Какви са седем сегментарни LED дисплеи?Разбиране на технологията зад числата

Седем сегментен дисплей (SSD) е вид електронен екран, използван за показване на номера и някои букви.За първи път се появи в началото на 1900 г. и става популярен, защото е прост и работи добре.Седемсегменните дисплеи на базата на LED се използват широко, защото са ярки и лесни за гледане.Те се предлагат в различни размери, от мънички в ръчни джаджи до големи панели, които могат да се видят отдалеч при различни условия на осветление.Тази статия разглежда детайлите и видовете седем сегментарни дисплеи, включително техните части, как работят и техните предимства пред други дисплеи като LCD.Той също така обяснява разликите между обикновения анод и катод и как те отговарят на различни електронни нужди.Статията допълнително изследва как девет, четиринадесет и шестнадесет сегмента на дисплея подобряват разпознаването на характера и разширяват употребата им.

Каталог

Фигура 1: Светодиоден дисплей с седем сегменти

Структура на седем сегмента светодиод

Светодиоден дисплей със седем сегменти се състои от осем части: седем сегмента, обозначени от 'A' до 'G', и десетична точка (DP).Всеки сегмент е малък светодиод, конфигуриран да образува части от цифри и някои букви, когато се осветява в комбинация.Ето подробен поглед върху всеки сегмент и неговата функция:

Сегмент 'a':

Този хоризонтален сегмент е разположен в горната част на дисплея.Той светва, за да образува горната част на цифрите и буквите като 0, 2, 3, 5, 6, 7, 8, 9, a, e и F.

Сегмент 'B':

Намерен от горната дясна страна, този вертикален сегмент е добър за формиране на правилната част от много цифри и букви.Появява се в 0, 1, 2, 3, 4, 7, 8, 9, A, B, D и E.

Сегмент 'C':

Разположен от долната дясна страна, този вертикален сегмент работи със сегмент „B“, за да завърши дясната страна на знаците.Използва се в 0, 1, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 и A, D.

Сегмент 'D':

Този хоризонтален сегмент е в долната част на дисплея.Той образува основата на повечето числа и някои букви, осветяващи се в 0, 2, 3, 5, 6, 8, 9, A, D, E и G.

Сегмент 'E':

Намерен от долната лява страна, този вертикален сегмент помага да се формира лявата долна част на знаците.Той светва в 0, 2, 6, 8, Е и F.

Сегмент 'f':

Разположен от горната лява страна, този вертикален сегмент се сдвоява със сегмент „E“, за да завърши лявата страна на знаците.Той е активен в 0, 4, 5, 6, 8, 9, e и F.

Сегмент 'g':

Този среден хоризонтален сегмент пресича дисплея.Той добавя инсулти, за да образува ефективно числа и букви, появявайки се в 2, 3, 4, 5, 6, 8, 9, a, e и G.

Десетична точка (DP):

Позиционирана в долната дясна част на сегментите и десетичната запетая се използва за показване на десетични стойности.Това подобрява способността на дисплея да показва прецизни числени стойности като парични количества или измервания.

Всеки сегмент може да се контролира индивидуално или в комбинация, за да представлява широк спектър от числени и някои азбучни данни.Това прави седем сегменталния дисплей най-добър за прости цифрови показания.

Фигура 2: Седем сегментарни части за дисплей

Сравнение на LED дисплеи и LCD

Използване и ефективност на мощността

LED дисплеи: Използвайте повече мощност, защото те излъчват светлина директно от диодите.Те са много видими, дори на ярки места.

LCDS: Използвайте по -малко мощност, тъй като те не излъчват светлина директно.Те се нуждаят от подсветка или отразяваща повърхност, което ги прави по-енергийно ефективни и добри за устройства с батерия.

Видимост и яркост

LED дисплеи: Много ярки и ясни, добри за външни и добре осветени зони.Те остават ясни от различни ъгли, без да губят качество.

• LCD: Съвременните са по -добри при видимост и яркост поради подобрените подсветки и цветове, но често имат ограничени ъгли на гледане и по -ниска яркост в сравнение с светодиодите.

Разходи

LED дисплеи: Прост дизайн, по -лесен и по -евтин за показване на ограничени номера и символи.

LCD: По -сложни с допълнителни слоеве и части като филтри и течни кристални клетки.Това ги прави по -скъпи, но могат да показват подробни изображения и текстове.

Живот

LED дисплеи: трайните и дълготрайни могат да се справят с трудни условия.По -слабо засегнати от неща като температура и влажност.

LCD: трайни, но могат да имат проблеми с екстремни температури и могат да страдат от задържане на изображения или „изгаряне“ с течение на времето.

