Hvad er LED-skærme i syv-segmentet?Forståelse af teknologien bag tallene
En syv-segment display (SSD) er en type elektronisk skærm, der bruges til at vise numre og nogle bogstaver.Den dukkede først op i de tidlige 1900'ere og blev populær, fordi det er enkelt og fungerer godt.LED-baserede syv-segmentskærme er vidt brugt, fordi de er lyse og lette at se.De kommer i forskellige størrelser, fra små i håndholdte gadgets til store paneler, der kan ses langt væk under forskellige lysforhold.Denne artikel ser på detaljerne og typer af syv-segmentskærme, inklusive deres dele, hvordan de fungerer, og deres fordele i forhold til andre skærme som LCD'er.Det forklarer også forskellene mellem almindelig anode og katode, og hvordan disse passer til forskellige elektroniske behov.Artiklen udforsker yderligere, hvordan ni, fjorten og seksten-segment-skærme forbedrer karaktergenkendelse og udvider deres anvendelser.Katalog
Figur 1: Syv-segment LED-display
Struktur af et syv-segment LED
Et SEV-segment LED-display består af otte dele: syv segmenter mærket fra 'A' til 'G' og et decimalpunkt (DP).Hvert segment er en lille LED konfigureret til at danne dele af tal og nogle bogstaver, når de er oplyst i kombination.Her er et detaljeret kig på hvert segment og dets funktion:
Segment 'A':
Dette vandrette segment er placeret øverst på displayet.Det lyser op for at danne den øverste del af tal og bogstaver som 0, 2, 3, 5, 6, 7, 8, 9, A, E og F.
Segment 'B':
Fundet på øverste højre side er dette lodrette segment god til at danne den rigtige del af mange tal og bogstaver.Det vises i 0, 1, 2, 3, 4, 7, 8, 9, A, B, D og E.
Segment 'C':
Beliggende på nederste højre side, fungerer dette lodrette segment med segmentet 'B' for at afslutte højre side af tegn.Det bruges i 0, 1, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 og A, D.
Segment 'D':
Dette vandrette segment er i bunden af skærmen.Det danner basen for de fleste tal og nogle bogstaver, der lyser op i 0, 2, 3, 5, 6, 8, 9, A, D, E og G.
Segment 'e':
Fundet på nederste venstre side hjælper dette lodrette segment med at danne den venstre nedre del af tegn.Det lyser op i 0, 2, 6, 8, E og F.
Segment 'f':
Beliggende på øverste venstre side parrer dette lodrette segment med segmentet 'e' for at afslutte venstre side af tegn.Det er aktivt i 0, 4, 5, 6, 8, 9, E og F.
Segment 'g':
Dette mellemhorisontale segment krydser skærmen.Det tilføjer slagtilfælde til at danne numre og bogstaver effektivt, der vises i 2, 3, 4, 5, 6, 8, 9, A, E og G.
Decimal Point (DP):
Placeret til nederst til højre for segmenterne og decimalpunktet bruges til at vise decimalværdier.Dette forbedrer displayets evne til at vise præcise numeriske værdier som monetære mængder eller målinger.
Hvert segment kan kontrolleres individuelt eller i kombination for at repræsentere en lang række numeriske og nogle alfabetiske data.Dette gør det syv-segment display bedst til enkle digitale aflæsninger.
Figur 2: Syv-segment LED-displaydele
Sammenligning af LED -skærme og LCD'er
Strømbrug og effektivitet
LED -skærme: Brug mere strøm, fordi de udsender lys direkte fra dioder.De er meget synlige, selv på lyse steder.
Lcds: Brug mindre strøm, da de ikke udsender lys direkte.De har brug for baggrundsbelysning eller en reflekterende overflade, hvilket gør dem mere energieffektive og gode til batteridrevne enheder.
Synlighed og lysstyrke
LED-skærme: Meget lyse og klare, gode til udendørs og godt oplyste områder.De forbliver klar fra forskellige vinkler uden at miste kvalitet.
