Μια οθόνη 7 τμημάτων είναι ένα απλό ηλεκτρονικό εξάρτημα που αποτελείται από επτά ράβδους LED που δείχνουν αριθμούς, μερικά γράμματα, ακόμη και δεκαεξαδικές τιμές. Χρησιμοποιείται σε ρολόγια, αριθμομηχανές, μετρητές και συσκευές επειδή είναι χαμηλής κατανάλωσης, αξιόπιστο και εύκολο στη χρήση. Αυτό το άρθρο εξηγεί λεπτομερώς το pinout, τις προδιαγραφές, τις μεθόδους οδήγησης και τις συμβουλές σχεδίασης.
Γ1. Επισκόπηση οθόνης 7 τμημάτων
Γ2. 7 Διαμόρφωση pinout οθόνης τμήματος
Γ3. Διαφορετικές χρήσεις της οθόνης 7 τμημάτων
Γ4. Κοινή κάθοδος έναντι κοινής ανόδου σε οθόνες 7 τμημάτων
Γ5. Ηλεκτρικές προδιαγραφές οθονών 7 τμημάτων
Γ6. Υπολογισμός αντίστασης για οθόνες 7 τμημάτων
Γ7. Οδήγηση οθονών 7 τμημάτων με IC αποκωδικοποιητή
Γ8. Μέθοδοι οδήγησης για οθόνες 7 τμημάτων
Γ9. Πολυπλεξία πολυψήφιων οθονών 7 τμημάτων
Γ10. Οδήγηση οθονών 7 τμημάτων με προγράμματα οδήγησης τρανζίστορ και MOSFET
Γ11. Χαρακτήρες που μπορείτε να εμφανίσετε σε οθόνες 7 τμημάτων
Γ12. Συμβουλές PCB και καλωδίωσης για οθόνες 7 τμημάτων
Γ13. Συμπέρασμα
Γ14. Συχνές ερωτήσεις [FAQ]
Επισκόπηση οθόνης 7 τμημάτων
Η οθόνη 7 τμημάτων είναι μια από τις απλούστερες αλλά και πιο χρησιμοποιούμενες ηλεκτρονικές συσκευές απεικόνισης για την εμφάνιση αριθμητικών δεδομένων και περιορισμένων χαρακτήρων. Αποτελείται από επτά ράβδους LED διατεταγμένες σε στυλ οκτώ, οι οποίες μπορούν να ανάψουν σε διάφορους συνδυασμούς για να σχηματίσουν ψηφία από το 0 έως το 9, καθώς και μερικούς αλφαβητικούς χαρακτήρες. Πολλές εκδόσεις περιλαμβάνουν επίσης ένα πρόσθετο τμήμα υποδιαστολής (dp) για την εμφάνιση αριθμών κινητής υποδιαστολής, καθιστώντας τις κατάλληλες για αριθμομηχανές, ρολόγια, μετρητές και ηλεκτρονικά. Η απλότητά τους, η χαμηλή κατανάλωση ενέργειας και η εύκολη διασύνδεσή τους με μικροελεγκτές τα έχουν διατηρήσει επίκαιρα ακόμη και με την άνοδο των LCD και OLED. Χάρη στον στιβαρό σχεδιασμό τους, βρίσκονται επίσης σε βιομηχανικό εξοπλισμό, όργανα δοκιμών και ενσωματωμένα συστήματα όπου απαιτείται αξιοπιστία.