Фигура 3: LED дисплеи и LCD

Видове седем сегментарни дисплеи

Общ анод

При обща настройка на анод анодите на всички светодиоди (или диоди) са свързани към споделена точка обикновено положителното захранване на напрежението.След това всеки светодиод или катодът на диода е свързан към контролната верига или заземяването през резистор поотделно.За да осветявате конкретен светодиод, прилагате ниско напрежение (близо до земята) към неговия катод.Прилагането на по -високо напрежение (близо до положителното захранване) върху катода изключва светодиода.

Как работи?

Когато използвате общ аноден дисплей с микроконтролер, отделните сегменти светят, като заземяват съответните им катоди.Микроконтролерът изпраща нисък сигнал (0V или заземяване) до катода на сегмента, за да бъде осветван.Това позволява на тока да тече от общия анод през сегмента до заземяването, запалвайки го нагоре.За да изключи сегмент, микроконтролерът изпраща висок сигнал (близо до напрежението на захранването) и спира токовия поток и поддържа сегмента тъмен.

При общ аноден седем сегмент дисплей всички анодни връзки на LED сегментите са свързани към един общ ПИН и след това са свързани с положителното захранване на напрежението (логика "1").В резултат на това всички аноди са с висок потенциал.За да се осветява определен сегмент, към неговия катод се прилага ниско напрежение (логика "0").Това завършва веригата между високия потенциал при анода и ниския потенциал в катода, причинявайки светлината на сегмента.

Предимства

Анодът се показва добре с положителни логически вериги, където висок изход (логика 1) означава, че сегментът е изключен, а ниският изход (логика 0) означава, че сегментът е включен.Също така, това е просто за много цифрови дизайнери.С анода, свързан към една положителна точка за захранване, окабеляването е просто и намалява общата сложност на веригата.

Недостатъци

Микроконтролерът или веригата на драйвера трябва да източник на ток, за да запали сегментите, които могат да бъдат трудни за приложения с ниска мощност или контролери с ограничени възможности за снабдяване на ток.

Фигура 4: Общ анод и общ катод

Общ катод

Общата конфигурация на катод свързва катодите на всички светодиоди с споделена точка и е свързана със захранването на земята или отрицателното напрежение.Анодите са свързани с положителното захранване чрез отделни резистори.За да запалите светодиод, прилагате високо напрежение (близо до положителното захранване) върху анода му.Понижаването на напрежението на анода до близо до нивото на земята изключва LED.

Как работи?

Когато използвате общ катоден дисплей с микроконтролер, отделните сегменти светят, като прилагат висок сигнал към съответните им аноди.Микроконтролерът изпраща висок сигнал (близо до захранващото напрежение) до анода на сегмента, който трябва да бъде осветван.Това позволява токът да тече от анода през сегмента към общия катод (земята), запалвайки го нагоре.За да изключи сегмент, микроконтролерът изпраща нисък сигнал, спирайки текущия поток и поддържа сегмента тъмен.

В общ катоден седем сегмент дисплей всички катодни връзки на LED сегментите са обвързани с общ щифт, свързан към земята или нивото на нулево напрежение (логика "0").В тази конфигурация катодите са с нисък потенциал.За да се запали сегмент, към анода му се прилага високо напрежение (логика "1"), повишавайки потенциала си спрямо катода.Този по -висок потенциал при анода спрямо катода позволява да се запали сегментът.

Предимства

Общите катодни показват работят добре с отрицателни логически вериги, където висок изход (логика 1) означава, че сегментът е включен, а ниският изход (логика 0) означава, че сегментът е изключен.Освен това, микроконтролерът или веригата на водача трябва да потъне ток, за да запали сегментите и често по -ефективен и управляем за много контролери, особено тези, проектирани с високи токови възможности за потъване.

Недостатъци

Общият катод изисква повече връзки за окабеляване, тъй като анодът на всеки сегмент трябва да бъде индивидуално свързан към контролната верига, което прави дизайна на веригата по -сложен.

Разлики между често срещаните анодни и общи катодни дисплеи

Аспект	Общи анодни дисплеи	Общи катодни дисплеи
Шофиране на логика	Сегменти, активирани чрез издърпване на катода до земята (логика "0").	Сегменти, активирани чрез шофиране на анода Висока (логика "1").
Съвместимост със семействата на логиката	Най -добре с логически семейства, които източник ток (високо ниво на логика).	Най -добре с логически семейства, които потъват ток (ниско ниво на логика).
Дизайн и сложност на веригата	Може да бъде по -сложен за взаимодействие с микроконтролери.	По -лесно да се взаимодействат с микроконтролери Това изходно високо напрежение за логика "1".
Наличност и избор на шофьори	Някои шофьори са оптимизирани за обикновени Конфигурация на анод.	Някои шофьори са оптимизирани за обикновени Катодна конфигурация.
Консумация на енергия	Управлението на напрежението може да повлияе на мощността консумация при различни нива на яркост и по време на мултиплексиране.