• LCD'er: Moderne er bedre med synlighed og lysstyrke på grund af forbedrede baggrundsbelysninger og farve, men de har ofte begrænsede visningsvinkler og lavere lysstyrke sammenlignet med LED'er.
Koste
LED -skærme: Enkel design, lettere og billigere at gøre for at vise begrænsede tal og karakterer.
LCD'er: mere komplekse med ekstra lag og dele som filtre og flydende krystalceller.Dette gør dem dyrere, men i stand til at vise detaljerede billeder og tekster.
Levetid
LED-skærme: holdbar og langvarig, kan håndtere hårde forhold.Mindre påvirket af ting som temperatur og fugtighed.
LCD'er: holdbar, men kan have problemer i ekstreme temperaturer og kan lide af billedopbevaring eller "indbrænding" over tid.
Figur 3: LED -skærme og LCD'er
Typer af syv-segmentskærme
Fælles anode
I en fælles anodeopsætning er anoderne for alle LED'er (eller dioder) forbundet til et delt punkt som regel den positive spændingsforsyning.Hver LED eller diodes katode er derefter forbundet til kontrolkredsløbet eller malet gennem en modstand individuelt.For at belyse en bestemt LED anvender du en lav spænding (nær jorden) på dens katode.Påføring af en højere spænding (nær den positive forsyning) til katoden slukker LED -af.
Hvordan fungerer det?
Når du bruger en fælles anodedisplay med en mikrokontroller, lyser de individuelle segmenter ved at jordforbinde deres respektive katoder.Mikrokontrolleren sender et lavt signal (0V eller jord) til katoden for det segment, der skal belyser.Dette gør det muligt for strøm at strømme fra den almindelige anode gennem segmentet til jorden og tænde det op.For at slukke for et segment sender mikrokontrolleren et højt signal (tæt på forsyningsspændingen) og stopper den aktuelle strømning og holder segmentet mørkt.
I en almindelig anode syv-segment-skærm er alle anodeforbindelser i LED-segmenterne forbundet til en enkelt fælles pin og derefter knyttet til den positive spændingsforsyning (logik "1").Som et resultat er alle anoder i et stort potentiale.For at belyse et bestemt segment påføres en lav spænding (logik "0") til dens katode og jordforbindelse.Dette afslutter kredsløbet mellem det høje potentiale ved anoden og det lave potentiale ved katoden, hvilket får segmentet til at tænde.
Fordele
Anode viser fungerer godt med positive logiske kredsløb, hvor en høj output (logik 1) betyder, at segmentet er slukket, og en lav output (logik 0) betyder, at segmentet er på.Dette er også enkelt for mange digitale designere.Med anoden tilsluttet et enkelt positivt forsyningspunkt er ledningerne ligetil og reducerer den samlede kredsløbskompleksitet.
Ulemper
Mikrokontrolleren eller driverkredsløbet skal købe strøm for at lyse op de segmenter, der kan være vanskelige for applikationer med lav effekt eller controllere med begrænsede aktuelle sourcing-kapaciteter.
Figur 4: Almindelig anode og almindelig katode
Almindelig katode
En almindelig katodekonfiguration forbinder katoderne for alle LED'er til et delt punkt og er knyttet til jorden eller negativ spændingsforsyning.Anoderne er forbundet med den positive forsyning gennem individuelle modstande.For at tænde en LED anvender du en høj spænding (nær den positive forsyning) til dens anode.Sænkning af anodespændingen til nær jordoverfladen slukker LED'en.
Hvordan fungerer det?
Når man bruger en fælles katodedisplay med en mikrokontroller, lyser de individuelle segmenter ved at anvende et højt signal på deres respektive anoder.Mikrokontrolleren sender et højt signal (tæt på forsyningsspændingen) til segmentets anode, der skal belyser.Dette gør det muligt for strøm at strømme fra anoden gennem segmentet til den almindelige katode (jord) og tænde den op.For at slukke for et segment sender mikrokontrolleren et lavt signal, stopper den aktuelle strømning og holder segmentet mørkt.
