Fórum

Rozdelenie, princíp a funkcia 7 segmentového displeja

Rozdelenie, princíp a funkcia 7 segmentového displeja
Elektrolab Pridal  Elektrolab
  293 zobrazení
7
 0
Rádioamatérov almanach

LED alebo svetelná dióda je polovodičová optická dióda s prechodom P N, ktorá premieňa elektrickú energiu na viditeľné svetlo prostredníctvom fotónov.. Emisia týchto fotónov nastáva, keď je dióda napájaná napätím čo jej umožňuje premeniť túto energiu na svetlo a tento proces nazývame elektroluminiscencia.

Skutočná farba viditeľného svetla emitovaného LED je od modrej cez červenú po oranžovú, je určená spektrálnou vlnovou dĺžkou emitovaného svetla, ktorá sama závisí od zmesi rôznych nečistôt pridaných do polovodičových materiálov použitých na jeho výrobu.

História siedmich segmentov

Otcom prvotnej myšlienky zobrazovania znakov pomocou siedmych segmentov je F. W. Wood, ktorý ho vynašiel v roku 1908 a následne si ho dal aj patentovať. V jeho počiatkoch sa však nejednalo o displej tak ako ho poznáme dnes, pretože tento prvý 7-segmentový displej zobrazoval iba číslo štyri pomocou jednoduchej diagonálnej konštrukcie. Neskôr sa táto myšlienka ujala a rozvinula a tento zobrazovací systém sa začal vyrábať s použitím klasických žiaroviek, ktoré sa používali od roku 1910 v signalizačných paneloch kotolní elektrární. Až o 60 rokov neskôr sa značne zdokonalil a používanie 7 -segmetového displeja sa stalo celosvetovo veľmi populárnym, keď sa začalo s masovou výrobou prvých LED diód, čo do značnej miery zjednodušilo ich výrobu a významne zmenšilo aj ich rozmery voči klasickým dovtedy používaným žiarovkám.

V dnešnej dobe takmer všade nájdeme sedem segmentový displej. Od vreckových kalkulačiek, časovačoch v rúrach na pečenie, digitálnych hodinách a elektronických testovacích zariadení, indikátorov v kokpitoch v lietadlách až po benzínové pumpy, teda všade tam kde je potrebné zobraziť nejakú informáciu tak, aby bola viditeľná a dobre čitateľná za všetkých svetelných podmienok.

7-segmentový displej

Svetelné diódy majú oproti teraz už menej rozšíreným žiarovkám mnoho výhod. Medzi hlavné výhody patrí ich malá veľkosť, dlhá životnosť, relatívne nízka spotreba, rôzne farby, nízka cena a tiež ich jednoduché prepojenie s rôznymi inými elektronickými komponentam a digitálnymi obvodmi.

Typické vyhotovenie 7 segmentového displeja.

Hlavnou výhodou svetlo emitujúcich diód je to, že vďaka svojej malej veľkosti matrice je možné niekoľko z nich spojiť dohromady v jednom malom a kompaktnom púzdre, čo sa všeobecne nazýva 7-segmentový displej.

Sedemsegmentový displej, pozostáva zo siedmich LED diód (odtiaľ pochádza aj ich názov), ktoré sú usporiadané do pravouhlého tvaru, ako je to znázornené vyššie. Každá zo siedmich LED diód sa nazýva segment, pretože keď je segment osvetlený, je súčasťou numerickej číslice (desatinnej aj hexadecimálnej), ktorá sa má zobraziť. V rámci tohoto displeja sa niekedy používa aj ďalšia ôsma LED, čo umožňuje indikáciu desatinnej čiarky (DP), keď sú dva alebo viac 7-segmentových displejov spojené dohromady, aby zobrazovali čísla väčšie ako desať.

Každá zo siedmich LED diód na displeji má polohový segment a jeden z jej pripájacích pinov je vyvedený priamo z obdĺžnikového plastového púzdra. Tieto jednotlivé vývody LED diód sú označené od a po g, a predstavujú každú jednotlivú LED. Ostatné piny LED sú navzájom spojené a zapojené do spoločného pinu. Privedením napätia na príslušný pin segmentu LED v určitom poradí budú niektoré segmenty svetlé a iné tmavé, čo umožní vygenerovanie požadovaného znaku čísla na displeji. To nám potom umožňuje zobraziť každú z desiatich desatinných číslic od 0 do 9 na rovnakom 7-segmentovom displeji.

