Màn hình 7 đoạn là một thành phần điện tử đơn giản được làm từ bảy thanh LED hiển thị số, một vài chữ cái và thậm chí cả các giá trị thập lục phân. Nó được sử dụng trong đồng hồ, máy tính, đồng hồ và thiết bị vì nó có công suất thấp, đáng tin cậy và dễ sử dụng. Bài viết này giải thích chi tiết sơ đồ chân, thông số kỹ thuật, phương pháp lái xe và mẹo thiết kế.
Tổng quan về màn hình 7 phân đoạn
Màn hình 7 đoạn là một trong những thiết bị hiển thị điện tử đơn giản nhất nhưng được sử dụng nhiều nhất để hiển thị dữ liệu số và các ký tự hạn chế. Nó được tạo thành từ bảy thanh LED được sắp xếp theo kiểu hình số tám, có thể được chiếu sáng theo nhiều cách kết hợp khác nhau để tạo thành các chữ số từ 0 đến 9, cũng như một vài ký tự bảng chữ cái. Nhiều phiên bản cũng bao gồm một đoạn dấu thập phân (dp) bổ sung để hiển thị các số dấu phẩy động, làm cho chúng phù hợp với máy tính, đồng hồ, đồng hồ và thiết bị điện tử. Sự đơn giản, tiêu thụ điện năng thấp và giao tiếp dễ dàng với bộ vi điều khiển đã giúp chúng phù hợp ngay cả với sự gia tăng của màn hình LCD và OLED. Nhờ thiết kế chắc chắn, chúng cũng được tìm thấy trong các thiết bị công nghiệp, dụng cụ thử nghiệm và hệ thống nhúng, nơi yêu cầu độ tin cậy.
Cấu hình sơ đồ chân hiển thị 7 phân đoạn
| Số pin | Tên ghim | Vai trò ghim |
|---|---|---|
| 1 | Chân E | Quản lý đoạn đèn LED ở đầu dưới cùng bên trái. |
| 2 | Chân D | Chịu trách nhiệm về phân đoạn đèn LED ở phần thấp nhất. |
| 3 | Ghim chung | Kết nối với VCC hoặc mặt đất, tùy thuộc vào loại màn hình. |
| 4 | Chân C | Điều khiển đoạn đèn LED ở vị trí dưới cùng bên phải. |
| 5 | Chốt DP | Điều khiển phân đoạn đèn LED dấu thập phân. |
| 6 | Chân B | Quản lý đoạn đèn LED ở trên cùng bên phải. |
| 7 | Ghim A | Hướng dẫn hoạt động của phân đoạn LED trên cùng. |
| 8 | Ghim chung | Tương tự như Pin 3; kết nối với VCC hoặc mặt đất. |
| 9 | Chân F | Chạy đoạn LED ở đầu trên cùng bên trái. |
| 10 | Chân G | Điều khiển việc chuyển đổi phân đoạn LED ở giữa. |
Mỗi chữ số được tạo thành bởi bảy đoạn LED, được dán nhãn A đến G và một dấu thập phân (DP) tùy chọn. Bằng cách chiếu sáng các tổ hợp khác nhau của các phân đoạn này, số và một số chữ cái có thể được hiển thị. Các chân ở dưới cùng kết nối với từng đoạn, dấu thập phân và các thiết bị đầu cuối chung (COM), có thể được gắn với điện áp nối đất hoặc nguồn cung cấp, tùy thuộc vào việc màn hình là cực âm chung hay cực dương chung.
Các công dụng khác nhau của màn hình 7 phân đoạn
Đồng hồ kỹ thuật số
Màn hình 7 đoạn được sử dụng trong đồng hồ kỹ thuật số để hiển thị giờ, phút và giây ở định dạng số dễ đọc. Khả năng hiển thị rõ ràng của chúng làm cho chúng phù hợp với cả thiết bị chấm công tiêu dùng và công nghiệp.
Máy tính
Máy tính bỏ túi và máy tính để bàn dựa trên màn hình 7 phân đoạn để hiển thị kết quả số. Yêu cầu năng lượng thấp của chúng đảm bảo tuổi thọ pin dài, ngay cả trong các thiết bị nhỏ gọn.
Dụng cụ đo lường
Đồng hồ vạn năng, vôn kế, ampe kế và bộ đếm tần số thường sử dụng màn hình 7 đoạn để cung cấp kết quả đọc số chính xác, đảm bảo sự rõ ràng cho các kỹ sư và kỹ thuật viên.
Thiết bị gia dụng
Các thiết bị như lò vi sóng, máy giặt và máy điều hòa không khí sử dụng màn hình 7 đoạn để hiển thị cài đặt thời gian, nhiệt độ và chương trình.