I en almindelig katodes syv-segment-skærm er alle katodeforbindelser i LED-segmenterne bundet til en fælles pin, der er forbundet til jorden eller nul spændingsniveau (logik "0").I denne konfiguration er katoderne ved et lavt potentiale.For at lyse op et segment påføres en højspænding (logik "1") på sin anode, hvilket hæver sit potentiale i forhold til katoden.Dette højere potentiale ved anoden i forhold til katoden giver segmentet mulighed for at tænde op.
Fordele
Almindelig katode viser fungerer godt med negative logikkredsløb, hvor en høj output (logik 1) betyder, at segmentet er på, og en lav output (logik 0) betyder, at segmentet er slukket.Endvidere er mikrokontrolleren eller førerkredsløbet nødt til at synke strømmen for at tænde segmenterne og ofte mere effektive og håndterbare for mange controllere, især dem, der er designet med høje aktuelle synkende kapaciteter.
Ulemper
Den almindelige katode kræver flere ledningsforbindelser, da hvert segments anode skal være individuelt tilsluttet til kontrolkredsløbet, hvilket gør kredsløbsdesignet mere komplekst.
Forskelle mellem almindelig anode og almindelige katodeklæringer
|
Aspekt |
Almindelige anodeskærme |
Almindelige katodeklæringer |
|
Kørsel af logik |
Segmenter aktiveret ved at trække katoden
til jorden (logik "0"). |
Segmenter aktiveret ved at køre anoden
Høj (logik "1"). |
|
Kompatibilitet med logiske familier |
Bedst med logiske familier den kilde
Nuværende (højt logisk niveau). |
Bedst med logiske familier, der synker
Nuværende (lavt logisk niveau). |
|
Kredsløbsdesign og kompleksitet |
Kan være mere kompliceret at interface med
Mikrokontrollere. |
Lettere at interface med mikrokontrollere
Denne output højspænding for logik "1". |
|
Tilgængelighed og valg af chauffører |
Nogle chauffører er optimeret til fælles
Anodekonfiguration. |
Nogle chauffører er optimeret til fælles
Katodekonfiguration. |
|
Strømforbrug |
Spændingsstyring kan påvirke strømmen
forbrug ved forskellige lysstyrke niveauer og under multiplexing. |
|
Hvordan fungerer syv-segment-skærme?
Syv-segment-skærme fungerer ved at tænde lysdioder.En LED lyser op, når dens anode er ved en højere spænding end dens katode.Lysstyrken afhænger af strømmen gennem den, reguleret af et førerkredsløb for at sikre optimal synlighed uden at overbelaste LED'erne.
Kontrol af segmenter involverer at tænde eller slukke dem ved at sende signaler.Signaler kan sendes manuelt eller digitalt via en mikrokontroller eller en driver IC som 4511 BCD-til-syv-segmentdekoder/driver, der konverterer binære kodede decimal (BCD) input til de tilsvarende signaler for at kontrollere segmenterne.
Figur 5: Syv-segmentskærme
Sandhedstabel
En sandhedstabel viser, hvilke segmenter der skal tændes for hver karakter.Her er et eksempel på cifre 0 til 9 og nogle bogstaver (A, B, C, D, E, F):
|
Karakter |
EN |
B |
C |
D |
E |
F |
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 |
|
EN |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
|
b |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
|
C |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
|
d |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
|
E |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
|
F |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
Hvordan bruger jeg denne tabel til programmering af syv-segmentskærme?
Hver kolonne under et segment (A til G og DP for decimalpunkt) viser den tilstand, der er nødvendig for, at det segment skal vise karakteren.
• "1" betyder, at segmentet er på (belyst).
• "0" betyder, at segmentet er slukket.
