Подключение семисегментного индикатора к arduino: Arduino: 7-сегментный индикатор — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Содержание

Семисегментный индикатор arduino, подключение, принцип работы

Содержание:

Семисегментный индикатор – прибор для показа определенной информации в цифровом виде. Для букв применяются более сложные устройства, например матричные или многосегментные. Семисегментный тип состоит из семи отдельных элементов, которые называются сегментами. Регулируя их включение и выключение составляется изображение цифры. Цифры могут быть наклонены, что нужно для показа точки.

Такие сегменты просты по своей конструкции и принципу работы. Это снижает их стоимость и позволяет использовать в самых различных сферах, в том числе и в домашней бытовой. В статье будет рассказано подробным образом о том, как они работают, как устроены и для чего они нужны. Бонусом к статье прилагаются два видеоролика и скачиваемый файл с практикой применения семисегментных индикаторов.

Простой семисегментный индикатор

История изобретения

В 1910 году американским изобретателем Фрэнком Вудом из Ньюпорт-Ньюс, штат Вирджиния, был запатентован индикатор сегментного типа. Его индикатор был восьмисегментным, с дополнительным косым сегментом для отображения цифры “четыре”. Однако, до 1970-х годов семисегментные индикаторы не получили распространение и для отображения цифр применялись вакуумные индикаторы тлеющего разряда.

Наконец, в 1970 году американской компанией RCA был выпущен семисегментный индикатор «Нумитрон» в вакуумном исполнении с сегментами из нитей накаливания. Вслед за распространением семисегментного индикатора, для отображения символов появились четырнадцати и шестнадцати- сегментные индикаторы, но теперь их практически везде заменили матричные знакосинтезирующие индикаторы. Но там, где требуется отображать только цифры, семисегментные индикаторы активно применяются — из-за простоты, низкой стоимости и узнаваемости.

Семисегментный светодиодный индикатор — устройство отображения цифровой информации. Это — наиболее простая реализация индикатора, который может отображать арабские цифры. Для отображения букв используются более сложные многосегментные и матричные индикаторы.

Подключение индикатора на панеле

Современные реализации семисегментного индикатора

В настоящее время, большинство одноразрядных семисегментных индикаторов сделаны на светодиодах. В обычном одноразрядном светодиодном индикаторе девять контактов: один общий и восемь – от каждого из сегментов. Есть схемы с общим анодом и с общим катодом. Многоразрядные семисегментные индикаторы чаще выпускаются либо по светодиодной технологии, либо на жидких кристаллах. Выводы всех одноимённых сегментов всех разрядов таких индикаторах соединены вместе, а общие выводы каждого разряда выведены отдельно.

[stextbox id=’info’]Для управления таким индикатором, управляющая микросхема циклически подает напряжение на общие выводы всех разрядов, одновременно на выводы сегментов выставляется код из семи нулей и единиц. Таким образом, например, восьмиразрядный индикатор, имеет всего шестнадцать выводов вместо шестидесяти четырех.[/stextbox]

Устройство

В настоящее время для отображения информации всё чаще используются графические дисплеи, однако, семисегментные индикаторы также не утратили своего значения. Если требуется лишь отображение чисел, то они могут стать более предпочтительным вариантом, т.к. просты в управлении и могут использоваться совместно с любым микроконтроллером с достаточным количеством выводов. Жидкокристаллические семисегментные индикаторы обладают сверхнизким энергопотреблением (например, в электронных часах, вместе со схемой управления работают от одной батарейки в течении нескольких лет).

Рассмотрим пример разработки схемы дешифратора из двоичного кода в десятичный. Десятичный код обычно отображается одним битом на одну десятичную цифру. В десятичном коде десять цифр, поэтому для отображения одного десятичного разряда требуется десять выходов дешифратора. Сигнал с этих выводов можно подать на десятичный индикатор. В простейшем случае над светодиодом можно просто подписать индицируемую цифру.Таблица истинности десятичного дешифратора приведена ниже.