Как работят дисплеите на седем сегменти?

Седем сегмента показва работата чрез запалване на светодиоди.LED светва, когато анодът му е с по -високо напрежение от своя катод.Яркостта зависи от тока през него, регулирана от веригата на водача, за да се осигури оптимална видимост, без да претоварва светодиодите.

Контролът на сегментите включва включване или изключване чрез изпращане на сигнали.Сигналите могат да се изпращат ръчно или цифрово чрез микроконтролер или драйвер IC като декодера/драйвера на 4511 bcd-to-седем седем, който преобразува двоичен кодиран десетичен (BCD) вход в съответните сигнали за контрол на сегментите.

Фигура 5: Седем сегменти дисплеи

Таблица за истината

Таблица за истината показва кои сегменти да запали за всеки герой.Ето пример за цифри 0 до 9 и някои букви (A, B, C, D, E, F):

Характер	A	Б	C	Г	E	Е	G	Dp
0	1	1	1	1	1	1	0	0
1	0	1	1	0	0	0	0	0
2	1	1	0	1	1	0	1	0
3	1	1	1	1	0	0	1	0
4	0	1	1	0	0	1	1	0
5	1	0	1	1	0	1	1	0
6	1	0	1	1	1	1	1	0
7	1	1	1	0	0	0	0	0
8	1	1	1	1	1	1	1	0
9	1	1	1	1	0	1	1	0
A	1	1	1	0	1	1	1	0
б	0	0	1	1	1	1	1	0
C	1	0	0	1	1	1	0	0
г	0	1	1	1	1	0	1	0
E	1	0	0	1	1	1	1	0
Е	1	0	0	0	1	1	1	0

Как да използвам тази таблица за програмиране на седем сегментни дисплеи?

Всяка колона под сегмент (A до G и DP за десетична точка) показва състоянието, необходимо за този сегмент, за да се покаже символът.

• "1" означава, че сегментът е включен (осветен).

• "0" означава, че сегментът е изключен.

Стойности на съхраняване

• Съхранявайте тези стойности в байт или масив от булеви стойности.

• Всеки бит или булев представлява сегмент.

Пример - Показване на "5"

• Намерете реда за „5“ в таблицата.

• Задайте сегменти A, C, D, F и G до 1.

• Задайте сегменти B, E и DP на 0.

Изпратете данни за показване

• Използвайте Direct GPIO Pin Control на микроконтролер.

• Алтернативно, използвайте драйвер, който интерпретира сигналите и извежда правилните напрежения в сегментите.

Разглеждайки десния ред и настройване на сегментите, както е посочено, можете да програмирате дисплея, за да показвате различни знаци.

Как работи 4511 драйверът със седем сегментарни дисплеи?

Драйверът 4511 е чип, който помага да се показват номера на седем сегментарни дисплеи.Той преобразува двоичен кодиран десетичен (BCD) вход в сигнали, които осветяват правилните сегменти на дисплея.Този чип работи добре с общи катодни дисплеи, където всички сегментни катоди са свързани към земята.

Когато се използва, драйверът 4511 получава четири битов BCD вход, стои за десетично число от 0 до 9. Всеки бит може да бъде висок (1) или нисък (0).Драйверът чете този вход и осветява правилните сегменти на дисплея.Например, за да покаже номер 5, входът на BCD е 0101. След това драйверът осветява сегменти A, C, D, F и G.Вътре в драйвера логическите порти декодират BCD входа, за да контролират всеки сегмент.Изходите осигуряват необходимите нива на напрежение, за да осветят сегментите в обща настройка на катод, където високият изход се завърта на сегмент.

Свързването на 4511 драйвер към микроконтролерите прави дисплеите със седем сегменти по-функционални и автоматизирани в цифровите системи.Микроконтролерите могат да изпращат стойности на BCD чрез своите цифрови I/O пинове към драйвера 4511, след което показват съответния номер.Тази настройка е полезна за системи с множество цифрови дисплеи, нуждаещи се от едновременна контрола.Микроконтролерът може да актуализира стойностите на дисплея въз основа на сензорни данни, потребителски входове или вътрешни изчисления.