Butikværdier
• Opbevar disse værdier i en byte eller en række boolske værdier.
• Hver bit eller boolsk repræsenterer et segment.
Eksempel - Visning af "5"
• Find rækken til "5" i tabellen.
• Indstil segmenter A, C, D, F og G til 1.
• Indstil segmenter B, E og DP til 0.
Send data for at få vist
• Brug direkte GPIO -pin -kontrol på en mikrokontroller.
• Brug alternativt en driver IC, der fortolker signalerne og udsender de korrekte spændinger til segmenterne.
Ser man på den rigtige række og indstiller segmenterne som angivet, kan du programmere displayet for at vise forskellige tegn.
Hvordan 4511-driveren fungerer med syv-segmentskærme?
4511-driveren er en chip, der hjælper med at vise numre på syv-segmentskærme.Det konverterer binære kodede decimal (BCD) input til signaler, der lyser op for de rigtige segmenter på displayet.Denne chip fungerer godt med almindelige katodeskærme, hvor alle segmentkatoder er forbundet til jorden.
Når det er i brug, får 4511-driveren en fire-bit BCD-indgang, står for et decimaltal fra 0 til 9. Hver bit kan være enten høj (1) eller lav (0).Driveren læser dette input og lyser de korrekte segmenter på displayet.For eksempel for at vise nummer 5 er BCD -input 0101. Driveren lyser derefter op segmenter A, C, D, F og G.Inde i driveren afkoder logiske porte BCD -input til at kontrollere hvert segment.Outputene giver de nødvendige spændingsniveauer til at lyse op segmenterne i en fælles katodeopsætning, hvor en høj output tænder på et segment.
Tilslutning af en 4511-driver til mikrokontrollere gør syv-segment-skærme mere funktionelle og automatiserede i digitale systemer.Mikrokontrollere kan sende BCD -værdier gennem deres digitale I/O -stifter til 4511 -driveren og derefter vise det tilsvarende antal.Denne opsætning er nyttig til systemer med flere numeriske skærme, der har brug for samtidig kontrol.Mikrokontrolleren kan opdatere displayværdier baseret på sensordata, brugerindgange eller interne beregninger.
For at integrere driveren med en mikrokontroller skal du tilslutte BCD -udgangsstifterne i mikrokontrolleren til BCD -indgangsstifterne i 4511 -driveren.Andre forbindelser kan kontrollere displayaktivering eller deaktiveret funktion og decimalpunktet, afhængigt af applikationen.I et digitalt ur kan en mikrokontroller sende tidsdata til flere 4511 chauffører for at vise timer, minutter og sekunder.Mikrokontrollere kan arbejde med andre kontrolenheder som switches, tastaturer eller netværksgrænseflader, der fremstiller komplekse brugergrænseflader, der bruger syv-segmentskærme.
Figur 6: 4511 Driver arbejder med syv-segmentskærme
Anvendelser af syv-segmentskærme
Digitale ure: Vis tiden med høj synlighed.
Figur 7: Syv-segmentskærmur
Husholdningsapparater: Brugt i mikrobølger og ovne til at vise tilberedningstider og temperaturer for praktisk og effektiv.
Bilindustri: Brugt i bildashboards til speedometre og brændstofmålere til hurtige og klare aflæsninger.
Figur 8: Syv-segment Display Speedometers og brændstofmålere
Offentlig informationsskærme: Almindelig i elevatorer og offentlig transportplatforme, visning af tal eller enkle meddelelser i et format, som alle kan forstå.
Gaming og underholdning: Pinball- og spilleautomater bruger dem til at vise scoringer og spilinformation dynamisk.
Industrielle kontrolpaneler: Foretrukket i hårde miljøer til at vise aflæsninger som temperaturer og tryk, fordi de er holdbare og lette at forbinde med elektroniske kredsløb.
Rollen af disse skærme på Internet of Things (IoT)
Syv-segmentskærme er vigtige i designet af grænseflader til mange smarte enheder i Internet of Things (IoT).