Bơm nhiên liệu
Máy phân phối nhiên liệu sử dụng màn hình 7 phân đoạn để hiển thị số lượng và chi phí nhiên liệu, cung cấp cho khách hàng dữ liệu rõ ràng và theo thời gian thực.
Bảng điểm
Bảng điểm thể thao sử dụng màn hình 7 đoạn lớn để hiển thị điểm số, bộ đếm thời gian và đếm ngược có thể nhìn thấy từ xa.
Cực âm chung so với cực dương chung trong màn hình 7 đoạn
Cực âm chung (CC)
Tất cả các cực âm (âm) của đèn LED được buộc với nhau và kết nối với đất (GND). Một phân đoạn sáng lên khi điện áp CAO được đặt vào chân tương ứng của nó.
Loại này rất dễ sử dụng với vi điều khiển hoặc IC trình điều khiển cung cấp dòng điện trực tiếp.
Cực dương chung (CA)
Tất cả các cực dương (dương) được gắn với nhau và kết nối với VCC. Một phân đoạn bật khi chốt của nó được kéo THẤP (xuống đất). Hoạt động tốt nhất với trình điều khiển chìm dòng điện.
Xác định loại
Sử dụng đồng hồ vạn năng ở chế độ diode. Đối với cực dương chung, hãy kết nối đầu dò màu đỏ với chân chung và đầu dò màu đen với chân phân đoạn, nếu đoạn sáng thì đó là CA. Đảo ngược các đầu dò để kiểm tra cực âm chung.
Thông số kỹ thuật điện của màn hình 7 đoạn
| Tham số | Phạm vi |
|---|---|
| Điện áp chuyển tiếp (Vf) | 1.8–2.4 V (Đỏ/Vàng: \~1.8–2.0 V, Xanh lục/Xanh lam: \~2.0–2.4 V) |
| Dòng chuyển tiếp (Nếu) | 10–30 mA (20 mA mỗi phân đoạn là tiêu chuẩn) |
| Dòng điện đỉnh | Lên đến 100 mA (chỉ hoạt động xung/ghép kênh) |
| Cường độ sáng | 1–10 mcd (giá trị cao hơn = sáng hơn) |
| Bước sóng (Màu) | Đỏ: 620–630 nm, Xanh lục: 565 nm |
| Góc nhìn | 50–120 ° |
Tính toán điện trở cho màn hình 7 đoạn
Màn hình 7 đoạn yêu cầu điện trở giới hạn dòng điện cho mỗi đoạn LED để ngăn dòng điện chạy quá mức và độ sáng không đồng đều. Giá trị điện trở được xác định bằng Định luật Ohm, được biểu thị bằng R = (Vcc - Vf) / Nếu, trong đó Vcc là điện áp cung cấp, Vf là điện áp chuyển tiếp của đèn LED và Nếu là dòng chuyển tiếp mong muốn. Ví dụ: với nguồn cung cấp 5 V, điện áp chuyển tiếp là 2.0 V trên mỗi phân đoạn và dòng điện mục tiêu là 10 mA, phép tính trở thành (5 - 2) ÷ 0.01 = 300 Ω. Vì điện trở có giá trị tiêu chuẩn, tốt nhất bạn nên chọn tùy chọn cao hơn tiếp theo, chẳng hạn như 330 Ω, để đảm bảo an toàn. Mỗi phân đoạn phải có điện trở riêng, vì việc chia sẻ một điện trở trên chân chung gây ra mức độ sáng không đồng đều. Đối với màn hình ghép kênh, hoạt động xung cũng cần được xem xét khi điều chỉnh giá trị điện trở.
Lái màn hình 7 đoạn với IC giải mã
Điều khiển màn hình 7 đoạn trực tiếp từ bộ vi điều khiển có thể nhanh chóng tiêu thụ chân I / O vì một chữ số yêu cầu tối đa tám chân (bảy phân đoạn cộng với dấu thập phân). Để tiết kiệm GPIO và đơn giản hóa hệ thống dây điện, IC giải mã được sử dụng. Các chip này chuyển đổi đầu vào thập phân (BCD) mã hóa nhị phân 4 bit thành bảy đầu ra cần thiết để điều khiển các phân đoạn hiển thị, giảm yêu cầu xuống chỉ còn bốn dòng dữ liệu.
