Как подключить семисегментный индикатор. Подключение и программирование 7-сегментного индикатора к Arduino: пошаговое руководство

Как правильно подключить 7-сегментный индикатор к Arduino. Какие бывают типы индикаторов. Как запрограммировать вывод цифр на дисплей. Какие нюансы нужно учесть при работе с 7-сегментными индикаторами.

Содержание

Что такое 7-сегментный индикатор и как он устроен

7-сегментный индикатор — это электронное устройство для отображения десятичных цифр. Он состоит из 7 светодиодных сегментов, расположенных в форме цифры 8. Каждый сегмент может быть включен или выключен независимо, что позволяет отображать цифры от 0 до 9.

Существует два основных типа 7-сегментных индикаторов:

С общим анодом — все аноды светодиодов соединены вместе
С общим катодом — все катоды светодиодов соединены вместе

Принцип работы индикатора заключается в том, что при подаче напряжения на определенные сегменты, они загораются, формируя нужную цифру. Например, для отображения цифры 1 нужно включить только два сегмента.

Подключение 7-сегментного индикатора к Arduino

Для подключения 7-сегментного индикатора к Arduino понадобится:

7-сегментный индикатор
Резисторы 220 Ом — 7 шт
Соединительные провода
Макетная плата

Схема подключения будет следующей:

Подключите общий вывод индикатора к пину GND Arduino
Подключите каждый сегмент через резистор 220 Ом к цифровым пинам Arduino (например, 2-8)
Подключите десятичную точку (если есть) также через резистор к свободному пину

Обратите внимание на тип вашего индикатора — с общим анодом или катодом. От этого зависит полярность подключения.

Программирование вывода цифр на индикатор

Для вывода цифр на 7-сегментный индикатор используется следующий алгоритм:

Определите массив с комбинациями сегментов для каждой цифры
В функции setup() настройте пины подключения сегментов на выход

В функции loop() используйте массив для включения нужных сегментов

Пример простого кода для вывода цифр от 0 до 9:

«`cpp // Массив с комбинациями сегментов для цифр 0-9 byte digits[10][7] = { {1,1,1,1,1,1,0}, // 0 {0,1,1,0,0,0,0}, // 1 {1,1,0,1,1,0,1}, // 2 {1,1,1,1,0,0,1}, // 3 {0,1,1,0,0,1,1}, // 4 {1,0,1,1,0,1,1}, // 5 {1,0,1,1,1,1,1}, // 6 {1,1,1,0,0,0,0}, // 7 {1,1,1,1,1,1,1}, // 8 {1,1,1,1,0,1,1} // 9 }; // Пины для подключения сегментов int pins[7] = {2,3,4,5,6,7,8}; void setup() { // Настройка пинов на выход for(int i = 0; i < 7; i++) { pinMode(pins[i], OUTPUT); } } void loop() { // Вывод цифр от 0 до 9 for(int i = 0; i < 10; i++) { displayDigit(i); delay(1000); } } void displayDigit(int digit) { for(int i = 0; i < 7; i++) { digitalWrite(pins[i], digits[digit][i]); } } ```

Этот код последовательно выводит цифры от 0 до 9 на индикатор с задержкой в 1 секунду между сменой цифр.

Особенности работы с многоразрядными индикаторами

Если вам нужно отображать числа больше 9, понадобится несколько 7-сегментных индикаторов. В этом случае используется техника динамической индикации:

Каждый разряд подключается через свой управляющий транзистор
Разряды активируются поочередно на короткое время
За счет инерции зрения создается иллюзия одновременного свечения всех разрядов

Для реализации динамической индикации потребуется дополнительный код и компоненты. Это позволит существенно сэкономить на количестве используемых пинов Arduino.

Использование сдвиговых регистров для управления индикатором

Еще один способ сэкономить пины Arduino при работе с 7-сегментными индикаторами — использование сдвиговых регистров. Это позволяет управлять большим количеством сегментов, используя всего 3 пина микроконтроллера.

Принцип работы следующий:

Данные для сегментов побитово загружаются в регистр

По сигналу защелки данные одновременно появляются на выходах
Выходы регистра подключаются к сегментам индикатора

Такой подход особенно удобен при работе с несколькими многоразрядными индикаторами.