На этой странице будем вести речь о светодиодных семисегментных индикаторах. Они имеют предельно простую конструкцию, дёшевы, надёжны. Обеспечивают высокую яркость и контрастность отображаемой информации. Существует большое разнообразие индикаторов: с разным цветом свечения сегментов, разного размера, отличающиеся схемой подключения светодиодов (с общим катодом или общим анодом). При необходимости отображения нескольких разрядов можно установить несколько одноразрядных индикаторов рядом на печатной плате либо выбрать нужный вариант многоразрядного индикатора.

Своё название семисегментные индикаторы получили в связи с тем, что изображение символа формируется с помощью семи отдельно управляемых (подсвечиваемых светодиодом) элементов – сегментов. Эти элементы позволяют отобразить любую цифру 0..9, а также некоторые другие символы, например: ‘-‘, ‘A’, ‘b’, ‘C’, ‘d’, ‘E’, ‘F’ и другие.

Это даёт возможность использовать индикатор для вывода положительных и отрицательных десятичных и шестнадцатеричных чисел и даже текстовых сообщений. Обычно индикатор имеет также восьмой элемент – точку, используемую при отображении чисел с десятичной точкой. Сегменты индикатора обозначают буквами a, b, …, g (a – верхний элемент, далее буквы присваиваются сегментам по часовой стрелке; g – центральный сегмент; dp – точка). 8 независимых элементов, каждый из которых может находиться в одном из двух состояний – горит или не горит, дают всего 2**8=256 возможных комбинаций. Или 128 комбинаций, каждая из которых может быть с горящей точкой или без неё.

Семисегментный индикатор из четырех элементов

Что такое семисегментный светодиодный индикатор

Семисегментный светодиодный индикатор, как говорит его название, состоит из семи элементов индикации (сегментов), включающихся и выключающихся по отдельности. Включая их в разных комбинациях, из них можно составить упрощённые изображения арабских цифр. Сегменты обозначаются буквами от A до G; восьмой сегмент — десятичная точка (decimal point, DP), предназначенная для отображения дробных чисел. Изредка на семисегментном индикаторе отображают буквы.

Семисегментные светодиодные индикаторы бывают разных цветов, обычно это белый, красный, зеленый, желтый и голубой цвета. Кроме того, они могут быть разных размеров. Также, светодиодный индикатор может быть одноразрядным (как на рисунке выше) и многоразрядным. В основном в практике используются одно-, двух-, трех- и четырехразрядные светодиодные индикаторы:

Отображение букв на семисегментном индикатореКроме десяти цифр, семисегментные индикаторы способны отображать буквы. Но лишь немногие из букв имеют интуитивно понятное семисегментное представление.

В латинице: заглавные A, B, C, E, F, G, H, I, J, L, N, O, P, S, U, Y, Z, строчные a, b, c, d, e, g, h, i, n, o, q, r, t, u.

В кириллице: А, Б, В, Г, г, Е, и, Н, О, о, П, п, Р, С, с, У, Ч, Ы (два разряда), Ь, Э/З.

Поэтому семисегментные индикаторы используют только для отображения простейших сообщений.

Всего семисегментный светодиодный индикатор может отобразить 128 символов:

Схема подключения

Как работают

В обычном светодиодном индикаторе девять выводов: один идёт к катодам всех сегментов, а остальные восемь — к аноду каждого из сегментов. Эта схема называется «схема с общим катодом», существуют также схемы с общим анодом (тогда все наоборот). Часто делают не один, а два общих вывода на разных концах цоколя — это упрощает разводку, не увеличивая габаритов. Есть еще, так называемые «универсальные», но я лично с такими не сталкивался. Кроме того существуют индикаторы со встроенным сдвиговым регистром, благодаря чему намного уменьшается количество задействованных выводов портов микроконтроллера, но они намного дороже и в практике применяются редко. А так как необъятное не объять, то такие индикаторы мы пока рассматривать не будем (а ведь есть еще индикаторы с гораздо большим количеством сегментов, матричные).

Многоразрядные светодиодные индикаторы часто работают по динамическому принципу: выводы одноимённых сегментов всех разрядов соединены вместе. Чтобы выводить информацию на такой индикатор, управляющая микросхема должна циклически подавать ток на общие выводы всех разрядов, в то время как на выводы сегментов ток подаётся в зависимости от того, зажжён ли данный сегмент в данном разряде.

