na 2025/06/30 31,823

Wyświetlacz 7-segmentowy: konfiguracja pinów, typy i zasada pracy

Ten przewodnik wyjaśnia wszystko o wyświetlaczach siedmiosegmentowych.Mówi o tym, jak działają, dwa główne typy (wspólna anoda i wspólna katoda) oraz o tym, jak ułożone są części w środku.Dowiesz się, jak je łączyć i kontrolować za pomocą mikrokontrolerów, takich jak Arduino, i jak wytwarzać proste obwody z układami sterowników, takimi jak 4511. Przewodnik obejmuje również, gdzie te wyświetlacze są używane w życiu, ich dobrych punktach i niektórych rzeczy, których nie mogą zrobić.

Katalog

Rysunek 1. Wyświetlacz siedmiosegment

Co to jest wyświetlacz siedmiosegmentowy?

Siedmiosegmentowy wyświetlacz to komponent elektroniczny zaprojektowany do pokazywania liczb i kilku liter przy użyciu siedmiu segmentów emitujących światło ułożone w układzie osiem lat.Każdy segment, oznaczony przez G przez G, zapala się indywidualnie, aby utworzyć cyfry od 0 do 9. Mały ósmy segment, zwykle kropka w prawym dolnym rogu, można również dołączyć do reprezentowania punktów dziesiętnych.

Każdy segment jest diodą LED, która emituje światło po zasilaniu.Wyświetlacz działa poprzez zastosowanie napięcia na zaciskach diody LED, co powoduje wytwarzanie światła poprzez elektroluminescencję.

W latach 60. i 70. wyświetlacze siedmiosegmentowe stały się popularne w latach 60. i 70., gdy diody LED zastąpiły wcześniejsze technologie wyświetlania, takie jak rurki Nixie i wskaźniki mechaniczne.Te nowe wyświetlacze były łatwiejsze w prowadzeniu, używane mniej mocy i były bardziej trwałe.Pod koniec lat 70. były one standardem w kalkulatorach, zegarach i urządzeniach pomiarowych.

Nawet dzisiaj te wyświetlacze są szeroko stosowane w urządzeniach, które wymagają prostego, niezawodnego wyjścia liczbowego.Oferują niskie zużycie energii, silną widoczność i prostą logikę kontroli.Ulepszone materiały LED sprawiły, że były one jaśniejsze i trwałe, co pomaga utrzymać ich rolę zarówno w kompaktowych gadżetach, jak i dużych systemach przemysłowych.

Rodzaje wyświetlaczy siedmiosegmentowych

Wyświetlacze siedmiosegmentowe występują w dwóch głównych typach, w oparciu o to, jak przewodowe są przewodowe diody LED: wspólna anoda (CA) i wspólna katoda (CC).Różnica polega na tym, jak segmenty LED dzielą połączenia elektryczne.

Wspólna anoda (CA)

We wspólnym wyświetlaczu anody wszystkie dodatnie strony (zwane anodami) diod LED są połączone ze sobą.Ta grupa pozytywnych połączeń jest powiązana z dodatnim zasilaczem.

Aby włączyć segment (jedna część wyświetlania liczb), wysyłasz niski sygnał (co oznacza połączenie do uziemienia lub 0 woltów) do strony ujemnej (zwanej katodą) tego segmentu.Umożliwia to przepływ energii elektrycznej, a segment rozświetla się.

Ten rodzaj wyświetlacza działa dobrze z niektórymi rodzajami obwodów cyfrowych, zwłaszcza tych, które zostały zaprojektowane tak, aby obniżyć prąd do ziemi.Przykładem są obwody TTL (Transistor-Transistor).

Rysunek 2. Wspólna konfiguracja anody

Rysunek 3. Tabela prawdy

Wspólna katoda (CC)

We wspólnym wyświetlaczu katody wszystkie ujemne strony (katody) diod LED są połączone i przywiązane do ziemi.

Aby oświetlić segment, wysyłasz wysoki sygnał (napięcie, takie jak 5 V) do pozytywnej strony (anod) tego segmentu.To sprawia, że ​​elektryczność przepływa z dodatniego szpilki przez LED do gruntu, a segment rozświetla się.