Применение 7-сегментных индикаторов в проектах

7-сегментные индикаторы широко используются в различных электронных устройствах и DIY-проектах, например:

Цифровые часы
Термометры
Счетчики
Измерительные приборы
Таймеры и секундомеры

Они позволяют наглядно отображать числовую информацию и легко интегрируются с микроконтроллерами вроде Arduino.

Возможные проблемы при работе с 7-сегментными индикаторами

При работе с 7-сегментными индикаторами могут возникнуть следующие сложности:

Неравномерная яркость сегментов из-за разброса параметров светодиодов
Мерцание при динамической индикации, если частота обновления слишком низкая
Высокое энергопотребление при использовании большого количества разрядов

Ограниченные возможности отображения букв и символов

Большинство этих проблем решается правильным подбором компонентов и оптимизацией программного кода.

Заключение

7-сегментные индикаторы — простой и эффективный способ отображения цифровой информации в проектах на базе Arduino. Правильное подключение и программирование позволяет создавать различные устройства с числовой индикацией.

Ключевые моменты при работе с 7-сегментными индикаторами:

Определите тип индикатора (общий анод или катод)
Используйте токоограничивающие резисторы
Учитывайте особенности динамической индикации для многоразрядных устройств
Оптимизируйте код для экономии ресурсов микроконтроллера

Освоив работу с 7-сегментными индикаторами, вы сможете создавать более сложные и функциональные проекты на базе Arduino.

Семисегментные индикаторы

Mini-Tech
Дисплеи
Семисегментные индикаторы

Новинки

Драйвер шагового двигателя DM542 50В 4.2А

Драйвер DM542 для шаговых двигателей средней мощности с напряжением питания до 50В и током до 4.2А. Управляется встроенным 32-битным микроконтроллером, поддерживает..

525.00грн

XL7015E1 — DC-DC преобразователь TO-252-5L

Микросхема XL7015E1 — это высоковольтный импульсный понижающий (Step-Down) DC-DC преобразователь постоянного напряжения. Выходное напряжение устанавливается ч..

24.00грн

Контроллер точечной контактной сварки NY-D01 100А

NY-D01 100А — усиленная версия платы контроллера точечной контактной сварки. На основе этой платы можно построить можно построить сварочные аппараты различных типов — то..

550.00грн

Муфта гибкая 8x8x25мм

Алюминиевая гибкая муфта 8x8x25мм. Диаметр внутренних отверстий: 8мм с одной стороны, и 8мм — с другой. Фиксация муфты на валу осуществляется с помощью двух внутренних в..

35.00грн

Powerbank 2x USB 6000mAh

Простой Powerbank на 6000mAh c двумя USB-разъемами и максимальным выходным током в 2А. В Power Bank установлены стандартные разъемы: для пит..

450.00грн

Усилитель звуковой AB-класса TDA2030A 18Вт

Одноканальный звуковой усилитель AB-класса на микросхеме TDA2030A с однополярным питанием. Максимальная выходная мощность для микросхемы TDA2030 — 18В. .

40.00грн

Многофункциональная мини-отвертка 8 в 1

Портативный набор отверток. В набор входит 8 сменных наконечников (бит) разных видов — плоских и крестообразных. Неиспользуемые биты хранятся внутри рукоя..

80.00грн

Многоразрядные семисегментные индикаторы. Подключение 5-ти разрядного семисегментного индикатора с общим катодом к двум дешифраторам

Информатика и выч. техника \ Микропроцессорные средства управляющих систем

Страницы работы

4 страницы (Word-файл)

Посмотреть все страницы

Скачать файл

Содержание работы

Многоразрядные семисегментные индикаторы обычно управляются в динамическом режиме, включая цифры по очереди. Если скорость переключения цифр превышает 25 Гц, то глаз человека не различает мигание и видит все цифры одновременно.

Рисунок 13. Подключение 5-ти разрядного семисегментного индикатора с общим катодом к двум дешифраторам.