Διαμόρφωση pinout οθόνης 7 τμημάτων
| Αριθμός καρφίτσας | Όνομα καρφίτσας | Pin Role |
|---|---|---|
| 1 | Καρφίτσα Ε | Διαχειρίζεται το τμήμα LED στο κάτω αριστερό άκρο. |
| 2 | Καρφίτσα Δ | Υπεύθυνος για το τμήμα LED στο χαμηλότερο μέρος. |
| 3 | Κοινή καρφίτσα | Συνδέεται σε VCC ή γείωση, ανάλογα με τον τύπο της οθόνης. |
| 4 | Καρφίτσα Γ | Ελέγχει το τμήμα LED στην κάτω δεξιά θέση. |
| 5 | Καρφίτσα DP | Ελέγχει το τμήμα LED υποδιαστολής. |
| 6 | Καρφίτσα Β | Διαχειρίζεται το τμήμα LED επάνω δεξιά. |
| 7 | Καρφίτσα Α | Καθοδηγεί τη λειτουργία του κορυφαίου τμήματος LED. |
| 8 | Κοινή καρφίτσα | Παρόμοιο με τον ακροδέκτη 3. συνδέεται με VCC ή γείωση. |
| 9 | Καρφίτσα F | Εκτελεί το τμήμα LED στο επάνω αριστερό άκρο. |
| 10 | Καρφίτσα G | Ελέγχει την εναλλαγή του μεσαίου τμήματος LED. |
Κάθε ψηφίο σχηματίζεται από επτά τμήματα LED, με την ένδειξη A έως G, και μια προαιρετική υποδιαστολή (DP). Φωτίζοντας διαφορετικούς συνδυασμούς αυτών των τμημάτων, μπορούν να εμφανιστούν αριθμοί και ορισμένα γράμματα. Οι ακίδες στο κάτω μέρος συνδέονται με κάθε τμήμα, την υποδιαστολή και τους κοινούς ακροδέκτες (COM), οι οποίοι μπορούν να συνδεθούν είτε με τη γείωση είτε με την τάση τροφοδοσίας, ανάλογα με το αν η οθόνη είναι κοινή κάθοδος ή κοινή άνοδος.
Διαφορετικές χρήσεις της οθόνης 7 τμημάτων
Ψηφιακά ρολόγια
Οι οθόνες 7 τμημάτων χρησιμοποιούνται σε ψηφιακά ρολόγια για την εμφάνιση ωρών, λεπτών και δευτερολέπτων σε ευανάγνωστη αριθμητική μορφή. Η καθαρή ορατότητά τους τα καθιστά κατάλληλα τόσο για καταναλωτικές όσο και για βιομηχανικές συσκευές χρονομέτρησης.
Αριθμομηχανές
Οι αριθμομηχανές τσέπης και επιτραπέζιου υπολογιστή βασίζονται σε οθόνες 7 τμημάτων για την παρουσίαση αριθμητικών αποτελεσμάτων. Η χαμηλή απαίτηση ισχύος τους εξασφαλίζει μεγάλη διάρκεια ζωής της μπαταρίας, ακόμη και σε συμπαγείς συσκευές.
Όργανα μέτρησης
Τα πολύμετρα, τα βολτόμετρα, τα αμπερόμετρα και οι μετρητές συχνότητας χρησιμοποιούν συχνά οθόνες 7 τμημάτων για να παρέχουν ακριβείς αριθμητικές μετρήσεις, διασφαλίζοντας σαφήνεια για τους μηχανικούς και τους τεχνικούς.
Οικιακές συσκευές
Συσκευές όπως φούρνοι μικροκυμάτων, πλυντήρια ρούχων και κλιματιστικά χρησιμοποιούν οθόνες 7 τμημάτων για να υποδείξουν τις ρυθμίσεις ώρας, θερμοκρασίας και προγράμματος.
Αντλίες καυσίμου
Οι διανομείς καυσίμου χρησιμοποιούν οθόνες 7 τμημάτων για να δείχνουν την ποσότητα και το κόστος του καυσίμου, παρέχοντας στους πελάτες σαφή δεδομένα σε πραγματικό χρόνο.
Πίνακες αποτελεσμάτων
Οι πίνακες αποτελεσμάτων αθλημάτων χρησιμοποιούν μεγάλες οθόνες 7 τμημάτων για να εμφανίζουν σκορ, χρονόμετρα και αντίστροφες μετρήσεις που είναι ορατές από απόσταση.
Κοινή κάθοδος έναντι κοινής ανόδου σε οθόνες 7 τμημάτων
Κοινή κάθοδος (CC)
Όλοι οι καθοδικοί (αρνητικοί) ακροδέκτες των LED συνδέονται μεταξύ τους και συνδέονται με τη γείωση (GND). Ένα τμήμα ανάβει όταν εφαρμόζεται ΥΨΗΛΗ τάση στον αντίστοιχο ακροδέκτη του.
