на 2025/06/30 4,323

7-сегментный дисплей: конфигурация, типы и принцип эксплуатации.

Это руководство объясняет все о дисплеях с семью сегментами.В нем говорится о том, как они работают, два основных типа (общий анод и общий катод) и как расположены части внутри.Вы узнаете, как подключать и контролировать их, используя микроконтроллеры, такие как Arduino, и как делать простые схемы с помощью чипов драйверов, таких как 4511.

Каталог

Рисунок 1. Дисплей с семью сегментом

Что такое дисплей из семи сегмента?

Семь-сегментный дисплей-это электронный компонент, предназначенный для показал чисел и нескольких букв с использованием семи светодиодных сегментов, расположенных в макете восьмой фигуры.Каждый сегмент, помеченный от A до G, освещается индивидуально, чтобы сформировать цифры от 0 до 9. Небольшой восьмой сегмент, обычно точка в правом нижнем углу, также может быть включен для представления десятичных точек.

Каждый сегмент - это светодиод, который излучает свет при питании.Дисплей работает, применяя напряжение на терминалах светодиода, что вызывает излучение света с помощью электролюминесценции.

Семь-сегментные дисплеи стали популярными в 1960-х и 70-х годах, поскольку светодиоды заменили более ранние технологии дисплея, такие как трубки Nixie и механические индикаторы.Эти новые дисплеи были проще водить, использовать меньше мощности и были более долговечными.К концу 70 -х они были стандартными в калькуляторах, часах и измерительных устройствах.

Даже сегодня эти дисплеи широко используются в устройствах, которые нуждаются в простом и надежном численном выходе.Они предлагают низкое энергопотребление, сильную видимость и прямую логику управления.Улучшенные светодиодные материалы также сделали их более яркими и долговечными, что помогает сохранить свою роль как в компактных гаджетах, так и в крупных промышленных системах.

Типы из семи сегментов

Семь-сегментные дисплеи выходят в двух основных типах, исходя из того, как подключены внутренние светодиоды: общий анод (CA) и общий катод (CC).Разница заключается в том, как светодиодные сегменты разделяют электрические соединения.

Общий анод (CA)

В общем анодном дисплее все положительные стороны (называемые анодами) светодиодов соединены вместе.Эта группа позитивных соединений связана с положительным источником питания.

Чтобы включить сегмент (одна часть отображения номеров), вы отправляете низкий сигнал (что означает соединение с землей или 0 вольт) с отрицательной стороной (называемой катодом) этого сегмента.Это позволяет электричеством течь, а сегмент загорается.

Этот тип дисплея хорошо работает с определенными типами цифровых цепей, особенно тех, которые предназначены для того, чтобы потянуть ток на землю.Примером являются TTL (логика транзистора).

Рисунок 2. Общая конфигурация анода

Рисунок 3. Таблица истины

Общий катод (CC)

На общем катодном дисплее все отрицательные стороны (катоды) светодиодов соединены вместе и привязаны к земле.

Чтобы осветить сегмент, вы отправляете высокий сигнал (напряжение, например, 5 В) на положительную сторону (анод) этого сегмента.Это делает электроэнергию от положительного штифта через светодиод к земле, и сегмент загорается.

Общие катодные дисплеи обычно проще в использовании с микроконтроллерами, такими как Arduino или Raspberry Pi, потому что эти устройства могут отправлять необходимый высокий сигнал непосредственно из их выходных выводов.

Рисунок 4. Общая конфигурация катода

Рисунок 5. Таблица правды

Структура дисплея с семью сегментами

Рисунок 6. Вид верхнего вида на семи сегментов дисплея

Каждая цифра дисплея с семью сегментами состоит из семи отдельных светодиодов, расположенных по прямоугольному рисунку, напоминающему «8».Сегменты помечены от A -G -G, с тремя горизонтальными сегментами (A, G, D) и четырьмя вертикальными (B, C, E, F).Некоторые дисплеи также включают десятичную точку, расположенную недалеко от правого нижнего угла.

Рисунок 7. Десятичная или точка точки

В современных дисплеях обычно используются светодиоды, установленные на поверхности, встроенные в пластик или смолу.В корпусе дисплея часто включают легкие барьеры, чтобы предотвратить кровотечение свечения в соседние сегменты.Корпус обычно тонирован или заморозил, чтобы помочь рассеять свет и улучшить контраст.