Typowe wyświetlacze katody są zwykle łatwiejsze w użyciu z mikrokontrolerów, takimi jak Arduino lub Raspberry Pi, ponieważ urządzenia te mogą wysłać potrzebny wysoki sygnał bezpośrednio z ich pinów wyjściowych.

Rysunek 4. Wspólna konfiguracja katody

Rysunek 5. Tabela prawdy

Struktura wyświetlacza siedmiosegmentowego

Rysunek 6. Widok z góry wyświetlacza Seven Segment

Każda siedmiosegmentowa cyfra wyświetlacza składa się z siedmiu pojedynczych diod LED ułożonych w prostokątny wzór, który przypomina „8”.Segmenty są oznaczone przez G, z trzema poziomymi segmentami (A, G, D) i czterema pionowymi (B, C, E, F).Niektóre wyświetlacze obejmują również punkt dziesiętny, położony w pobliżu prawego dolnego rogu.

Rysunek 7. Punkt dziesiętny lub kropki

Nowoczesne wyświetlacze zwykle wykorzystują montowane na powierzchni diody LED osadzone w plastiku lub żywicy.Obudowa wyświetlacza często obejmuje lekkie bariery zapobiegające krwawieniu blasku do sąsiednich segmentów.Obudowa jest zwykle zabarwiona lub matowa, aby pomóc rozproszyć światło i poprawić kontrast.

Standardowe wyświetlacze jednocyfrowe mają dziesięć pinów: jeden dla każdego z siedmiu segmentów, jeden dla punktu dziesiętnego, i jeden lub dwa dla wspólnego terminala.Wewnątrz obudowy cienkie przewody lub ślady łączą każdy segment z odpowiednim szpilką.

Niektóre wyświetlacze obejmują wbudowane rezystory do prądu sterowania, podczas gdy inne wymagają rezystorów zewnętrznych.Dobra konstrukcja termiczna pomaga niezawodnie przebiegać wyświetlacz przez długi czas, nawet w trudnych środowiskach.

Rysunek 8. Widok dolnego wyświetlacza Seven Segment

Konfiguracja PIN siedmiosegmentowego wyświetlacza

Rysunek 9. Schemat PIN

Numer pin	Połączony Segment	Funkcjonować
Pin 1	mi	Kontroluje segment e
Pin 2	D	Kontroluje segment d
Pin 3	Com (wspólny pin)	Wspólna anoda lub katoda
Pin 4	C	Kontroluje segment c
Pin 5	Dp	Kontroluje punkt dziesiętny (DP)
Pin 6	B	Kontroluje segment b
Pin 7	A	Kontroluje segment a
Pin 8	Com (wspólny pin)	Wspólna anoda lub katoda
Pin 9	F	Kontroluje segment f
Pin 10	G	Kontroluje segment g

Jak działa wyświetlacz siedmiosegmentowy?

Wyświetlacz siedmiosegmentowy działa poprzez oświetlenie określonych segmentów w celu formowania liczb lub prostych liter.Każdy segment jest indywidualną diodą LED, która świeci, gdy prąd przepływa przez niego we właściwym kierunku.

Rysunek 10. Liczby wyświetlania

Aby pokazać liczbę, system włącza prawidłową kombinację segmentów.Na przykład, aby wyświetlić „0”, wszystkie segmenty oprócz g są oświetlone.Tylko „1” oświetla B i C. Te kombinacje są przechowywane w pamięci mikrokontrolera lub obsługiwane przez układ dekodujący.

Rysunek 11. Siedem segmentów znaków alfabetowych

Niektóre litery, takie jak A, C, E i F, można pokazać, ale wiele innych trudno jest przedstawić z powodu ograniczonej liczby segmentów.Litery takie jak Q lub R są trudne do wyświetlenia.

W systemach z więcej niż jedną cyfrą wyświetlacze używają multipleksowania.Oznacza to, że tylko jedna cyfra jest oświetlona na raz, ale system tak szybko przełącza się między cyframi (zwykle 60 razy na sekundę lub więcej), że wszystkie wydają się zapalone jednocześnie.Oszczędza to moc i zmniejsza liczbę wymaganych połączeń.