[stextbox id=’info’]При этом следует учитывать, что если индикатор с общим катодом, то его общий вывод подключается к «земле», а зажигание сегментов происходит подачей логической единицы на вывод порта.[/stextbox]

Материал по теме: Как подключить конденсатор

Если индикатор с общим анодом, то на его общий провод подают «плюс» напряжения, а зажигание сегментов происходит переводом вывода порта в состояние логического нуля. Подключение семисегментного индикатора к микроконтроллеру. Осуществление индикации в одноразрядном светодиодном индикаторе осуществляется подачей на выводы порта микроконтроллера двоичного кода соответствующей цифры соответствующего логического уровня (для индикаторов с ОК — логические единицы, для индикаторов с ОА — логические нули).

Токоограничительные резисторы могут присутствовать в схеме, а могут и не присутствовать. Все зависит от напряжения питания, которое подается на индикатор и технических характеристик индикаторов. Если, к примеру, напряжение подаваемое на сегменты равно 5 вольтам, а они рассчитаны на рабочее напряжение 2 вольта, то токоограничительные резисторы ставить необходимо (чтобы ограничить ток через них для повышенного напряжении питания и не сжечь не только индикатор, но и порт микроконтроллера). Рассчитать номинал токоограничительных резисторов очень легко, по формуле дедушки Ома. К примеру, характеристики индикатора следующие (берем из даташита):

рабочее напряжение — 2 вольта
рабочий ток — 10 мА (=0,01 А)
напряжение питания 5 вольт

Подключение на практике

Подключение многоразрядного семисегментного индикатора к микроконтроллеру

Схема подключения многоразрядного семисегментного светодиодного индикатора в основном та-же, что и при подключении одноразрядного индикатора. Единственное, добавляются управляющие транзисторы в катодах (анодах) индикаторов. Осуществление индикации разрядами осуществляется динамическим путем:

выставляется двоичный код соответствующей цифры на выходах порта РВ для 1 разряда, затем подается логический уровень на управляющий транзистор первого разряда
выставляется двоичный код соответствующей цифры на выходах порта РВ для 2 разряда, затем подается логический уровень на управляющий транзистор второго разряда
выставляется двоичный код соответствующей цифры на выходах порта РВ для 3 разряда, затем подается логический уровень на управляющий транзистор третьего разряда
итак по кругу

При этом надо учитывать:

для индикаторов с ОК применяется управляющий транзистор структуры NPN (управляется логической единицей)
для индикатора с ОА — транзистор структуры PNP (управляется логическим нулем)

При низковольтном питании микроконтроллера и маломощных светодиодных индикаторах, в принципе, можно отказаться от использования в схеме и токоограничительных резисторов, и управляющих транзисторах — подключать выводы индикатора непосредственно к выводам портов микроконтроллера, так как при динамической индикации ток потребления сегментами уменьшается. При этом следует учитывать, что разряды при применении индикаторов с ОК управляются логическим нулем, а индикаторы с ОА — логической единицей.

Статическая индикация

В том случае, если светодиоды в индикаторе имеют соединённые вместе аноды (схема с общим анодом), общий анод подключается к источнику напряжения +V_DD, а катоды светодиодов – сегментов подключаются к схеме управления (например, микроконтроллеру), которая отвечает за формирование изображения на индикаторе. Зажигаются сегменты низким уровнем (логический 0) на выводе схемы управления.

По отношению к схеме управления ток светодиодов является втекающим, так что могут использоваться интегральные схемы, которые имеют выходы с открытым стоком. Изменяя величину питающего индикатор напряжения V_DD, можно регулировать яркость свечения.

Если в индикаторе соединены вместе катоды (схема с общим катодом), то общий катод подключается к общему проводу схемы, а аноды светодиодов подключаются к схеме управления.

В этом случае сегмент зажигается высоким уровнем на выходе схемы управления, для которой ток светодиода является вытекающим, что не позволяет использовать выходы с открытым стоком, необходим выход, выполненный по двухтактной схеме.