Управление многоразрядным индикатором проводится по двум каналам. По первому каналу в буферный регистр DD2 передается инверсный код цифры, а по второму каналу в регистр DD1 – двоичный код из нулей и одной единицы в разряде, соответствующем разряду зажигаемой цифры. Высокий уровень напряжения на выходе этого разряда в регистре DD1 открывает соответствующий транзистор VT1 – VT5, в результате чего зажигается цифра в этом разряде индикатора.

В качестве транзисторов VT1 –VT5 можно выбрать КТ3102Е.

Жидкокристаллические семисегментные индикаторы, в частности выпускаемые фирмой Intech LCD Group, включаются и управляются так же, как и светодиодные. Матричные знакосинтезирующие индикаторы, выпускаемые в частности фирмой Data Vision, управляются от встроенных или специальных внешних микропроцессоров.

Группа сигнальных светодиодов и пьезозвонок для получения звукового можно подключить к выходам буферного регистра. Пьезозвонок содержит металлическую мембрану с приклеенной к ней пластиной из пьезокерамики. При подаче на пластину переменного или импульсного напряжения пьезопластина изгибается и генерирует звук. Для повышения громкости звука мембрана помещается в корпус – резонатор. Мембрана пьезозвонка с пьезопластиной характеризуется резонансной частотой (обычно 2.5 – 3 кГц) и сопротивлением на резонансной частоте (обычно 100 – 200 Ом). Громкость пьезозвонка при напряжении 5 В равна 60 – 100 Дб.

U_CC

Рисунок 14. Подключение сигнальных светодиодов и пьезозвонка.

Пьезозвонок (Piezo Buzzer) типа EFM-363L Японской фирмы Murato имеет следующие технические характеристики:

§ Габаритные размеры Ø42 х 16 мм,

§ Громкость 95 Дб на расстоянии 30 см при напряжении 5В,

§ Ток потребления 2 мА при напряжении 5 В,

§ Резонансная частота – 2. 9 кГц.

В качестве VT1 можно выбрать транзистор КТ3102Е. Для управления пьезозвонком от микропроцессора необходимо по входу D7 буферного регистра пропустить импульсный сигнал с частотой 2.9 кГц и скважностью 1. Импульсы напряжения высокого уровня с выхода Q7 буферного регистра открывают транзистор VT1 и в результате появляется звук.

1.10. Пульт управления.

Пульт управления содержит 24 кнопки. Еще одна кнопка устанавливается для реализации ручного сброса МПС «Reset». Применим простейшую схему организации пульта управления с программно организованным опросом кнопок с достаточно высокой частотой.

Выберем кнопки с механическим контактом, например малогабаритные кнопки TS-A1PG-130 с нормально разомкнутыми контактами. Применение механических контактов приводит к известному явлению дребезга, возникающего в момент включения и выключения кнопки. Для устранения дребезга обычно выбирают кнопку с нормально замкнутым и нормально разомкнутым контактами и управляют от нее RS-триггер. Триггер изменяет свое состояние по первому импульсу в серии, возникающей в результате дребезга контактов. Сигнал на выходе триггера отражает сигнал нажатия кнопки, но свободен от дребезга.

В системе с опросом кнопок с высокой частотой можно применить программный метод устранения дребезга контактов. Для этого достаточно принимать решение не по первому сигналу о нажатии кнопки, а по сигналам на нескольких тактах опроса.

Схема пульта управления приведена на следующем рисунке.

Шина данных

Рисунок 15. Пульт управления.

Строки матрицы кнопок через развязывающие диоды VD1 – VD6 подключены к выходам буферного регистра DD1. Столбцы матрицы кнопок подключены к входам буферного регистра DD2. Сканирование клавиатуры проводится методом «бегущего нуля». На вход регистра строк DD1 по шине данных от микропроцессора циклически подается двоичный код, состоящий из единиц и одного нуля. В результате строки матрицы по очереди подключаются к низкому логическому уровню («земле»). Если одна из кнопок нажата, то к низкому логическому уровню подключается соответствующий столбец. В результате на входах регистра DD2 появляется двоичный код, содержащий хотя бы в одном разряде ноль и отражающий факт нажатия кнопок. Управление процессом сканирования проводится по командам WR и RD, выдаваемых микропроцессором, и по командам KBSCAN и KBREAD, выдаваемых блоком управления.