За да интегрирате драйвера с микроконтролер, свържете изходните пинове на BCD на микроконтролера към входните щифтове на BCD на двигателя 4511.Други връзки могат да контролират дисплея активиране или деактивиране на функцията и десетичната запетая, в зависимост от приложението.В цифров часовник микроконтролерът може да изпраща данни за време на няколко 4511 драйвера, за да покаже часове, минути и секунди.Микроконтролерите могат да работят с други контролни устройства като превключватели, клавиатури или мрежови интерфейси, като правят сложни потребителски интерфейси, които използват седем сегментарни дисплеи.

Фигура 6: 4511 Драйверът работи със седем сегментни дисплеи

Приложения на седем сегментарни дисплеи

Цифрови часовници: Покажете времето с висока видимост.

Фигура 7: Часовник за показване на седем сегменти

Домакински уреди: Използвани в микровълни и фурни за показване на време и температури за готвене за удобни и ефективни.

Автомобилна индустрия: Използва се в таблата за автомобилни табла за скоростометри и измервателни уреди за бързи и ясни показания.

Фигура 8: Седем сегмент дисплей скорости и измервателни уреди

Показване на публичната информация: Чести в асансьорите и платформите за обществен транспорт, показващи номера или прости съобщения във формат, който всеки може да разбере.

Игра и забавление: Pinball и слот машини ги използват, за да показват динамично резултати и информация за играта.

Индустриални контролни панели: Предпочитани в трудна среда, за да се показват показания като температури и налягане, тъй като те са издръжливи и лесни за свързване с електронни вериги.

Роля на тези дисплеи в Интернет на нещата (IoT)

Седемте сегментират дисплеите са важни при дизайна на интерфейсите за много умни устройства в Интернет на нещата (IoT).

Първо, идеални за малки, захранвани от батерия или енергийно пестене на системи, използвани в IoT приложения.

След това предоставя ясни изходи на състоянието или настройки на температурата в умни домашни устройства като термостати и системи за сигурност, което прави взаимодействието на потребителите просто и евтино.

След това, лесен за интегриране със сензори и микроконтролери, използвани в IoT устройства.

И накрая, използвани за приложения като интелигентни измервателни уреди и други устройства за мониторинг, особено в отдалечени или труднодостъпни области, предоставящи незабавна визуална обратна връзка, за да предупреждават потребителите за промени или проблеми.

Предимства и ограничения

Простота и лекота на използване

Седемте сегмента са лесни за използване, тъй като показват числа и няколко знака директно.Те не се нуждаят от сложно програмиране или допълнителен софтуер и идеални за системи, които се нуждаят от основни цифрови дисплеи.

Ефективност на разходите

Тези дисплеи са по -евтини в сравнение с усъвършенстваните технологии за показване.Те използват по -малко компоненти и по -прости механизми за управление, намаляват общата цена на устройството.

Висока видимост

Дизайнът гарантира четене дори при условия на ниска светлина.Всеки сегмент излъчва ярка, отчетлива светлина, осигурявайки висок контраст срещу фона и повишава видимостта.

Издръжливост

Изработени от здрави материали, дисплеите на седем сегменти могат да се справят с измененията на температурата и физическия стрес.

Ограничена функционалност

Основният недостатък е тяхната ограничена функционалност.Те могат да показват само номера и няколко знака, което ги прави неподходящи за приложения, нуждаещи се от текст или сложна графика.

Ограничени ъгли на гледане

Тези дисплеи често имат ограничени ъгли на гледане, недостатък в ситуации, при които информацията трябва да бъде видима от различни гледни точки, като например приложения на открито или големи райони.

По -висока консумация на енергия

Седемсегментаните дисплеи използват повече мощност от другите видове, като LCD.Всеки запален сегмент се нуждае от непрекъсната мощност и по-малко идеален за батерия или чувствителни към мощността приложения.

Ограничена персонализиране

Дизайнът и функционалността са фиксирани, които ги ограничават до стандартни цифри и знаци.Тази липса на гъвкавост може да бъде проблем в приложенията, изискващи повече персонализиране.

Удължени разновидности на сегментирани дисплеи

Девет дисплея на сегменти

Дисплеят с девет сегменти се надгражда върху стандартния седем сегментен модел, като добавя два диагонални сегмента, поставени в горната и долната част на дисплея.Тези дисплеи придобиха популярност през 70 -те години, особено в калкулаторите, цифровите часовници и ранните електронни устройства.