Punkt dziesiętny może być używany do frakcji, separacji czasowej lub jako specjalny wskaźnik.Niektóre zegary wykorzystują nawet punkty dziesiętne jako mrugające okrężnicy.

Rysunek 12. Wyświetlacz czasu zegara LED siedem segmentów

Siedmioprzesienne kody wyświetlania

Aby wyświetlić liczby na siedmiosegmentowym wyświetlaczu, każda cyfra oświetla unikalny zestaw segmentów.Wzory te są przechowywane jako kody binarne.Kody są różne dla wspólnych katod i typowych typów anod, w zależności od sposobu włączania segmentów.Poniższa tabela pokazuje kody cyfr od 0 do 9.

Cyfra	Segmenty oświetlone (A - g)	Kod binarny (Wspólna katoda)	Kod hex (cc)	Kod binarny (Wspólna anoda)	Kod sześciokątny (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 kontrolować wyświetlacz siedmiosegmentowy?

Istnieje kilka powszechnych sposobów kontrolowania wyświetlacza.Przejdźmy do nich od najprostszych do bardziej zaawansowanych.

Bezpośrednie połączenie z mikrokontrolerem

Ryc. 13. Schemat obwodu bezpośredniego połączenia siedmiosegmentowego wyświetlacza do mikrokontrolera

Najłatwiejszym sposobem kontrolowania jednej cyfry jest podłączenie każdego segmentu z własnym szpilką na mikrokontrolerze.Działa to dobrze w przypadku małych projektów, które pokazują tylko jedną liczbę.

W przypadku wspólnego wyświetlacza anody wszystkie dodatnie strony (anody) diod LED są podłączone do mocy (np. 3,3 V lub 5 V).Strona ujemna (katoda) każdego segmentu przechodzi przez rezystor, a następnie do szpilki na mikrokontrolerze.Gdy mikrokontroler wysyła niski sygnał, segment włącza się.

Ta konfiguracja zapewnia pełną kontrolę każdego segmentu, dzięki czemu możesz zrobić dowolny numer.Ale używa wielu pinów, siedmiu dla segmentów i jeszcze jednego, jeśli użyjesz punktu dziesiętnego.Na przykład możesz podłączyć szpilki PA0 do PA7 na Arduino lub STM32 do każdego segmentu.Rezystory (około 220–330 omów) chronią diody LED przed zbyt dużym prądem.

Ta metoda jest prosta, ale jeśli chcesz pokazać więcej niż jedną cyfrę, nie działa dobrze, zabraknie ci pinów.Wtedy lepiej jest używać multipleksowania lub układu sterownika wyświetlania.

Multipleksowanie dla większej liczby cyfr

Rysunek 14. Obwód sterownika tranzystora dla dwóch siedmiu wyświetlaczy segmentu

Jeśli chcesz użyć więcej niż jednej cyfry, podłączenie każdego segmentu z mikrokontrolerem potrzebowałoby zbyt wielu pinów.Multipleksowanie to sztuczka, która pomaga kontrolować wiele cyfr za pomocą mniejszych pinów.

W multipleksowaniu wszystkie cyfry mają te same przewody segmentu.Ale tylko jedna cyfra oświetla się na raz.Mikrokontroler bardzo szybko przełącza się między cyframi, więc wygląda na to, że wszystkie cyfry są jednocześnie włączone.

Każda cyfra jest włączana za pomocą tranzystora.Microcontroller wysyła dane do cyfry i włącza tranzystor.Następnie przechodzi do następnej cyfry i tak dalej.To się szybko powtarza, więc twoje oczy zobaczą liczbę całkowitą od razu.

Potrzebujesz tylko siedmiu przewodów segmentowych i jednego drutu dla tranzystora każdej cyfry.Możesz także użyć układu takiego jak rejestr zmiany SN74HC595.Pozwala wysyłać dane z mniejszą liczbą pinów i kontroluje segmenty za pomocą tylko kilku pinów mikrokontrolerów.Ułatwia to okablowanie i pomaga budować większe wyświetlacze.

Ręczne okablowanie z Arduino

Rysunek 15. Siedem segmentowych wyświetlaczy interfejsów z Arduino

Kiedy uczysz się lub budujesz prototyp, często kontroluje wyświetlacz ręcznie za pomocą Arduino.Siedmiosegmentowy wyświetlacz ma osiem diod LED w kształcie „8.”Segmenty są nazwane od A do G, z jednym dodatkowym dla punktu dziesiętnego (DP).