Резисторы R1 – R2 являются подтягивающими и создают напряжение высокого логического уровня на столбцах матрицы в то время, когда кнопки не нажаты. Диоды VD1 – VD2 должны быть выбраны исходя из величины максимального прямого тока и максимально возможной величины обратного напряжения. Следует обратить внимание на величину прямого падения напряжения на диодах. Если это напряжение больше 0.4 В, то при появлении лог. «0» на строке матрицы и нажатой кнопке, напряжение на входе регистра DD2 может оказаться выше максимально допустимого напряжения лог. «0».

Информация о работе

Скачать файл

7-сегментный дисплей: как это работает?

Дисплей — один из популярных видов производства встраиваемых дисплеев и устройств. У всех этих вещей есть одна общая черта: таймер на вашей кухонной технике, цифровые часы и бомбовые таймеры в фильмах. Сходство в том, что все они используют семисегментные дисплеи для отображения чисел. Эта статья поможет вам глубже погрузиться в мир этих цифровых дисплеев и объяснить все о них. Продолжайте читать, чтобы получить сводную серию всей необходимой информации о 7-сегментном производстве.

Что такое 7-сегментный дисплей?

7-сегментный дисплей — одна из старейших форм электронных устройств отображения для отображения десятичных чисел во встроенных приложениях. Это альтернатива сложным матричным дисплеям.

Эти дисплеи имеют 8 светодиодов внутри для отображения цифр и букв.

Вы можете проследить использование этих гаджетов еще в 1903 году человеком, известным как Карл Кинсли. Он был изобретателем метода телеграфной передачи букв и цифр.

Семь сегментов Дисплей цифр

Функционирование 7-сегментного дисплея

Дисплей с семью сегментами использует световые диоды для выпуска энергии света в фотонах. Производство излучает свет, чтобы показать цифры во всех семи сегментах, причем восьмой сегмент представляет собой десятичную точку.

Когда это явление происходит, имейте в виду, что светодиод представляет собой твердотельный оптический диод с p-n переходом. Следовательно, он позволяет току течь через его соединение.

Диод способствует протеканию тока от внешнего напряжения, и этот процесс известен как электролюминесценция. Цвета варьируются от красного до синего и зеленого в зависимости от различных примесей в полупроводниковых материалах, которые помогают его производить.

Десятичная точка пригодится при подключении двух или более семисегментных дисплеев. Причина в том, чтобы показать десятичные цифры или дать многозначное представление.

Предпочтение светодиодам обусловлено следующими причинами:

их дешевизна,
долгий срок службы,
маленький размер,
в наличии в различных цветах,
легкая доступность и
Их легко интегрировать в другие электронные компоненты и цифровые схемы.

Однако их главное преимущество заключается в том, что вы можете разместить несколько из них в небольшом компактном корпусе, образующем семисегментный дисплей. Концепция возможна благодаря небольшому размеру дисплея.

Типы семисегментных дисплеев

Вы можете выбрать различные функции для семисегментного дисплея, включая различные типы цвета и размера. Однако наиболее распространенным типом является красный 7-сегментный дисплей с диагональю 14,20 мм, поскольку он потребляет меньше энергии, чем другие разновидности.

Важно отметить, что размер и цвет этих гаджетов влияют на величину тока, проходящего в цепи.

Типов этого дисплея два. Которые;

Общий анод (CA) 7-сегментный дисплей
7-сегментный дисплей с общим катодом (CC)

Общий анод (CA) 7-сегментный дисплей

Он также широко известен как дисплей CA. Они оба очень похожи, за исключением полярности светодиодов и общего вывода.

типичный анодный 7-сегментный дисплей

Отличие связано со стандартным контактом на семисегментном дисплее. Штекер подключается ко всем восьми анодным контактам светодиодов.

В этом типе дисплея все анодные соединения светодиодного сегмента подключаются к логической «1». Освещение отдельных компонентов происходит путем применения логики заземления, также известной как «НИЗКИЙ» или «Логический «0». Этот процесс происходит через эмиттерный повторитель или коллектор напряжения-тока к катоду определенного сегмента.