Стандартные однозначные дисплеи имеют десять контактов: по одному для каждого из семи сегментов, один для десятичной точки и один или два для общего общего терминала.Внутри корпуса тонкие провода или следы подключают каждый сегмент к соответствующему штифу.

Некоторые дисплеи включают встроенные резисторы для тока управления, в то время как другие требуют внешних резисторов.Хороший тепловой дизайн помогает дисплею надежно работать в течение длительных периодов времени, даже в сложных условиях.

Рисунок 8. Вид внизу на дисплее семи сегмента

Конфигурация PIN-конфигурации семисегмента дисплея

Рисунок 9. Диаграмма PIN

PIN -код	Подключенный Сегмент	Функция
Штифт 1	Эн	Управление сегмент e
Вывод 2	Дюймовый	Управление сегмент d
Вывод 3	Com (общий булавка)	Общий анод или катод
PIN 4	В	Управление сегмент c
PIN 5	Дп	Управляющая десятичная точка (DP)
Питатель 6	Беременный	Управление сегмент b
Питатель 7	А	Управление сегмент а
PIN 8	Com (общий булавка)	Общий анод или катод
Питатель 9	Фон	Управление сегментом f
PIN 10	Глин	Управление сегментом g

Как работает дисплей из семи сегмента?

Семь-сегмент дисплей работает путем освещения определенных сегментов для формирования чисел или простых букв.Каждый сегмент представляет собой отдельный светодиод, который светится, когда ток протекает через него в правильном направлении.

Рисунок 10. Дисплейные номера

Чтобы показать число, система включает правильную комбинацию сегментов.Например, чтобы отобразить «0», все сегменты, кроме G, зажжены.«1» только освещает B и C. Эти комбинации хранятся в памяти микроконтроллера или обрабатываются декодирующим чипом.

Рисунок 11. Семь сегментных символов алфавита

Некоторые буквы, такие как A, C, E и F, могут быть показаны, но многие другие трудно представить из -за ограниченного количества сегментов.Буквы, такие как Q или R, трудно отобразить четко.

В системах с более чем одной цифрой дисплеи используют мультиплексирование.Это означает, что только одна цифра освещается за раз, но система переключается между цифрами так быстро (обычно 60 раз в секунду), что все они кажутся освещенными одновременно.Это сохраняет мощность и уменьшает количество необходимых соединений.

Десятичная точка может использоваться для фракций, разделения времени или в качестве специального индикатора.Некоторые часы даже используют десятичные точки в качестве мигающих колон.

Рисунок 12. Дисплей времени светодиодного часа с семью сегментами

Семь сегментных кодов отображения

Чтобы показать цифры на дисплее с семью сегментами, каждая цифра освещает уникальный набор сегментов.Эти шаблоны хранятся в виде двоичных кодов.Коды различны для общих катодов и общих типов анодов, в зависимости от того, как включаются сегменты.В таблице ниже показаны коды для цифр от 0 до 9.

Цифра	Сегменты зажжены (A - G)	Двоичный код (Общий катод)	Шестнадцатеричный код (CC)	Двоичный код (Общий анод)	Шестнадцатеричный код (CA)
0	A, B, C, D, E, F	0B00111111	0x3f	0B11000000	0xc0
1	Б, с	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

Как контролировать дисплей из семи сегмента?

Есть несколько общих способов управления дисплеем.Давайте рассмотрим их с самых простых до более продвинутых.

Прямое подключение к микроконтроллеру

Рисунок 13. Схема схемы прямого подключения семисегмента дисплея с микроконтроллером

Самый простой способ управления одной цифрой - подключение каждого сегмента к собственному штифту на микроконтроллере.Это хорошо работает для небольших проектов, которые показывают только одно число.

Для общего анодного отображения все положительные стороны (аноды) светодиодов подключены к мощности (например, 3,3 В или 5 В).Отрицательная сторона (катод) каждого сегмента проходит через резистор, а затем к контакту на микроконтроллере.Когда микроконтроллер отправляет низкий сигнал, сегмент включается.