Spoločný pin displejov sa zvyčajne používa na identifikáciu toho, o aký typ 7-segmentového displeja ide. Pretože každá LED má dva pripájacie piny, jeden s názvom "Anóda" a druhý s názvom "Katóda". Existujú dva typy 7-segmentového LED displeja s názvom: Common Cathode (CC) a Common Anode (CA). Rozdiel medzi týmito dvoma displejmi, ako naznačuje ich názov, je ten, že spoločná katóda má všetky katódy zo 7 segmentov spojené priamo k sebe a spoločná anóda má všetky anódy zo 7 segmentov spojené k sebe. Zobrazenie nájdete nižšie.

Vnútorná štruktúra zapojenia.

1. Spoločná katóda (CC) - Na displeji zo spoločnou katódou sú všetky katódové spojenia segmentov LED spojené logicky "0" alebo uzemnené. Jednotlivé segmenty sa rozsvietia privedením signálu o úrovni "HIGH", alebo logického signálu "1" pomocou vhodného predradného rezistora obmedzujúceho prúd, jednotlivých anódových svoriek (a-g).

7-segmentový displej zo spoločnou katódou

Zapojenie 7- segmentového displeja zo spoločnou katódou.


2. Spoločná anóda (CA) - Na displeji zo spoločnou anódou sú všetky anódové spojenia segmentov LED spojené logicky "1". Jednotlivé segmenty sa rozsvietia privedením signálu o úrovni "LOW", alebo ​​logického signálu "0" pomocou vhodného predradného rezistora obmedzujúceho prúd na katódu konkrétneho segmentu (a-g).

7-segmentový displej zo spoločnou anódou

Zapojenie 7- segmentového displeja zo spoločnou anódou.

Vo všeobecnosti sú viac používané anódové displeje, pretože veľa logických obvodov môže poskytnúť potrebný výstupný signál v úrovni "HIGH" - "1", nakoľko s ním priamo pracujú. Pamätajte tiež na to, že displej zo spoločnou katódou nie je priamou náhradou v obvode za displej zo spoločnou anódou a naopak, pretože je to to isté ako beby ste pri pripájaní LED diódy zamenili jej póly, a teda nedôjde k ich rozsvieteniu. V závislosti na desatinnej číslici, ktorá sa má zobraziť, je napájaná konkrétna sada LED diód. Napríklad na zobrazenie číslice 0 budeme musieť rozsvietiť šesť segmentov LED zodpovedajúcich a, b, c, d, e a f. Takto môžu byť zobrazené rôzne číslice od 0 do 9 pomocou 7-segmentového displeja, ako je to znázornené na obrázku nižšie.

Sedemsegmentové zobrazenie segmentov pre všetky čísla.

Pre 7-segmentový displej môžeme vytvoriť pravdivostnú tabuľku, ktorá poskytne jednotlivé segmenty, ktoré je potrebné použiť, aby bolo možné vytvoriť požadovanú desatinnú číslicu od 0 do 9.

Pravdivostná tabuľka zobrazenia 7-segmentového displeja

Decimálne
číslo
Použité jednotlivé segmenty
a b c d e f g
0 × × × × × ×  
1   × ×        
2 × ×   × ×   ×
3 × × × ×     ×
4   × ×     × ×
5 ×   × ×   × ×
6 ×   × × × × ×
7 × × ×        
8 × × × × × × ×
9 × × ×     × ×

 

Napájanie 7-segmentového displeja

Aj keď je možné 7-segmentový displej považovať za jeden samostatný komponent, stále ide o sedem samostatných LED diód v jednom púzdre, a preto tieto LED diódy potrebujú ochranu pred nadmerným prúdom tak, ako je tomu u obyčajných LED diód. LED diódy produkujú svetlo iba vtedy, ak je na ne privedené napätie, pričom množstvo emitovaného svetla je úmerné privádzanému prúdu. To znamená, že intenzita svetla LED zvyšuje so zvyšujúcim sa prúdom približne lineárne. Takže tento privádzaný prúd musí byť riadený a obmedzený na bezpečnú hodnotu externým rezistorom, aby sa zabránilo poškodeniu segmentov LED, alebo celého displeja.

Napríklad napätie potrebné pre rozsvietenie červenej LED je veľmi nízke približne 2 až 2.2 voltu (pri modrých a bielych LED až 3.6 voltu), ​​aby sa správne rozsvietili, mali by byť segmenty LED pripojené k zdroju napätia s použitím vhodného sériového odporu na obmedzenie dopredného prúdu na požadovanú hodnotu. Napríklad pre typicky štandardný červený 7-segmentový displej potrebuje každý segment LED asi 15 mA, aby sa správne rozsvietil, takže na digitálnom logickom obvode s napätím 5 V by bola hodnota rezistora obmedzujúceho prúd asi 200 Ω (5 V - 2 V) / 15 mA. alebo 220 Ω na najbližšiu vyššiu preferovanú hodnotu.

Aby sme pochopili, ako sú segmenty displeja pripojené k rezistorom 220Ω, ktorý má na starosti obmedzenie prúdu na bezpečnú hranicu, pozrite si obrázok nižšie.