Предпочтение отдается дисплеям с общим анодом. Дисплеи CA потребляют не больше тока, чем потребляют, по сравнению с другими логическими платами.

Общий катод (CC) 7 Сегментный дисплей

Его также называют стандартным катодным дисплеем (CC-дисплей).

Как следует из названия, стандартный контакт соединяется с восемью катодными контактами и светодиодами. Этот дисплей отличается от дисплея CA, который соединяет все контакты анода.

типичный катодный 7-сегментный дисплей

Для работы дисплея все катодные соединения светодиодных сегментов подключаются к логическому «0» или заземлению. Отдельные компоненты загораются при подаче сигнала «ВЫСОКИЙ» или логической «1». Сигнал подается через эмиттерный повторитель для прямого смещения соответствующих анодных клемм.

Вы не можете заменить ни один из двух типов в цепи, так как это похоже на подключение светодиодов в обратном порядке. Если будет замена, то легкой продукции не будет.

Конфигурация контактов семисегментного дисплея. Этот тип имеет эффективное производство и является стандартным светодиодным дисплеем среди энтузиастов логических плат.

стандартный анодный 7-сегментный дисплей с цифрой 2

рис. 6, показывающая конфигурацию выводов сегментного дисплея

В приведенной выше таблице показана конфигурация выводов сегмента из знакомого изображения анодного 7-сегментного дисплея (рис. 5) над ним.

Как работает 7-сегментный дисплей?

7-сегментный дисплей работает, подсвечивая определенный набор светодиодов для отображения цифр или буквенных символов. Например, нам нужно зажечь светодиодные сегменты, соответствующие a, b, g, c и d, чтобы показать числовую цифру 3.
Таким образом, вы можете использовать эти сегментные светодиоды для отображения арабских цифр от 0 до 9 и символов от A до F.
Таблица истинности, подобная приведенной ниже, иллюстрирует отдельные сегменты, которые нуждаются в освещении для отображения цифр и символов.

рис. 7 7-сегментная таблица истинности с общим анодом
Типичный 7-сегментный дисплей с катодом представляет собой полную противоположность семисегментной таблице с общим анодом.
Вы также можете нажать на эту ссылку на видео, чтобы лучше понять, как работает семисегментный дисплей.

Как использовать 7-сегментный дисплей?

Одним из преимуществ этого гаджета является то, что он прост в использовании и может работать без микроконтроллера или микропроцессора.
Доступные интегральные схемы 7-сегментного счетчика, такие как CMOS 4511, делают это возможным. Эта ИС полезна в дисплеях для проектов с простыми схемами. ИС также может увеличивать или уменьшать число на дисплее и управлять одним модулем семисегментного дисплея.
Тем не менее, использование семисегментного дисплея и MCU/MPU соединит восемь сегментных контактов с контактами ввода/вывода микроконтроллера. Вывод компа будет подключаться к земле эмиттерного повторителя в зависимости от типа (CA/CC).
Затем вы можете переключать контакты ввода-вывода в определенной последовательности для отображения определенных номеров. Как видите, ниже приведена таблица, показывающая эту конкретную последовательность. В таблице показана каждая строка для отображения определенного числа на семисегментном дисплее.
Например, чтобы подсветить число «6», мы зажжем все светодиоды, кроме одного в «b», используя битовую комбинацию 10000010. Аналогичным образом мы можем отобразить «7», загоревшись светодиодами, связанными с a, b и c. . Битовая комбинация будет 11111000.

f Рис. 8 последовательность для отображения желаемых чисел

Вышеупомянутый формат применим только к общему типу анода; для типа катода замените 0 на 1 и 1 на 0.

Сводка

Таким образом, существует два типа семисегментных дисплеев: с общим анодом и с общим катодом. Оба имеют свои плюсы и минусы. Общие аноды
более популярны, чем общие катоды, поскольку они требуют меньшего энергопотребления для отображения числовых значений. Однако общие катоды обеспечивают лучшую контрастность.
Оба дисплея полезны во многих повседневных приложениях, включая технологии отображения, такие как цифровые часы, цифровые клавиатуры и буквенно-цифровые дисплеи.
Вы можете найти печатные платы и другие компоненты, чтобы лучше понять семисегментный дисплей.