Αυτός ο τύπος είναι εύκολος στη χρήση με μικροελεγκτές ή IC προγραμμάτων οδήγησης που παρέχουν απευθείας ρεύμα.
Κοινή άνοδος (CA)
Όλοι οι ακροδέκτες ανόδου (θετικοί) συνδέονται μεταξύ τους και συνδέονται με VCC. Ένα τμήμα ενεργοποιείται όταν ο πείρος του τραβηχτεί ΧΑΜΗΛΑ (στη γείωση). Λειτουργεί καλύτερα με προγράμματα οδήγησης που βυθίζονται στο ρεύμα.
Προσδιορισμός του τύπου
Χρησιμοποιήστε ένα πολύμετρο σε λειτουργία διόδου. Για μια κοινή άνοδο, συνδέστε τον κόκκινο αισθητήρα στον κοινό πείρο και τον μαύρο αισθητήρα σε έναν πείρο τμήματος, εάν το τμήμα ανάβει, είναι CA. Αντιστρέψτε τους ανιχνευτές για να ελέγξετε για μια κοινή κάθοδο.
Ηλεκτρικές προδιαγραφές οθονών 7 τμημάτων
| Παράμετρος | Εύρος |
|---|---|
| Εμπρόσθια τάση (Vf) | 1,8–2,4 V (Κόκκινο/Κίτρινο: \~1,8–2,0 V, Πράσινο/Μπλε: \~2,0–2,4 V) |
| Εμπρόσθιο ρεύμα (If) | 10–30 mA (20 mA ανά τμήμα είναι στάνταρ) |
| Ρεύμα αιχμής | Έως 100 mA (μόνο παλμική/πολυπλεξική λειτουργία) |
| Φωτεινή ένταση | 1–10 mcd (υψηλότερες τιμές = φωτεινότερο) |
| Μήκος κύματος (Χρώμα) | Κόκκινο: 620–630 nm, Πράσινο: 565 nm |
| Γωνία θέασης | 50–120° |
Υπολογισμός αντίστασης για οθόνες 7 τμημάτων
Μια οθόνη 7 τμημάτων απαιτεί μια αντίσταση περιορισμού ρεύματος για κάθε τμήμα LED για την αποφυγή υπερβολικής ροής ρεύματος και ανομοιόμορφης φωτεινότητας. Η τιμή της αντίστασης προσδιορίζεται χρησιμοποιώντας το νόμο του Ohm, που εκφράζεται ως R = (Vcc – Vf) / If, όπου Vcc είναι η τάση τροφοδοσίας, Vf είναι η τάση προς τα εμπρός του LED και If είναι το επιθυμητό ρεύμα προς τα εμπρός. Για παράδειγμα, με τροφοδοσία 5 V, τάση προς τα εμπρός 2.0 V ανά τμήμα και ρεύμα στόχο 10 mA, ο υπολογισμός γίνεται (5 – 2) ÷ 0.01 = 300 Ω. Δεδομένου ότι οι αντιστάσεις διατίθενται σε τυπικές τιμές, είναι καλύτερο να επιλέξετε την επόμενη υψηλότερη επιλογή, όπως 330 Ω, για να διασφαλίσετε την ασφάλεια. Κάθε τμήμα πρέπει να έχει τη δική του αντίσταση, καθώς η κοινή χρήση μιας κατά μήκος της κοινής ακίδας προκαλεί ανομοιόμορφα επίπεδα φωτεινότητας. Για πολυπλεξικές οθόνες, η παλμική λειτουργία θα πρέπει επίσης να λαμβάνεται υπόψη κατά τη ρύθμιση των τιμών της αντίστασης.
Οδήγηση οθονών 7 τμημάτων με IC αποκωδικοποιητή
Ο έλεγχος μιας οθόνης 7 τμημάτων απευθείας από έναν μικροελεγκτή μπορεί να καταναλώσει γρήγορα ακίδες I/O, καθώς ένα ψηφίο απαιτεί έως και οκτώ ακίδες (επτά τμήματα συν υποδιαστολή). Για την αποθήκευση GPIO και την απλοποίηση της καλωδίωσης, χρησιμοποιούνται IC αποκωδικοποιητή. Αυτά τα τσιπ μετατρέπουν μια είσοδο δυαδικού κωδικοποιημένου δεκαδικού (BCD) 4-bit στις απαραίτητες επτά εξόδους που οδηγούν τα τμήματα οθόνης, μειώνοντας την απαίτηση σε μόλις τέσσερις γραμμές δεδομένων.