Эта настройка дает вам полный контроль над каждым сегментом, поэтому вы можете сделать любой номер.Но он использует много булавок, семь для сегментов и еще один, если вы используете десятичную точку.Например, вы можете подключить контакты PA0 через PA7 на Arduino или STM32 к каждому сегменту.Резисторы (около 220–330 Ом) защищают светодиоды от слишком большого тока.

Этот метод прост, но если вы хотите показать более одной цифры, он не работает хорошо, у вас будут контакты.Именно тогда лучше использовать мультиплексирование или чип драйвера дисплея.

Мультиплексирование для более цифр

Рисунок 14. Схема транзисторного драйвера для двух видов семи сегмента

Если вы хотите использовать более одной цифры, подключение каждого сегмента к микроконтроллеру потребуется слишком много булавок.Мультиплексирование - это трюк, который помогает вам контролировать множество цифр, используя меньше булавок.

В мультиплексировании все цифры имеют одни и те же сегментные провода.Но только одна цифра загорается за раз.Микроконтроллер очень быстро переключается между цифрами, поэтому выглядит так, как будто все цифры включены одновременно.

Каждая цифра включается с использованием транзистора.Микроконтроллер отправляет данные для цифры и включает его транзистор.Затем он переходит к следующей цифре и так далее.Это повторяется быстро, поэтому ваши глаза видят все число одновременно.

Вам нужны только семи сегментных проводов и один провод для транзистора каждой цифры.Вы также можете использовать чип, такой как реестр смены SN74HC595.Он позволяет отправлять данные с меньшим количеством штифтов и управляет сегментами, используя только несколько контактов микроконтроллера.Это облегчает проводку и помогает вам создать большие дисплеи.

Ручная проводка с Arduino

Рисунок 15. Семь сегментов отображается с Arduino

Когда вы изучаете или создаете прототип, он обычно контролирует дисплей вручную с помощью Arduino.Семь-сегмент дисплей имеет восемь светодиодов в форме «8.»Сегменты названы A в G, с одним дополнительным для десятичной точки (DP).

Вы подключаете каждый сегмент через резистор к штифту на Arduino.Если вы используете общий катодный дисплей, общий штифт идет на землю.Чтобы осветить сегмент, Arduino посылает высокий сигнал на вывод сегмента.

В общих катодных дисплеях высокий сегмент включает сегмент.В целом общий анодный отображение, вместо этого вам нужен низкий сигнал.Важно знать, какой вид дисплея вы используете, поэтому вы пишете правильный код.

Например, чтобы показать числа от 0 до 9, код Arduino включает правильную комбинацию сегментов для каждого числа.Этот метод отлично подходит для практики, но он не работает в течение более одной цифры, если вы не добавляете мультиплексирование или чип драйвера.

Использование чипа драйвера от 4511 до семи сегмента

Рисунок 16. Использование драйвера 4511

Чтобы облегчить ситуацию и сохранить контакты микроконтроллера, вы можете использовать чип, такой как CD4511.Этот чип занимает 4-битное двоичное число и освещает правильные сегменты, чтобы показать цифры от 0 до 9.

Вы можете дать чипе свой вход от переключателей или от микроконтроллера.Когда вход изменяется, чип зажигает правильный номер на дисплее.Резисторы по-прежнему защищают светодиоды, а выпадающие резисторы сохраняют входные устойчивые, когда переключатели не нажимают.

Чип 4511 делает проводку и код проще.Вместо того, чтобы контролировать каждый сегмент, микроконтроллер просто отправляет одно число, а чип заботится об остальном.

В более продвинутых проектах микроконтроллеры могут разговаривать с отображением драйверов, используя методы связи, такие как I2C или SPI.Это облегчает управление многими цифрами без использования большого количества булавок.

Как построить 7-сегментную схему дисплея?

Создание настройки дисплея с семью сегментами из основных деталей-отличный способ изучения электроники.Вам понадобится модуль отображения, чип декодера (например, 4511), резисторы, диповые переключатели (или кнопки) и макет.

Шаг 1 ： Поместите 4511 на макет и подключите штифт 16 к питанию и выводитель 8 на землю.

Шаг 2 ：Проводные контакты 1, 2, 6 и 7 (входы BCD) на переключатели через 10-километровые резисторы.Это позволяет вам вводить бинарные значения вручную.

Шаг 3 ：Подключите LT (тест LAMP) и LE (Latch Inable) к VCC, и заземлите BI (Blanking Point).

