstå i multiplexing, er ghosting, hvor uønskede segmenter ser svagt oplyst ud. Dette kan undgås ved at slå alle cifre fra, før du opdaterer segmentsignalerne, og ved at bruge drivere, der hurtigt kan ændre tilstand for renere drift.
Kørsel af 7-segmentskærme med transistor- og MOSFET-drivere
Darlington Transistor-arrays
Disse IC'er bruges til synkestrøm i almindelige katodeskærme (CC). Hver kanal kan drive et segment eller ciffer, hvilket gør dem velegnede til mellemstore til store skærme.
PNP-transistorer og P-kanals MOSFET'er
For almindelige anodeskærme (CA) er kildestrøm nødvendig. PNP-transistorer eller P-MOSFET'er leverer den nødvendige strøm til anoderne, samtidig med at MCU'en kan styre skift effektivt.
Dedikerede LED-driver-IC'er
Specialiserede IC'er som MAX7219 integrerer multiplexing, strømregulering og lysstyrkekontrol i en enkelt chip. Disse drivere reducerer ledningskompleksiteten betydeligt og frigør MCU-ressourcer.
Tegn, du kan vise på 7-segmentskærme
Cifre (0-9)
Det primære formål med 7-segmentvisninger er at vise decimaltal. Alle cifre fra 0 til 9 kan vises klart og præcist, hvorfor de bruges i lommeregnere, ure og målere.
Hexadecimale tegn (A-F)
7-segmentvisninger kan også repræsentere hexadecimale værdier. Understøttede tegn omfatter A, b, C, d, E og F. Dette gør dem nyttige i digital elektronik og indlejrede systemer, hvor der er behov for hexadecimal repræsentation.
Begrænsede alfabetiske bogstaver
Nogle bogstaver, såsom P, U, L og H, kan tilnærmes ved hjælp af de syv segmenter. Læsbarheden er måske ikke altid bedst, da mange bogstaver kræver flere segmenter, end skærmen giver.
Ikke egnet til fuldtekst
På grund af deres begrænsede struktur er 7-segmentskærme ikke praktiske til at vise ord eller komplekse bogstaver. Til teksttunge applikationer bruger designere ofte dot-matrix-skærme eller alfanumeriske LCD/LED-moduler i stedet.
PCB- og ledningsspidser til 7-segmentskærme
• Placer strømbegrænsende modstande tæt på LED-benene for at opretholde stabil lysstyrke og reducere spændingsfald på tværs af spor.
• Brug brede PCB-spor til almindelige anode- eller katodelinjer, da de bærer højere strømme for flere segmenter på én gang.
• Tilføj et solidt jordplan for at give stabile returveje, minimere støj og forbedre den samlede kredsløbsydelse.
• Hold cifferaktiverede linjer korte og veldirigerede for at undgå støjproblemer og sikre hurtige overgange for jævn multiplexing.
Konklusion
7-segmentskærme er praktiske, holdbare og meget udbredte til at vise tal i enheder som ure, lommeregnere, målere og brændstofpumper. De kan fungere som en fælles katode eller en fælles anode og drives af mikrocontrollere, dekoder-IC'er eller skiftregistre. Selvom de ikke er egnede til fuldtekst, er deres effektivitet og pålidelighed nødvendige i mange applikationer.
Ofte stillede spørgsmål [FAQ]
Hvilke materialer bruges i 7-segment skærme?
De er lavet af halvleder-LED'er (GaAsP for rød/orange, GaP for grøn) anbragt i epoxyharpiks til beskyttelse og lysformning.
Kan 7-segment skærme bruges udendørs?
Ja, men kun versioner med høj lysstyrke eller store segmenter er egnede. Standardskærme er for svage til direkte sollys.
Hvor længe holder en 7-segments skærm?
En veldrevet skærm varer 50.000 til 100.000 timer. Overstrøm eller overophedning reducerer levetiden.
Hvad er den bedste opdateringshastighed for multiplexede skærme?
De fleste fungerer bedst mellem 100 Hz og 1 kHz. Frekvenser under 100 Hz forårsager flimmer, mens frekvenser over 1 kHz spilder ressourcer.
Findes der flerfarvede 7-segmentskærme?
Ja. Nogle modeller bruger tofarvede eller RGB LED'er, hvilket tillader flere farvemuligheder på én skærm.
Hvad bruger mere strøm, 7-segment skærme eller LCD'er?
7-segment LED'er bruger mere strøm end LCD'er. LCD'er foretrækkes til enheder med lavt strømforbrug, mens LED'er er lysere og mere robuste.