Το 74HC4511 έχει σχεδιαστεί για οθόνες κοινής καθόδου (CC) και παρέχει εξόδους ενεργού HIGH. Περιλαμβάνει χρήσιμες λειτουργίες όπως ενεργοποίηση μανδάλωσης, δοκιμή λαμπτήρα και έλεγχο κενού, που επιτρέπουν σταθερό έλεγχο και δοκιμή οθόνης. Από την άλλη, το SN7447/LS47 λειτουργεί με οθόνες κοινής ανόδου (CA) και εξάγει σήματα ενεργού-LOW. Υποστηρίζει επίσης λειτουργίες δοκιμής λαμπτήρων και κυματισμού, καθιστώντας το κατάλληλο για οδήγηση πολλαπλών ψηφίων σε διαδοχικές οθόνες.
Μέθοδοι οδήγησης για οθόνες 7 τμημάτων
Άμεση κίνηση
Σε αυτήν την προσέγγιση, κάθε τμήμα LED συνδέεται απευθείας από τον ακροδέκτη MCU μέσω μιας αντίστασης. Αν και είναι απλό, απαιτεί έως και 8 ακίδες ανά ψηφίο. Αυτό είναι πρακτικό για μονοψήφιες οθόνες, αλλά αναποτελεσματικό για πολυψήφιες ρυθμίσεις.
IC αποκωδικοποιητή
Ένας αποκωδικοποιητής μειώνει τη χρήση των ακίδων μετατρέποντας μια δυαδική είσοδο 4-bit στις επτά εξόδους που απαιτούνται για την οθόνη. Αυτή η προσέγγιση είναι εξαιρετική για μονοψήφιες ή μικρές οθόνες, μειώνοντας τις απαιτούμενες ακίδες MCU σε μόλις τέσσερις. Γίνεται λιγότερο αποδοτικό κατά την οδήγηση μεγαλύτερων πολυψήφιων συστοιχιών.
Καταχωρητές μετατόπισης
Οι καταχωρητές μετατόπισης λαμβάνουν σειριακά δεδομένα από το MCU και τα μετατρέπουν σε παράλληλες εξόδους. Διαχέονται εύκολα, καθιστώντας τα ιδανικά για πολυψήφιες μονάδες 7 τμημάτων ενώ χρησιμοποιούν πολύ λίγες ακίδες MCU. Αυτή η μέθοδος είναι η πιο επεκτάσιμη και χρησιμοποιείται σε ψηφιακά ρολόγια, μετρητές και πολυπλεξικές οθόνες.
Πολυπλεξία πολυψήφιων οθονών 7 τμημάτων
Όταν χρησιμοποιείτε πολυψήφιες οθόνες 7 τμημάτων, η πολυπλεξία είναι μια κοινή μέθοδος για τον έλεγχό τους χωρίς τη χρήση πάρα πολλών ακίδων. Σε αυτήν την προσέγγιση, μόνο ένα ψηφίο είναι ενεργοποιημένο κάθε φορά, αλλά η εναλλαγή γίνεται τόσο γρήγορα που φαίνεται ότι όλα τα ψηφία είναι ενεργοποιημένα μαζί. Αυτό διευκολύνει τη διαχείριση της οθόνης, ενώ εξακολουθεί να εμφανίζει τους σωστούς αριθμούς.
Για να φαίνεται σταθερή η οθόνη, κάθε ψηφίο πρέπει να ανανεώνεται με αρκετά υψηλό ρυθμό, περίπου 200 φορές το δευτερόλεπτο, ώστε το μάτι να μην παρατηρεί κανένα τρεμόπαιγμα. Ο χρόνος που κάθε ψηφίο είναι ενεργός ονομάζεται κύκλος λειτουργίας, ο οποίος εξαρτάται από τον αριθμό των ψηφίων που ελέγχονται. Ένας μικρότερος κύκλος λειτουργίας σημαίνει ότι τα ψηφία δεν είναι τόσο φωτεινά, επομένως το ρεύμα μπορεί να χρειαστεί να ρυθμιστεί εντός ασφαλών ορίων για να διατηρηθεί η ορατότητα.