Регулировать яркость можно, подключив общий вывод индикатора к источнику смещающего напряжения 0..V_DD, рассчитанного на втекающий ток, например к эмиттерному повторителю на транзисторе структуры p-n-p. Увеличивая смещение, будем уменьшать яркость свечения.

Интересно по теме: Как проверить стабилитрон.

В спецификации на индикатор указывается потребляемый одним сегментом ток. Обычно это величина порядка нескольких мА и нагрузочной способности выводов большинства микроконтроллеров достаточно для управления индикатором. Если используется микроконтроллер с малым выходным током выходов или если используется индикатор с большим током (например, большого размера или рассчитанный на работу при ярком внешнем освещении), то подключение осуществляется через драйвер – интегральную микросхему, содержащую набор повторителей или инверторов с мощными выходами.

[stextbox id=’info’]Также можно использовать транзисторы в качестве ключей для управления индикатором.[/stextbox]

Как и любой светодиод (также это относится и к обычным диодам), светодиоды сегментов имеют очень резкую зависимость тока от напряжения на светодиоде. Поэтому требуется стабилизация тока через эти светодиоды для обеспечения работы в номинальном режиме. Обычно используется простейший способ – последовательное включение задающих ток резисторов.

При выборе номинала резисторов следует учитывать падение напряжения на светодиоде в выбранном режиме работы. Эту величину можно уточнить в спецификации на индикатор. Падение напряжения на светодиоде существенно больше, чем на обычном диоде.

Например, для индикаторов FYQ-3641Ax/Bx падение напряжения на светодиоде в зависимости от материала, цвета свечения составляет от 1.6 до 2 В при токе 5 мА и от 1.8 до 2.4 В при токе 30 мА (30 мА – максимально допустимый ток через светодиод для данного индикатора в непрерывном режиме).

Так как возможен разброс значений для разных устройств даже одного типа (в меньшей степени, но есть разброс между характеристиками светодиодов и в пределах одного индикатора), а кроме того, падение напряжения зависит от температуры, поэтому параметры схемы должны обеспечивать достаточную стабильность тока при изменении падения напряжения на светодиоде.

Для случая, когда ток задаётся с помощью резистора это означает, что падение напряжения на резисторе должно быть много больше возможных отклонений напряжения на светодиоде от среднего значения. Предположим, что требуется обеспечить ток через светодиод 5 мА, при этом напряжение на светодиоде составляет в среднем 1.8 В.

При напряжении источника 3.3 В падение напряжения на резисторе составит 3. 3-1.8=1.5 В; значит сопротивление резистора R1=1.5 В/5 мА=300 Ом. Если в результате разброса параметров или в результате изменения температуры, или по иным причинам, возможно отклонение напряжения на светодиоде в пределах 1.6..2.0 В (±0.2 В от расчётного значения 1.8 В), это вызовет отклонение тока от расчётного значения не более ±0.7 мА или не более 14%. В большинстве практических случаев это достаточная точность для питания цепей светодиодных индикаторов, хотя ещё следует учесть нестабильность питающего напряжения, неидеальность цифровых ключей, допуск резистора.

При напряжении источника 5 В падение напряжения на резисторе составит 5-1.8=3.2 В; значит сопротивление резистора R2=3.2 В/5 мА=640 Ом, выбираем 620 Ом – ближайшее значение из ряда E24. В этом случае отклонение напряжения на светодиоде ±0.2 В вызовет отклонение тока от расчётной величины порядка ±0.3 мА или не более чем ±7%. Получили точность заданного тока лучшую, чем в первом случае. Это вполне ожидаемый результат – увеличивая напряжение источника и его сопротивление, мы делаем его более близким к идеальному источнику тока.

семисегментный индикатор

Если задаться предельно допустимой точностью тока ±20%, можем получить, что минимальное питающее напряжение составляет 2.8 В, при этом сопротивление ограничивающего ток резистора равно 200 Ом. Для формирования изображения символа на индикаторе используют таблицу, которая ставит в соответствие коду символа набор отображаемых сегментов.

Набор сегментов, формирующих символ, рассматривается как двоичное число, сегменту A соответствует младший бит числа. Если бит числа равен 0, то соответствующий сегмент не зажигается при отображении символа, а если равен 1, то зажигается. В таблице также приводится запись числа, определяющего набор зажигаемых сегментов, в шестнадцатеричной форме.