Pripojenie predradného rezistora.

Ovládanie 7-segmentového displeja

V tomto príklade sú segmenty spoločného anódového displeja aktivované pomocou spínačov. Ak je spínač zopnutý, prúd bude prúdiť cez segment "a" LED diódy na odpor obmedzujúci prúd pripojený na pin "a" a na 0 voltov, čím sa vytvorí obvod. Potom bude osvetlený iba segment "a". Na aktiváciu segmentov LED na tomto displeji zo spoločnou anódou je teda potrebný stav LOW (zopnutie na zem).

V ďalšom príklade chceme, aby sa na displeji zobrazovalo desatinné číslo "4". Potom by sme museli spínače b, c, f a g zopnúť, aby sa rozsvietili príslušné segmenty LED. Rovnako pre desatinné číslo "7" by boli spínače a, b, c zopnuté. Ovládanie 7-segmentových displejov pomocou jednotlivých spínačov ale nie je príliš praktické - aj keď v niektorých prípadoch je použiteľné.

Sedemsegmentové displeje sú zvyčajne ovládané špeciálnym typom integrovaného obvodu, ktorý je všeobecne známy ako sedemsegmentový dekodér / budič, napríklad CMOS 4511. Tento BCD dekóder/budič, je schopný ovládať všetky bežné anódové a aj katódové displeje. Existuje ale však aj veľa ďalších budičov pre jeden, dva alebo viac displejov, napríklad veľmi populárny TTL 7447.

Tento dekodér / budič segmentu BCD/7 má štvorbitový BCD vstup označený A, B, C a D pre binárnej číslice 1, 2, 4 a 8, má sedem výstupov, pre pripojenie segmentov na zobrazenie desatinnej číslice. Digitálne výstupy CD4511 sa líšia od bežných výstupov CMOS, pretože môžu poskytnúť každý až 25 mA prúdu na priame napájanie segmentov LED, čo umožňuje používať a ovládať rôzne farebné LED displeje s rôznym odberom za použitia vhodných obmedzovacích rezistorov.

Ovládanie 7-segmentového displeja pomocou 4511

V tomto jednoduchom obvode má každý segment LED displeja zo spoločnou katódou svoju anódovú svorku pripojenú priamo k pinu 4511 prostredníctvom predradného rezistora  a s katódami pripojenými k zemi. Prúd z každého výstupu prechádza cez odpor 1 kΩ, ktorý ho obmedzuje na bezpečnú hodnotu. Binárny vstup do 4511 je cez štyri spínače. Potom vidíme, že pomocou BCD kódu a 7-segmentového budiča displeja, ako je CMOS 4511, môžeme ovládať LED displej iba pomocou štyroch spínačov (namiesto predchádzajúcich 8) alebo 4-bitového binárneho signálu, ktorý umožňuje až 16 rôznych kombinácií .

Väčšina digitálnych zariadení používa 7-segmentové displeje na prevod digitálnych signálov do formy, ktorú môže užívateľ zobraziť a porozumieť jej. Touto informáciou sú často číselné údaje vo forme čísel, znakov a symbolov. Sedemsegmentové displeje so spoločnou anódou a spoločnou katódou vytvárajú požadovaný počet osvetľovaním jednotlivých segmentov v rôznych kombináciách.

Sedemsegmentové displeje s LED diódami sú veľmi populárne najmä medzi fanúšikmi elektroniky, pretože sa ľahko používajú a sú ľahko pochopiteľné. Vo väčšine praktických aplikácií sú 7-segmentové displeje ovládané vhodným dekodérom / budičom, ako je CMOS 4511 alebo TTL 7447, zo 4-bitového BCD vstupu, alebo inými. Dnes sú 7-segmentové displeje na báze LED súbežne používané displejmi z tekutých kryštálov (LCD), alebo OLED, ktoré spotrebúvajú menej prúdu, ale nie sú vhodné napríklad pre nasadenie v aplikáciách s vysokými výkyvmi teplôt prostredia, mechanickým namáhaním, alebo vybráciami. A práve tu zastanú svoje miesto displeje s LED zobrazovačmi dokonale.

 

Pokiaľ sa vám článok páčil - nezabudnite ho ohodnotiť hviezdičkami - Ďakujeme.



Páčil sa Vám článok? Pridajte k nemu hodnotenie
 

     

Komentáre k článku

Zatiaľ nebol pridaný žiadny komentár. Pridáte prvý? Za obsah komentárov je zodpovedný užívateľ, nie prevádzkovateľ týchto stránok.
Pre komentovanie sa musíte prihlásiť.
Webwiki ButtonSeo servis Diallix.net VN-Experimenty Hatiar.eu