Podłączasz każdy segment przez rezystor do szpilki na Arduino.Jeśli używasz wspólnego wyświetlacza katody, wspólny szpilka przechodzi na ziemię.Aby oświetlić segment, Arduino wysyła wysoki sygnał do szpilki segmentu.

We wspólnych wyświetlaczach katody wysoko włącza segment.We wspólnych wyświetlaczach anody potrzebujesz niskiego sygnału.Ważne jest, aby wiedzieć, jakiego rodzaju wyświetlacza używasz, aby napisać prawidłowy kod.

Na przykład, aby pokazać liczby od 0 do 9, kod Arduino włącza odpowiednią kombinację segmentów dla każdej liczby.Ta metoda jest świetna do ćwiczeń, ale nie działa dobrze dla więcej niż jednej cyfry, chyba że dodasz multipleksowanie lub układ sterownika.

Korzystanie z 4511 BCD do siedmiosegmentowego układu sterownika

Rysunek 16. Korzystanie z sterownika 4511

Aby ułatwić i zapisać szpilki mikrokontrolera, możesz użyć układu takiego jak CD4511.Ten układ ma 4-bitową liczbę binarną i oświetla odpowiednie segmenty, aby pokazać cyfry od 0 do 9.

Możesz podać chip jego wejście z przełączników lub z mikrokontrolera.Gdy wejście się zmienia, układ oświetla właściwą liczbę na wyświetlaczu.Rezystory nadal chronią diody LED, a rezystory rozwijane utrzymują stabilne wejściowe, gdy przełączniki nie są wciśnięte.

Chip 4511 upoważnia okablowanie i kod.Zamiast kontrolować każdy segment, mikrokontroler po prostu wysyła jedną liczbę, a chip zajmuje się resztą.

W bardziej zaawansowanych projektach mikrokontrolery mogą rozmawiać z kierowcami wyświetlania za pomocą metod komunikacji, takich jak I2C lub SPI.Ułatwia to kontrolowanie wielu cyfr bez użycia wielu pinów.

Jak zbudować 7-segmentowy obwód wyświetlacza?

Budowanie siedmiosegmentowej konfiguracji wyświetlacza z podstawowych części to świetny sposób na naukę elektroniki.Potrzebujesz modułu wyświetlacza, układu dekodera (takiego jak 4511), rezystorów, przełączników zanurzenia (lub przycisków) i tablicy chleba.

Krok 1 ： Umieść 4511 na tablicy chleba i podłącz szpilkę 16 do zasilania i przypnij 8 do uziemienia.

Krok 2 ：Pinsy drutowe 1, 2, 6 i 7 (wejścia BCD) na przełączniki przez 10 tys. Rezystorów rozkładanych.To pozwala ręcznie wprowadzać wartości binarne.

Krok 3 ：Połącz LT (test LAMP) i LE (LATCH Enable) do VCC i uziemienie BI (wejście do płukania).

Krok 4 ：Podłącz piny 9–15 (wyjścia A - g) do wyświetlacza przez rezystory 220–470 Ω.

Krok 5 ：Zawiąż wspólne szpilki katodowe wyświetlacza do ziemi.

Teraz przełączanie przełączników zmienia wejście BCD i aktualizuje wyświetlacz.Możesz dodawać funkcje takie jak punkty dziesiętne lub druga cyfra do ćwiczeń.Za pomocą mikrokontrolera zamiast przełączników DIP pozwala eksplorować multipleksowanie i dynamiczną kontrolę wyświetlania.

Zalety i wady siedmiosegmentowych wyświetlaczy

Zalety

• Łatwy w użyciu: Wyświetlacz siedmiosegmentowy jest bardzo prosty.Ma siedem małych świateł (zwanych diodami LED) ułożonymi w sposób, który może pokazać dowolną liczbę od 0 do 9. Po prostu włączasz odpowiednie światła, aby wykonać każdą liczbę.To sprawia, że ​​jest świetny dla początkujących i małych projektów, takich jak cyfrowe zegary lub liczniki.