Шаг 4 ：Подключите контакты 9–15 (выводы A - G) к дисплею через резисторы 220–470 Ом.

Шаг 5 ：Свяжите общие катодные булавки дисплея на землю.

Теперь переключение переключателей меняет ввод BCD и обновляет дисплей.Вы можете добавить такие функции, как десятичные очки или вторая цифра для практики.Использование микроконтроллера вместо DIP -переключателей позволяет исследовать мультиплексирование и динамическое управление дисплеем.

Преимущества и недостатки дисплеев семисегмента

Преимущества

• Простые в использовании: дисплей с семью сегментами очень прост.У него есть семь маленьких огней (называемые светодиодами), расположенные таким образом, чтобы показать любое число от 0 до 9. Вы просто включаете правильный свет, чтобы сделать каждый номер.Это делает его отличным для начинающих и небольших проектов, таких как цифровые часы или счетчики.

• Низкая стоимость: эти дисплеи дешевы для создания и покупки.Поскольку они просты и используют основные технологии, они не стоят дорого.Это делает их идеальными для низкобюджетных проектов или продуктов, которые должны оставаться доступными.

• Использует очень мало питания: дисплеи с семью сегментами не требуют большого количества электричества, особенно для ЖК-дисплеев.Даже светодиодные версии не используют слишком много питания, если вы используете их правильно.Вот почему они хороши для устройств, которые работают на батареях.

• Легко читать: числа на дисплее семисегмента яркие и ясные.Светодиодные типы сильно светятся и могут быть видны даже в темноте или издалека.Вот почему вы видите их в будильных часах и основных измерительных устройствах.

• Сильные и длительные: эти дисплеи не имеют движущихся частей, поэтому они не сломаются легко.Свет внутри (светодиоды) может длиться очень долго.Они также хорошо работают, даже когда жарко, холодно, или если устройство сталкивается.

• Маленький и экономия пространства: дисплеи с семью сегментами маленькие и хорошо помещаются в плотные места.Вы можете положить несколько бок о бок, чтобы показать более длинные цифры, не требуя большого места.Они идеально подходят для компактных устройств.

Недостатки

• Нельзя показывать полные слова или символы: эти дисплеи сделаны для отображения чисел, а не полных букв или символов.Они могут показать несколько простых букв (например, A, B, C), но не все.Таким образом, они не хороши для того, чтобы показать полные слова или предложения.

• Не гибкая в дизайне: форма сегментов фиксирована, поэтому вы не можете изменить, как выглядят числа.Вы также не можете показать картинки или специальные значки.Это ограничивает варианты дизайна для более стильных или современных продуктов.

• Трудно увидеть с некоторых углах: с помощью светодиодов может быть трудно прочитать цифры, если вы не смотрите на них прямо.Если вы посмотрите со стороны или если это очень яркое снаружи, цифры могут быть трудно увидеть.

• Типы светодиодов могут использовать больше мощности: светодиодные дисплеи используют больше электроэнергии, чем ЖК -дисплеев, особенно если многие сегменты находятся на все время.Это может быть проблемой для гаджетов с батарейным питанием, где важна сберегательная мощность.

• Если одна часть сломается, ее трудно читать: если один из огней (сегменты) перестает работать, это может сделать номер неправильным.Например, число 8 может выглядеть как 0, если средний сегмент не удается.Это может запутать других.

• Проводка становится сложной для многих цифр: показ более одной цифры означает больше проводов и деталей.Вам могут понадобиться специальные чипы и дополнительная работа, чтобы соединить все.Это может усложнить дизайн и программирование, особенно для начинающих.

Заключение

Семь-сегментные дисплеи являются простыми и полезными инструментами для отображения чисел.Они освещают определенные части (называемые сегментами), чтобы сформировать цифры от 0 до 9. Существует два типа, основываясь на том, как проводятся сегменты.Эти дисплеи просты в подключении, не используют много питания и отлично подходят для базовых устройств, таких как часы, счетчики и кухонные приборы.Вы можете управлять ими по -разному, от прямой проводки до использования чипов, которые сохраняют пространство и облегчают ситуацию.Несмотря на то, что они не могут показать полные слова или причудливые изображения, они все еще являются хорошим выбором, когда вам нужны четкие и простые номера.