74HC4511 được thiết kế cho màn hình cực âm (CC) thông thường và cung cấp đầu ra hoạt động-CAO. Nó bao gồm các tính năng hữu ích như kích hoạt chốt, kiểm tra đèn và kiểm soát trống, cho phép kiểm soát và kiểm tra hiển thị ổn định. Mặt khác, SN7447 / LS47 hoạt động với màn hình cực dương (CA) chung và xuất ra tín hiệu active-LOW. Nó cũng hỗ trợ các chức năng kiểm tra đèn và làm trống gợn sóng, làm cho nó phù hợp để điều khiển nhiều chữ số trong màn hình xếp tầng.
Phương pháp lái xe cho màn hình 7 đoạn
Lái xe trực tiếp
Trong cách tiếp cận này, mỗi đoạn LED kết nối trực tiếp từ chân MCU thông qua một điện trở. Mặc dù đơn giản, nhưng nó yêu cầu tối đa 8 chân trên mỗi chữ số. Điều này thực tế đối với màn hình một chữ số nhưng không hiệu quả đối với thiết lập nhiều chữ số.
IC giải mã
Bộ giải mã làm giảm việc sử dụng chân bằng cách chuyển đổi đầu vào nhị phân 4 bit thành bảy đầu ra cần thiết cho màn hình. Cách tiếp cận này là tuyệt vời cho các chữ số đơn hoặc màn hình nhỏ, cắt giảm các chân MCU cần thiết xuống chỉ còn bốn. Nó trở nên kém hiệu quả hơn khi điều khiển các mảng nhiều chữ số lớn hơn.
Thanh ghi ca
Thanh ghi dịch chuyển lấy dữ liệu nối tiếp từ MCU và chuyển đổi nó thành đầu ra song song. Chúng được xếp tầng dễ dàng, làm cho chúng trở nên hoàn hảo cho các mô-đun 7 đoạn nhiều chữ số trong khi sử dụng rất ít chân MCU. Phương pháp này có khả năng mở rộng nhất và được sử dụng trong đồng hồ kỹ thuật số, bộ đếm và màn hình ghép kênh.
Ghép kênh màn hình 7 đoạn đa chữ số
Khi sử dụng màn hình 7 đoạn nhiều chữ số, ghép kênh là một phương pháp phổ biến để điều khiển chúng mà không cần sử dụng quá nhiều chân. Trong cách tiếp cận này, chỉ có một chữ số được bật tại một thời điểm, nhưng quá trình chuyển đổi diễn ra nhanh đến mức có vẻ như tất cả các chữ số đều được bật cùng nhau. Điều này giúp quản lý màn hình dễ dàng hơn trong khi vẫn hiển thị các con số chính xác.
Để màn hình trông ổn định, mỗi chữ số cần được làm mới với tốc độ đủ cao, khoảng 200 lần mỗi giây, vì vậy mắt không nhận thấy bất kỳ hiện tượng nhấp nháy nào. Khoảng thời gian mỗi chữ số hoạt động được gọi là chu kỳ nhiệm vụ, phụ thuộc vào số lượng chữ số đang được kiểm soát. Chu kỳ làm việc nhỏ hơn có nghĩa là các chữ số không sáng, vì vậy dòng điện có thể cần được điều chỉnh trong giới hạn an toàn để duy trì khả năng hiển thị.
Một vấn đề có thể xảy ra trong ghép kênh là bóng mờ, trong đó các phân đoạn không mong muốn xuất hiện ánh sáng mờ. Điều này có thể tránh được bằng cách tắt tất cả các chữ số trước khi cập nhật tín hiệu phân đoạn và bằng cách sử dụng trình điều khiển có thể thay đổi trạng thái nhanh chóng để hoạt động sạch hơn.
Lái màn hình 7 đoạn với trình điều khiển bóng bán dẫn và MOSFET
Mảng bóng bán dẫn Darlington
Các IC này được sử dụng để chìm dòng điện trong màn hình cực âm (CC) thông thường. Mỗi kênh có thể điều khiển một phân đoạn hoặc chữ số, làm cho chúng phù hợp với màn hình có kích thước từ trung bình đến lớn.
Bóng bán dẫn PNP và MOSFET kênh P
Đối với màn hình cực dương (CA) thông thường, nguồn cung cấp dòng điện là cần thiết. Bóng bán dẫn PNP hoặc P-MOSFET cung cấp dòng điện cần thiết cho các cực dương đồng thời cho phép MCU điều khiển chuyển mạch một cách hiệu quả.
IC trình điều khiển LED chuyên dụng
Các IC chuyên dụng như MAX7219 tích hợp ghép kênh, điều chỉnh dòng điện và điều khiển độ sáng vào một chip duy nhất. Các trình điều khiển này làm giảm đáng kể độ phức tạp của hệ thống dây điện và giải phóng tài nguyên MCU.