• Niski koszt: te wyświetlacze są tanie w tworzeniu i kupowaniu.Ponieważ są proste i używają podstawowej technologii, nie kosztują dużo.To sprawia, że ​​idealnie nadają się do projektów lub produktów o niskim budżecie, które muszą pozostać przystępne.

• Wykorzystuje bardzo mało mocy: siedmiosegmentowe wyświetlacze nie potrzebują dużo energii elektrycznej do pracy, zwłaszcza tych LCD.Nawet wersje LED nie zużywają zbyt dużej mocy, jeśli używasz ich we właściwy sposób.Dlatego są dobre dla urządzeń, które działają na bateriach.

• Łatwy do odczytania: Liczby na wyświetlaczu siedmiosegmentowym są jasne i wyraźne.Typy LED świecą silnie i można je zobaczyć nawet w ciemności lub z daleka.Dlatego widzisz je w budzikach i podstawowych urządzeniach pomiarowych.

• Silne i długotrwałe: te wyświetlacze nie mają ruchomych części, więc nie pękają łatwo.Światła wewnątrz (diody LED) mogą trwać bardzo długo.Działają również dobrze, nawet gdy jest gorąco, zimno lub jeśli urządzenie zostanie uderzone.

• Małe i oszczędne przestrzeni: Wyświetlacze siedmiosegmentowe są małe i dobrze pasują w ciasnych przestrzeniach.Możesz umieścić kilka obok siebie, aby pokazać dłuższe liczby bez konieczności dużo miejsca.Są idealne do kompaktowych urządzeń.

Wady

• Nie można wyświetlać pełnych słów lub symboli: te wyświetlacze są tworzone, aby pokazać liczby, a nie pełne litery lub symbole.Mogą pokazać kilka prostych liter (takich jak A, B, C), ale nie wszystkie.Więc nie są dobre do pokazywania pełnych słów lub zdań.

• Nie elastyczne w projektowaniu: kształt segmentów jest ustalony, więc nie możesz zmienić wyglądu liczb.Nie możesz także pokazywać zdjęć ani specjalnych ikon.Ogranicza to opcje projektowania bardziej stylowych lub nowoczesnych produktów.

• Trudno zobaczyć z niektórych stron: W przypadku typów LED może być trudno odczytać liczby, jeśli nie patrzysz na nie prosto.Jeśli spojrzysz z boku lub na zewnątrz jest bardzo jasny, liczby mogą być trudne do zobaczenia.

• Typy LED mogą zużywać więcej mocy: Wyświetlacze LED zużywają więcej energii elektrycznej niż LCD, szczególnie jeśli wiele segmentów jest przez cały czas.Może to stanowić problem dla gadżetów zasilanych baterią, w których ważna jest oszczędność mocy.

• Jeśli jedna część pęknie, trudno jest odczytać: jeśli jedno z świateł (segmentów) przestanie działać, może sprawić, że liczba będzie wyglądać źle.Na przykład liczba 8 może wyglądać jak 0, jeśli średni segment nie powiedzie się.To może mylić innych.

• Okablowanie jest komplikowane dla wielu cyfr: wyświetlanie więcej niż jednej cyfry oznacza więcej przewodów i części.Możesz potrzebować specjalnych układów i dodatkowej pracy, aby połączyć wszystko.Może to utrudnić projektowanie i programowanie, szczególnie dla początkujących.

Wniosek

Wyświetlacze siedmiosegmentowe są prostymi i przydatnymi narzędziami do wyświetlania liczb.Rozświetlają niektóre części (zwane segmentami), tworząc cyfry od 0 do 9. Istnieją dwa typy, w oparciu o sposób podłączenia segmentów.Te wyświetlacze są łatwe do połączenia, nie używają dużej mocy i świetnie nadają się do podstawowych urządzeń, takich jak zegary, mierniki i urządzenia kuchenne.Możesz je kontrolować na różne sposoby, od bezpośredniego okablowania po korzystanie z układów, które oszczędzają przestrzeń i ułatwiają.Mimo że nie mogą wyświetlać pełnych słów lub fantazyjnych obrazów, nadal są dobrym wyborem, gdy potrzebujesz jasnych i prostych wyświetlaczy liczb.