For det første perfekt til små, batteridrevne eller energibesparende systemer, der bruges i IoT-applikationer.
Tilvejebringer derefter klare statusudgange eller temperaturindstillinger i smarte hjemmeenheder som termostater og sikkerhedssystemer, hvilket gør brugerinteraktion enkel og billig.
Dernæst er let at integrere med sensorer og mikrokontrollere, der bruges i IoT -enheder.
Endelig bruges til applikationer som smarte målere og andre overvågningsenheder, især i fjerntliggende eller vanskeligt tilgængelige områder, hvilket giver øjeblikkelig visuel feedback til at advare brugere om ændringer eller problemer.
Fordele og begrænsninger
Enkelhed og brugervenlighed
Syv-segmentskærme er lette at bruge, fordi de viser tal og et par tegn direkte.De har ikke brug for kompleks programmering eller ekstra software og perfekte til systemer, der har brug for grundlæggende numeriske skærme.
Omkostningseffektivitet
Disse skærme er billigere sammenlignet med avancerede display -teknologier.De bruger færre komponenter og enklere kontrolmekanismer, reducerer de samlede omkostninger ved enheden.
Høj synlighed
Designet sikrer læsbarheden, selv under tilstande med lavt lys.Hvert segment udsender lyst, distinkt lys, der giver høj kontrast på baggrund og forbedrer synligheden.
Holdbarhed
Lavet af robuste materialer, syv-segmentskærme kan håndtere temperaturvariationer og fysisk stress.
Begrænset funktionalitet
Den største ulempe er deres begrænsede funktionalitet.De kan kun vise numre og et par tegn, hvilket gør dem uegnet til applikationer, der har brug for tekst eller kompleks grafik.
Begrænsede visningsvinkler
Disse skærme har ofte begrænsede visningsvinkler, en ulempe i situationer, hvor information skal være synlige fra forskellige perspektiver, såsom udendørs eller store områder.
Højere strømforbrug
Syv-segment-skærme bruger mere strøm end andre typer, som LCD'er.Hvert tændt segment har brug for kontinuerlig strøm og mindre ideelt til batteridrevet eller strømfølsomme applikationer.
Begrænset tilpasning
Design og funktionalitet er faste, der begrænser dem til standardcifre og tegn.Denne mangel på fleksibilitet kan være et problem i applikationer, der kræver mere tilpasning.
Udvidede sorter af segmenterede skærme
Ni segmentskærme
Den ni-segment-skærm bygger på standard syv-segmentmodellen ved at tilføje to diagonale segmenter, der er placeret i de øvre og nedre dele af skærmen.Disse skærme fik popularitet i 1970'erne, især i regnemaskiner, digitale ure og tidlige elektroniske enheder.
Figur 9: Ni-segmentskærm
Fjorten segmentskærme
Den fjorten-segmentskærm, ofte kaldet en "Union Jack"-skærm på grund af dets lighed med det britiske flag, når alle segmenter er tændt, udvider den syv-segmentstruktur med fire diagonale segmenter, to lodrette og et splittet mellemhorisontalt segment.Dette komplicerede design giver mulighed for en bredere vifte af symboler og bogstaver, hvilket forbedrer displayets evne til at formidle information.Disse skærme bruges ofte i underholdnings- og husholdningsenheder som pinball -maskiner, spilleautomater, videobåndoptagelser, mikrobølgeovne og regnemaskiner.
Figur 10: Fjorten-segment display
Seksten segmentskærme
Den seksten-segment-skærm går et skridt videre end den fjorten-segmentversion ved at opdele de øverste og bundne vandrette segmenter i to yderligere segmenter.Dette layout giver endnu større fleksibilitet i karakterrepræsentation og muliggør visning af komplekse symboler og forbedring af alfanumerisk synlighed.Seksten-segmentskærme bruges ofte i bilstereoanlæg, telefonopkalds-ID-skærme og andre multimedie-grænseflader, der kræver detaljeret karakterdisplay.