Ένα ζήτημα που μπορεί να προκύψει στην πολυπλεξία είναι το ghosting, όπου τα ανεπιθύμητα τμήματα εμφανίζονται αμυδρά φωτισμένα. Αυτό μπορεί να αποφευχθεί απενεργοποιώντας όλα τα ψηφία πριν από την ενημέρωση των σημάτων τμήματος και χρησιμοποιώντας προγράμματα οδήγησης που μπορούν να αλλάξουν γρήγορα καταστάσεις για καθαρότερη λειτουργία.
Οδήγηση οθονών 7 τμημάτων με προγράμματα οδήγησης τρανζίστορ και MOSFET
Συστοιχίες τρανζίστορ Darlington
Αυτά τα IC χρησιμοποιούνται για ρεύμα βύθισης σε οθόνες κοινής καθόδου (CC). Κάθε κανάλι μπορεί να οδηγήσει ένα τμήμα ή ψηφίο, καθιστώντας τα κατάλληλα για οθόνες μεσαίου έως μεγάλου μεγέθους.
Τρανζίστορ PNP και MOSFET P-Channel
Για οθόνες κοινής ανόδου (CA), είναι απαραίτητο το ρεύμα προμήθειας. Τα τρανζίστορ PNP ή τα P-MOSFET παρέχουν το απαιτούμενο ρεύμα στις ανόδους ενώ επιτρέπουν στο MCU να ελέγχει αποτελεσματικά τη μεταγωγή.
Ειδικά IC προγραμμάτων οδήγησης LED
Εξειδικευμένα IC όπως το MAX7219 ενσωματώσουν την πολυπλεξία, τη ρύθμιση ρεύματος και τον έλεγχο φωτεινότητας σε ένα μόνο τσιπ. Αυτά τα προγράμματα οδήγησης μειώνουν σημαντικά την πολυπλοκότητα της καλωδίωσης και απελευθερώνουν πόρους MCU.
Χαρακτήρες που μπορείτε να εμφανίσετε σε οθόνες 7 τμημάτων
ψηφία (0–9)
Ο πρωταρχικός σκοπός των οθονών 7 τμημάτων είναι η εμφάνιση δεκαδικών αριθμών. Όλα τα ψηφία από το 0 έως το 9 μπορούν να εμφανιστούν καθαρά και με ακρίβεια, γι' αυτό και χρησιμοποιούνται σε αριθμομηχανές, ρολόγια και μετρητές.
Δεκαεξαδικοί χαρακτήρες (A–F)
Οι οθόνες 7 τμημάτων μπορούν επίσης να αντιπροσωπεύουν δεκαεξαδικές τιμές. Οι υποστηριζόμενοι χαρακτήρες περιλαμβάνουν τους A, b, C, d, E και F. Αυτό τα καθιστά χρήσιμα σε ψηφιακά ηλεκτρονικά και ενσωματωμένα συστήματα όπου απαιτείται δεκαεξαδική αναπαράσταση.
Περιορισμένα αλφαβητικά γράμματα
Ορισμένα γράμματα, όπως τα P, U, L και H, μπορούν να προσεγγιστούν χρησιμοποιώντας τα επτά τμήματα. Η αναγνωσιμότητα μπορεί να μην είναι πάντα η καλύτερη, καθώς πολλά γράμματα απαιτούν περισσότερα τμήματα από αυτά που παρέχει η οθόνη.
Δεν είναι κατάλληλο για πλήρες κείμενο
Λόγω της περιορισμένης δομής τους, οι οθόνες 7 τμημάτων δεν είναι πρακτικές για την εμφάνιση λέξεων ή σύνθετων γραμμάτων. Για εφαρμογές με μεγάλο κείμενο, οι σχεδιαστές χρησιμοποιούν συχνά οθόνες dot-matrix ή αλφαριθμητικές μονάδες LCD/LED.