Các ký tự bạn có thể hiển thị trên màn hình 7 đoạn
Chữ số (0–9)
Mục đích chính của màn hình 7 đoạn là hiển thị số thập phân. Tất cả các chữ số từ 0 đến 9 có thể được hiển thị rõ ràng và chính xác, đó là lý do tại sao chúng được sử dụng trong máy tính, đồng hồ và đồng hồ.
Ký tự thập lục phân (A–F)
Màn hình 7 đoạn cũng có thể đại diện cho các giá trị thập lục phân. Các ký tự được hỗ trợ bao gồm A, b, C, d, E và F. Điều này làm cho chúng hữu ích trong các thiết bị điện tử kỹ thuật số và các hệ thống nhúng, nơi cần biểu diễn thập lục phân.
Chữ cái giới hạn
Một số chữ cái, chẳng hạn như P, U, L và H, có thể được ước tính bằng cách sử dụng bảy đoạn. Khả năng đọc có thể không phải lúc nào cũng tốt nhất vì nhiều chữ cái yêu cầu nhiều phân đoạn hơn màn hình cung cấp.
Không thích hợp cho toàn văn
Do cấu trúc hạn chế của chúng, màn hình 7 đoạn không thực tế để hiển thị các từ hoặc chữ cái phức tạp. Đối với các ứng dụng nặng văn bản, các nhà thiết kế thường sử dụng màn hình ma trận điểm hoặc mô-đun LCD / LED chữ và số để thay thế.
Mẹo PCB và dây cho màn hình 7 đoạn
• Đặt các điện trở giới hạn dòng điện gần các chân LED để duy trì độ sáng ổn định và giảm sụt áp trên các dấu vết.
• Sử dụng dấu vết PCB rộng cho các đường cực dương hoặc cực âm phổ biến vì chúng mang dòng điện cao hơn cho nhiều phân đoạn cùng một lúc.
• Thêm mặt phẳng nối đất vững chắc để cung cấp đường quay trở lại ổn định, giảm thiểu tiếng ồn và cải thiện hiệu suất tổng thể của mạch.
• Giữ cho các dòng kích hoạt chữ số ngắn và được định tuyến tốt để tránh các vấn đề nhiễu và đảm bảo chuyển đổi nhanh để ghép kênh mượt mà.
Kết luận
Màn hình 7 đoạn thiết thực, bền và được sử dụng rộng rãi để hiển thị các con số trong các thiết bị như đồng hồ, máy tính, đồng hồ và bơm nhiên liệu. Chúng có thể hoạt động như một cực âm chung hoặc cực dương chung và được điều khiển bởi bộ vi điều khiển, IC giải mã hoặc thanh ghi dịch chuyển. Mặc dù không phù hợp với toàn văn bản, nhưng hiệu quả và độ tin cậy của chúng khiến chúng được yêu cầu trong nhiều ứng dụng.
Câu hỏi thường gặp [FAQ]
Những vật liệu nào được sử dụng trong màn hình 7 đoạn?
Chúng được làm bằng đèn LED bán dẫn (GaAsP cho đỏ / cam, GaP cho màu xanh lá cây) được đặt trong nhựa epoxy để bảo vệ và định hình ánh sáng.
Màn hình 7 đoạn có thể được sử dụng ngoài trời không?
Có, nhưng chỉ các phiên bản có độ sáng cao hoặc phân khúc lớn là phù hợp. Màn hình tiêu chuẩn quá mờ đối với ánh nắng trực tiếp.
Màn hình 7 phân đoạn kéo dài bao lâu?
Màn hình điều khiển tốt kéo dài từ 50.000 đến 100.000 giờ. Quá dòng hoặc quá nhiệt làm giảm tuổi thọ.
Tốc độ làm mới tốt nhất cho màn hình ghép kênh là bao nhiêu?
Hầu hết hoạt động tốt nhất trong khoảng từ 100 Hz đến 1 kHz. Tần số dưới 100 Hz gây nhấp nháy, trong khi tần số trên 1 kHz lãng phí tài nguyên.
Màn hình 7 đoạn nhiều màu có tồn tại không?
Có. Một số kiểu máy sử dụng đèn LED hai màu hoặc RGB, cho phép nhiều tùy chọn màu sắc trong một màn hình.
Màn hình 7 phân đoạn hay LCD cái nào tiêu thụ nhiều điện năng hơn?
Đèn LED 7 đoạn tiêu thụ nhiều điện năng hơn màn hình LCD. Màn hình LCD được ưu tiên cho các thiết bị công suất thấp, trong khi đèn LED sáng hơn và chắc chắn hơn.