Заключение

Рейтинг автора

Написано статей

Принцип работы семисегментных индикаторов можно более подробно изучить из статьи Устройство семисегментного индикатора. Если у вас остались вопросы, можно задать их в комментариях на сайте.

Также в нашей группе ВК можно задавать вопросы и получать на них подробные ответы от профессионалов. Для этого приглашаем читателей подписаться и вступить в группу. В завершение статьи хочу выразить благодарность источникам, откуда мы черпали информацию во время подготовки материала:

www.microkontroller.ru

www.led-displays.ru

www.rotr.info

www.rfanat.qrz.ru

ИндикаторыЧто такое газоразрядные индикаторы

Ардуино #2. Динамическая индикация. Подключаем кнопки, потенциометр, динамик и ключ на мосфете.

12+

11 месяцев назад

Большая Мастерская Тома536 подписчиков

ПОДДЕРЖАТЬ КАНАЛ: https://musicboy.ru/majortomworkshop Заказ плат Ардуино на Алиэкспресс: Монтажная плата из видео: https://aliclick.shop/r/c/1r1g7twdy5hqhkz0 Стартовый набор: https://aliclick.shop/r/c/1r1g7uxrudptpqnr Mega (16U2 + Ch440) : https://aliclick.shop/r/c/1r1g7vkomy9v22uc Uno (Ch440): https://aliclick.shop/r/c/1r1g7wbiqglwgggv Nano (Ch440): https://aliclick.shop/r/c/1r1g7wunlls3bv76 Pro Mini https://aliclick. shop/r/c/1r1g7yd03gol3ktk Монтажная плата для Mega: https://aliclick.shop/r/c/1r1g7xz4dylg6n8j Модуль WiFi: https://aliclick.shop/r/c/1r1g80kgvbsugx9k Модуль LCD: https://aliclick.shop/r/c/1r1g80wonpjtxc27 Хороший Паяльник! https://aliclick.shop/r/c/1r1g4z2vp207qoge Первая часть: Ардуино Том 1. 0:00 Что такое Ардуино и зачем он нужен? 0:45 Как загружать скетчи в Ардуино? 1:15 Питание Ардуино. Входы и выходы. 2:04 Принципиальная схема тестового стенда для Ардуино Уно. 2:39 Зачем нужен индикатор? 3:44 Что такое семисегментный индикатор и как он работает? 4:50 Подключение индикатора к Ардуино. 5:28 Типы семисегментных индикаторов. 6:14 Индикатор 5261AB на два знакоместа с общим анодом. 6:42 Тестовая программа для проверки индикатора. 7:01 Директива DEFINE в оболочке Ардуино. Определение констант. 7:50 Соответствие определений и принципиальной схемы. 8:50 Зажигаем индикаторы подачей плюса на аноды 9:52 Проверяем работу сегментов.

Подаём нолик на сегмент А. 10:07 Пишем процедуру для гашения сегментов. 11:08 Мигаем сегментом А. Проверяем все сегменты по очереди. 11:29 Пишем семисегментный дешифратор. Процедура вывода ниббла. 12:37 Вызываем процедуру nibble() для отображения нуля. 12:55 Выводим серию последовательных цифр на индикатор. 13:12 Как сделать, чтобы на знакоместах были разные цифры? 14:20 Правильно организуем гашение сегментов и задержки. 15:06 Алгоритм динамической индикации. Зачем он нужен? 16:45 Процедура вывода на индикатор целого десятичного числа 17:40 Конвертация двухзначного целого числа в старший и младший разряд 18:10 Цикл отображения последовательных чисел с частотой 1 Гц 18:40 Функция millis() и отображение счётчика на индикаторе 19:25 Добавляем в функцию вывода целого числа защиту от переполнения 20:00 Звуковая индикация. Функция Ардуино tone(). 21:04 Подключаем кнопки и потенциометр. 21:37 Подключаем ключ на мощном мосфете. 22:03 Настройка входов для работы с кнопками. 22:19 Проверяем работу кнопок.