Συμβουλές PCB και καλωδίωσης για οθόνες 7 τμημάτων
• Τοποθετήστε αντιστάσεις περιορισμού ρεύματος κοντά στις ακίδες LED για να διατηρήσετε σταθερή φωτεινότητα και να μειώσετε τις πτώσεις τάσης στα ίχνη.
• Χρησιμοποιήστε μεγάλα ίχνη PCB για κοινές γραμμές ανόδου ή καθόδου, καθώς μεταφέρουν υψηλότερα ρεύματα για πολλά τμήματα ταυτόχρονα.
• Προσθέστε ένα συμπαγές επίπεδο γείωσης για να παρέχετε σταθερές διαδρομές επιστροφής, να ελαχιστοποιήσετε τον θόρυβο και να βελτιώσετε τη συνολική απόδοση του κυκλώματος.
• Διατηρήστε τις γραμμές με δυνατότητα ψηφίων σύντομες και καλά δρομολογημένες για να αποφύγετε προβλήματα θορύβου και να εξασφαλίσετε γρήγορες μεταβάσεις για ομαλή πολυπλεξία.
Συμπέρασμα
Οι οθόνες 7 τμημάτων είναι πρακτικές, ανθεκτικές και χρησιμοποιούνται ευρέως για την εμφάνιση αριθμών σε συσκευές όπως ρολόγια, αριθμομηχανές, μετρητές και αντλίες καυσίμου. Μπορούν να λειτουργήσουν ως κοινή κάθοδος ή κοινή άνοδος και να οδηγούνται από μικροελεγκτές, IC αποκωδικοποιητή ή καταχωρητές μετατόπισης. Αν και δεν είναι κατάλληλα για πλήρες κείμενο, η αποτελεσματικότητα και η αξιοπιστία τους τα καθιστούν απαραίτητα σε πολλές εφαρμογές.
Συχνές ερωτήσεις [FAQ]
Ποια υλικά χρησιμοποιούνται σε οθόνες 7 τμημάτων;
Είναι κατασκευασμένα από LED ημιαγωγών (GaAsP για κόκκινο/πορτοκαλί, GaP για πράσινο) που στεγάζονται σε εποξειδική ρητίνη για προστασία και διαμόρφωση φωτός.
Μπορούν οι οθόνες 7 τμημάτων να χρησιμοποιηθούν σε εξωτερικούς χώρους;
Ναι, αλλά μόνο οι εκδόσεις υψηλής φωτεινότητας ή μεγάλου τμήματος είναι κατάλληλες. Οι τυπικές οθόνες είναι πολύ αμυδρές για το άμεσο ηλιακό φως.
Πόσο διαρκεί μια οθόνη 7 τμημάτων;
Μια καλά οδηγημένη οθόνη διαρκεί 50.000 έως 100.000 ώρες. Η υπερένταση ή η υπερθέρμανση μειώνει τη διάρκεια ζωής.
Ποιος είναι ο καλύτερος ρυθμός ανανέωσης για οθόνες πολυπλεξίας;
Τα περισσότερα λειτουργούν καλύτερα μεταξύ 100 Hz και 1 kHz. Οι συχνότητες κάτω των 100 Hz προκαλούν τρεμόπαιγμα, ενώ οι συχνότητες άνω του 1 kHz σπαταλούν πόρους.
Υπάρχουν πολύχρωμες οθόνες 7 τμημάτων;
Ναι. Ορισμένα μοντέλα χρησιμοποιούν δίχρωμες ή RGB LED, επιτρέποντας πολλαπλές επιλογές χρωμάτων σε μία οθόνη.
Ποιο καταναλώνει περισσότερη ενέργεια, οθόνες 7 τμημάτων ή οθόνες LCD;
Τα LED 7 τμημάτων καταναλώνουν περισσότερη ενέργεια από τις οθόνες LCD. Οι οθόνες LCD προτιμώνται για συσκευές χαμηλής κατανάλωσης, ενώ οι λυχνίες LED είναι πιο φωτεινές και πιο ανθεκτικές.