Figur 11: Seksten segmentskærme
Denne tabel skitserer forskellige typer segmenterede skærme og deres funktioner:
|
Visningstype |
Beskrivelse |
|
Ni-segmentskærme |
Bedre karakterdifferentiering end
syv-segment. |
|
Fjorten-segmentskærme |
Flere tegn og brugt i forbrugeren
Elektronik. |
|
Seksten-segmentskærme |
Mest detaljerede og adskiller lignende
tegn. |
Konklusion
Undersøgelse af syv-segmentskærme og deres avancerede versioner viser deres betydning i digitale skærme.Selv med nyere teknologier er der stadig syv-segmentskærme værdifulde, fordi de er enkle, billige og pålidelige.Denne artikel dækker deres grundlæggende struktur, hvordan de fungerer, og sammenligner dem med LCD'er.Diskussionen om deres anvendelse i Internet of Things (IoT) og forskellige brancher fremhæver deres fleksibilitet og varige betydning.Flytningen fra syv-segment til seksten-segmentskærme viser den igangværende indsats for bedre funktionalitet og visuel kommunikation.I sidste ende beviser syv-segmentskærme, at grundlæggende ingeniørløsninger kan understøtte komplekse systemer og afbalancere gamle metoder med nye ideer i den digitale verden.
Ofte stillede spørgsmål [FAQ]
1. Hvorfor kaldes det en 7-segment-skærm?
En 7-segment-skærm får sit navn fra at have syv lette segmenter, der kan tændes eller slukkes i forskellige mønstre for at vise numre og nogle bogstaver.Disse segmenter er arrangeret i et mønster, der ligner en figur otte.
2. Hvordan kontrollerer du et 7 segment -LED -display?
Du kontrollerer en 7-segment LED-skærm ved at sende elektriske signaler til de segmenter, du vil lyse op.Dette gøres normalt med en mikrokontroller eller et digitalt kredsløb, der sender høje eller lavspændingssignaler til hvert segments kontrolstift, der tænder eller slukker dem efter behov.
3. Hvordan ved man, om 7-segment er katode eller anode?
For at finde ud af, om en 7-segment-skærm er almindelig katode eller almindelig anode, skal du kontrollere ledningerne eller databladet.I en fælles katodedisplay er alle de negative sider (katoder) forbundet sammen, og du lyser op segmenter ved at anvende positiv spænding.I en fælles anodedisplay er alle de positive sider (anoder) tilsluttet, og du lyser op segmenter ved at anvende jord eller lav spænding.
4. Hvordan kontrollerer man arbejdet med en syv-segment-skærm?
For at kontrollere, om et syv-segment display fungerer, skal du anvende strøm på hvert segment en efter en og se, om de lyser op.Brug en strømkilde med de rigtige modstande, og forbinder den til hvert segments pin, mens den almindelige pin (katode eller anode) er tilsluttet henholdsvis jord eller strøm.Hvis hvert segment lyser op, fungerer displayet.
5. Hvordan tester du en 7-segment-skærm med et multimeter?
For at teste en 7-segmentskærm med et multimeter skal du indstille den til diodetesttilstand.Tilslut den almindelige pin (anode eller katode) til den tilsvarende multimeter bly (positiv for anode, negativ for katode).Rør ved den anden føring til hvert segmentstift.Et arbejdssegment viser et spændingsfald på multimeteret (ca. 1,7 til 2,0 volt for lysdioder).Hvis der ikke er nogen spændingsfald, kan segmentet muligvis være defekt.
6. Hvor mange stifter er der på et syv segment LED?
En grundlæggende enkelt syv-segmentskærm har 10 stifter-syv for hvert segment, en til decimalpunktet og to for de almindelige forbindelser (enten katode eller anode).Antallet af stifter kan variere med dobbelte skærme eller yderligere funktioner.