22:43 Проверяем потенциометр и АЦП 23:27 Пишем скетч программируемого таймера. 23:46 Алгоритм работы таймера. 24:46 Основные режимы работы таймера. Переменная active. 25:40 Основной цикл. Отображение значения счётчика на индикаторе. 26:12 Опрос кнопок. Инкремент и декремент. Отслеживание отпускания. 27:07 Защита от недопустимых значений счётчика. 27:49 Команда перехода в режим обратного отсчёта по нажатию обеих кнопок. 28:14 Обратный отсчёт. Функция millis() 29:05 Программный приём сохранения предыдущего значения в цикле. 31:04 Проверка достижения нуля, звуковая индикация, управление мосфетом. 31:20 Дорабатываем процедуру опроса кнопок. 31:45 Счётчик длительности удерживания кнопок. 32:45 Спасибо за просмотр видео! 33:32 Благодарность спонсорам канала! Полные тексты скетчей для вас, друзья!

7-сегментный дисплей с mBlock – Electronics Simplified

Перейти к содержимому

Главная > Лента > 7-сегментный дисплей с mBlock в проекте среднего уровня для начинающих. Этот проект в основном сосредоточен на том, как соединить семисегментный дисплей с Arduino и mBlock. После того, как вы узнали связь и логику работы. Никто не может помешать вам перепрограммировать семисегментный дисплей.

Для начала нам понадобится Arduino (Uno или любой другой, который у вас есть, это не имеет значения). Но в идеале по мере увеличения количества контактов на наших платах Arduino возможности становятся выше, и можно создавать более качественные проекты.

Еще не знаете Arduino? Нажмите здесь , чтобы узнать о выводах и других портах, доступных на нем.

Необходимые вещи

7-сегментный дисплей
Arduino Uno
Соединительные кабели (ленточный кабель облегчит работу новичкам)
Резисторы 220 Ом
mBlock или Arduino IDE на вашем компьютере

Подключите схему

Сначала попробуем разобраться с 7-сегментным дисплеем.

Все мы знаем, как зажечь светодиод при наличии резистора и батарейки. Точно так же у нас есть 8 светодиодов на дисплее, которые представляют собой 7 сегментов, а другой — десятичную точку (DP).

Теперь мы можем при необходимости включать и выключать сегменты, которые будут отображать определенное число. Итак, теперь давайте посмотрим на диаграмму выводов и попробуем выяснить, какие сегменты включить, а какие выключить для числа 1.

Обратите внимание: всегда выясняйте, является ли ваш дисплей анодным (+) или катодным (-) дисплеем. Итак,

Как узнать, является ли 7-сегментный дисплей анодным или катодным?

Держите дисплей в руке стороной с этикеткой к себе, которая является нижней стороной дисплея. Теперь нижний левый угол — это контакт 1.
Возьмите резистор на 220 Ом, подключите его к контакту 1 и соедините их двумя способами, как показано ниже.
Если сегмент светодиода «е» включается в цепи 1, это анодный дисплей.

Если сегмент светодиода «е» включается в цепи 2, это катодный дисплей.
если ничего не работает, попробуйте проверить вашу схему, иначе это означает, что ваш сегмент «е» не работает.

Теперь мы видим, что нам нужно включить сегменты «b» и «c». Поэтому при необходимости запрограммируйте его с помощью mBlock или Arduino IDE.

Пример представления цифр

У меня есть дисплей Anode. Таким образом, я буду держать мои выводы COM на дисплее ВЫСОКИМ, а выводы других сегментов — НИЗКИМИ, когда я хочу включить их.

Давайте выполним полное подключение со ссылкой на схему ниже.

Итак, давайте попробуем самую простую цифру 1. Нам нужно включить сегменты «b» и «c». Итак, в соответствии с логикой анодного дисплея, я закодирую свою цифру следующим образом:

Сегменты «b» и «c» — это контакты 6 и 4 сегментного дисплея, которые также подключены к цифровым контактам 6 и 4 Arduino. Итак, нам нужно повернуть НИЗКИЙ, чтобы сегменты включились.