Фигура 9: Девет сегмент дисплей

Четиринадесет дисплея на сегменти

Четиринадесет-сегменният дисплей, често наричан дисплей "Union Jack" поради приликата си с британския флаг, когато всички сегменти са запалени, разширява структурата на седем сегмента с четири диагонални сегмента, два вертикални и разделен среден хоризонтален сегмент.Този сложен дизайн позволява по -широк спектър от символи и букви, като значително подобрява способността на дисплея да предава информация.Тези дисплеи обикновено се използват в развлекателни и домакински устройства като пинболни машини, слот машини, видеорекорши, микровълнови фурни и калкулатори.

Фигура 10: Дисплей на четиринадесет сегменти

Шестнадесет дисплеи на сегменти

Дисплеят на шестнадесет сегменти отива стъпка по-далеч от версията на четиринадесет сегмента, като разделя горния и долния хоризонтален сегмент на два допълнителни сегмента.Това оформление предлага още по -голяма гъвкавост в представянето на характера и позволява показване на сложни символи и подобряване на буквено -цифровата видимост.Шестнадесет-сегменталните дисплеи често се използват в стереоси на автомобили, дисплеи за идентификатор на телефонни обаждания и други мултимедийни интерфейси, които изискват подробен дисплей на символи.

Фигура 11: Шестнадесет дисплея на сегмента

Тази таблица очертава различни видове сегментирани дисплеи и техните функции:

Тип дисплей	Описание
Девет сегмента дисплея	По -добра диференциация на характера от седем сегмент.
Четиринадесет сегмента дисплея	Повече знаци и използвани в потребителите електроника.
Шестнадесет сегмента дисплеи	Най -подробно и отличава подобни символи.

Заключение

Разглеждането на дисплеи със седем сегменти и техните разширени версии показва тяхното значение в цифровите дисплеи.Дори и с по-новите технологии, седем сегментните дисплеи са все още ценни, защото са прости, евтини и надеждни.Тази статия обхваща основната им структура, как работят и ги сравнява с LCD.Дискусията за тяхното използване в Интернет на нещата (IoT) и различни индустрии подчертава тяхната гъвкавост и трайно значение.Преминаването от седем сегмента към шестнадесет сегмента показва постоянните усилия за по-добра функционалност и визуална комуникация.В крайна сметка седем сегментните дисплеи доказват, че основните инженерни решения могат да поддържат сложни системи, балансирайки стари методи с нови идеи в дигиталния свят.

Често задавани въпроси [FAQ]

1. Защо се нарича 7-сегментен дисплей?

7-сегментен дисплей получава името си от седем светлинни сегмента, които могат да бъдат включени или изключени в различни модели, за да се покажат номера и някои букви.Тези сегменти са подредени по модел, подобен на фигура-осем.

2. Как да контролирате LED дисплей от 7 сегменти?

Вие контролирате 7-сегментарен LED дисплей, като изпращате електрически сигнали към сегментите, които искате да запалите.Обикновено това се прави с микроконтролер или цифрова верига, която изпраща сигнали с високо или ниско напрежение към контролния щифт на всеки сегмент, като ги включи или изключи според нуждите.

3. Как да разберем дали 7-сегмент е катод или анод?

За да разберете дали 7-сегментният дисплей е често срещан катод или общ анод, проверете окабеляването или листа за данни.При общ катоден дисплей всички отрицателни страни (катоди) са свързани заедно и вие осветявате сегменти, като прилагате положително напрежение.При общ аноден дисплей всички положителни страни (аноди) са свързани и вие осветявате сегменти, като прилагате земята или ниското напрежение.

4. Как да проверите работата на седем сегментния дисплей?

За да проверите дали дисплеят седем сегменти работи, нанесете мощност към всеки сегмент един по един и вижте дали те светят.Използвайте източник на захранване с правилните резистори, свързвайки го към щифта на всеки сегмент, докато общият щифт (катод или анод) е свързан съответно към земята или захранването.Ако всеки сегмент светне, дисплеят работи.

5. Как да тествате 7-сегментен дисплей с мултицет?

За да тествате 7-сегментен дисплей с мултицет, задайте го в диоден тестов режим.Свържете общия щифт (анод или катод) към съответния мултицетен проводник (положителен за анод, отрицателен за катод).Докоснете другия олово към всеки щифт на сегмента.Работен сегмент ще покаже спад на напрежението на мултицета (около 1,7 до 2,0 волта за светодиоди).Ако няма спад на напрежението, сегментът може да е дефектен.

6. Колко пина има в седем сегмента LED?

Основен единичен седем сегмент дисплей има 10 пина-седем за всеки сегмент, по един за десетичната запетая и два за общите връзки (или катод или анод).Броят на щифтовете може да варира с двойни дисплеи или допълнителни функции.