7-сегментный дисплей — Как правильно подключить резисторы к семисегментному индикатору с общим анодом с микроконтроллером?
TLDR: цепь №2 исправна.
Неправильно использовать ограничение тока на клемме анода светодиода, как это делает схема №1, через Р8, Р10, Р12 . Если вы отображаете цифру с большим количеством светящихся сегментов (например, «8»), то сегменты будут намного тусклее по сравнению с цифрой, такой как «1», где активны только два сегмента, или, что еще хуже, где «.» отображается. Ток, ограниченный R8, делится между многими? из семи сегментов.
Хотя резисторы 7 x 100 схемы № 2 добавляют дополнительные детали, эти токоограничивающие резисторы гарантируют, что каждый из семи сегментов получает одинаковый ток, независимо от того, сколько активных сегментов.
Имейте в виду, что PNP-транзисторы схемы № 2 являются переключателями с насыщением.
Учитывая слабую выходную мощность AT89S52, можно было бы указать высокоэффективных 7-сегментных светодиодов с общим анодом. Когда цифры мультиплексируются, пиковый ток увеличивается при добавлении большего количества цифр … даже с высокоэффективными светодиодами ограничения тока микроконтроллера также ограничивают количество цифр, которые могут быть мультиплексированы, особенно если ожидается яркое окружающее освещение.
Ограничение статического тока для этой микросхемы означает, что PORT_0 предпочтительнее для подключения цифровых катодов светодиодов к Vss:
Ограничение статического тока PORT_0: всего 26 мА (все 8 активных)
Ограничение статического тока PORT_1: всего 15 мА (все 8 активных)
Ограничение статического тока PORT_2: всего 15 мА (все 8 активных)
Слабый ток возбуждения заставляет меня пересмотреть схему № 1, используя предложение EdC в хорошем ответе, где широтно-импульсная модуляция транзисторов управления АНОДОМ (Q1, Q2, Q3). Допуская больше времени включения для цифр, где активно больше светодиодов, ток ограничивается (согласно спецификациям технических данных), в то время как кажущаяся яркость цифры не зависит от того, какая из 10 цифр отображается:
цифра 0 управляет 6 светодиодами (3,29 мА на светодиод)
цифра 1 управляет 2 светодиодами (7,44 мА на светодиод)
цифра 2 привода 5 светодиодов (3,81 мА на светодиод)
цифра 3 привода 5 светодиодов (3,81 мА на светодиод)
цифра 4 привода 4 светодиода (4,54 мА на светодиод)
цифра 5 дисков 5 светодиодов (3,81 мА на светодиод)
цифра 6 управляет 5 (или 6) светодиодами (3,81 мА или 3,29 мА на светодиод)
7-значный привод 3 светодиода (5,64 мА на светодиод)
цифра 8 дисков 7 светодиодов (2,58 мА на светодиод)
цифра 9 управляет 5 (или 6) светодиодами (3,81 мА или 3,29 мА на светодиод)
Только десятичная точка управляет 1 светодиодом (10,99 мА)
Моделирование схемы №1 с помощью LTspice дало указанный выше ток светодиода. Предполагалось, что эквивалентное сопротивление PORT_? диск был 75 Ом … в спецификации указано максимальное значение 140 Ом:

Предполагается, что каждый светодиод точно соответствует другим 7 в каждой цифре. Значительное сопротивление ВКЛ PORT_? привод делает согласование светодиодов менее значимым. Максимальный ток порта больше линейного, чем в цепи №2. Но большой вопрос: являются ли цифры достаточно яркий ?
Можно было бы предположить, что сохранение постоянного значения продукта текущего x времени должно быть целью поддержания постоянной яркости цифр… это дополнительная таблица поиска. Таким образом, пиковый ток, требуемый для выходов порта микроконтроллера, может быть ограничен.
Прогон схемы № 1 в LTspice предполагает, что когда все восемь светодиодов активны (для отображения цифры «8». ), вам нужно промедлить примерно в три раза дольше, чем когда активны два светодиода (для отображения цифры 9).