Аналогично сделан код для всех цифр и его можно скачать здесь. Я сделал обратный счетчик цифр. Вы можете использовать код и сделать свой собственный. Счастливого обучения энтузиастам! Продолжай в том же духе, миру нужно больше таких людей, как ты.

Вы также можете просмотреть полный видеоурок этого проекта и наслаждаться.

arduino uno — подключение семисегментного дисплея с общим анодом к сдвиговому регистру

Здесь вы видите прямое напряжение диодов. Когда диод (здесь у вас есть светоизлучающие диоды, то есть светодиоды) размещается в цепи в прямом направлении, он будет проводить ток только при достижении определенного порогового напряжения. Это напряжение называется прямым напряжением и зависит от отдельного диода (вы можете найти эту информацию в техническом описании диодов) и от других факторов, таких как температура. Чтобы визуализировать это, вы можете посмотреть на кривую характеристик диодов (график зависимости тока от напряжения):

Я взял это изображение из статьи о диодах в немецкой Википедии. Как видите, ток остается минимальным до тех пор, пока напряжение не достигнет диапазона 0,7 В. Затем ток увеличивается в геометрической прогрессии.

Вы сами измерили прямое напряжение 7-сегментного светодиода. Вы измерили 2 В между землей и катодом светодиода. При питании 3,3 В вы получаете прямое напряжение 1,3 В.

Что происходит? Другие ваши светодиоды, вероятно, имеют более высокое прямое напряжение, поэтому оставшихся 2 В от 7-сегментных светодиодов недостаточно для их освещения. На пути через оба типа светодиодов может протекать небольшой ток, но он будет очень мал и не сможет ничего сжечь. Так что этот путь не так благоприятен для течения, как вы думали. Затем, принимая во внимание, что сдвиговый регистр подтягивает свой выход либо к земле, либо к 3,3 В, становится ясно, что сдвиговый регистр по-прежнему обеспечивает самый простой путь тока.

Если 0,3 мА недостаточно для включения отдельных светодиодов, почему их достаточно для включения внутренних светодиодов 7-сегментного модуля?

Я не очень уверен в этом значении. Типичным светодиодам требуется ток в диапазоне, возможно, 5 мА. Для ваших светодиодов мы не можем точно сказать это (поскольку мы не знаем, какие у вас светодиоды), но 0,3 мА кажется мне низким. Как вы его измерили?

На одной странице веб-сайта чипа (https://www.pjrc.com/teensy/techspecs.html) указано, что он излучает максимум 9мА, но это всего лишь предупреждение об их допусках, а контакты на самом деле не дросселируют выход, верно?

Это только текущий диапазон для цифровых выходов Teensy. Каждый цифровой вывод имеет аппаратный драйвер, встроенный в микроконтроллер. Это оборудование может выдерживать только определенное количество тока, пока оно не выйдет из строя. И он может выйти из строя (короткое замыкание на 3,3 В или землю) или отключиться. Когда вы приводите контакт в состояние, близкое к его максимальным номиналам, и превышает его, напряжение на нем будет падать, так как часть напряжения теряется на компонентах драйвера, которые нагружены большим током, чем они были созданы. Затем внутренний драйвер может быть убит рассеиваемой в нем мощностью (потеря напряжения на драйвере, умноженная на ток, дает вам ненужную мощность, которая рассеивается там в виде тепла, пока что-нибудь не поджарится).

, если контакты digitalWrite способны излучать 3,3 В, какой смысл иметь контакт 3,3 В?

Как уже упоминалось, цифровые выходные контакты могут обеспечивать только низкий ток. Они предназначены для передачи цифровых сигналов, а не для питания устройств. Ток достаточен для питания одного небольшого светодиода, но недостаточно для питания двигателя или других потребляющих ток устройств.

Вывод 3,3 В ничем не управляется. Он напрямую подключен к источнику питания всей платы. Когда вы подключаете Teensy через USB, он получает от него 5 В. Преобразователь напряжения регулирует его до 3,3 В и подает на микроконтроллер Teensys для его питания, а также на вывод 3,3 В. На самом деле вы также можете использовать его для подключения собственного регулируемого источника питания 3,3 В и, таким образом, питать Teensy через контакт 3,3 В.