Que sont les affichages LED à sept segments?Comprendre la technologie derrière les chiffres
Un affichage à sept segments (SSD) est un type d'écran électronique utilisé pour afficher les numéros et certaines lettres.Il est apparu pour la première fois au début des années 1900 et est devenu populaire parce qu'il est simple et fonctionne bien.Les écrans à sept segments basés sur LED sont largement utilisés car ils sont brillants et faciles à voir.Ils sont disponibles en différentes tailles, de minuscules dans des gadgets portables aux grands panneaux qui peuvent être vus de loin dans différentes conditions d'éclairage.Cet article examine les détails et les types d'affichages à sept segments, y compris leurs pièces, leur fonctionnement et leurs avantages par rapport à d'autres écrans comme les LCD.Il explique également les différences entre l'anode et la cathode communes et comment celles-ci correspondent à différents besoins électroniques.L'article explore en outre comment neuf, quatorze et seize segments affichent améliorer la reconnaissance des caractères et élargir leurs utilisations.Catalogue
Figure 1: Affichage LED à sept segments
Structure d'une LED à sept segments
Un écran LED à sept segments se compose de huit parties: sept segments étiquetés de «A« à «G», et un point décimal (DP).Chaque segment est une petite LED configurée pour former des parties de chiffres et certaines lettres lorsqu'ils sont éclairés en combinaison.Voici un regard détaillé sur chaque segment et sa fonction:
Segment «A»:
Ce segment horizontal est situé en haut de l'écran.Il s'allume pour former la partie supérieure des chiffres et des lettres telles que 0, 2, 3, 5, 6, 7, 8, 9, A, E et F.
Segment «B»:
Trouvé en haut à droite, ce segment vertical est bon pour former la bonne partie de nombreux chiffres et lettres.Il apparaît dans 0, 1, 2, 3, 4, 7, 8, 9, A, B, D et E.
Segment «C»:
Situé en bas à droite, ce segment vertical fonctionne avec le segment «B» pour compléter le côté droit des caractères.Il est utilisé en 0, 1, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 et A, D.
Segment «D»:
Ce segment horizontal est au bas de l'écran.Il forme la base de la plupart des nombres et de quelques lettres, éclairant en 0, 2, 3, 5, 6, 8, 9, A, D, E et G.
Segment «E»:
Trouvé dans le côté inférieur gauche, ce segment vertical aide à former la partie inférieure gauche des caractères.Il s'allume en 0, 2, 6, 8, E et F.
Segment «F»:
Situé en haut à gauche, ce segment vertical se marie avec le segment «E» pour compléter le côté gauche des caractères.Il est actif en 0, 4, 5, 6, 8, 9, E et F.
Segment «G»:
Ce segment horizontal moyen traverse l'affichage.Il ajoute des traits pour former efficacement les nombres et les lettres, apparaissant dans 2, 3, 4, 5, 6, 8, 9, A, E et G.
Point décimal (DP):
Positionné vers le bas à droite des segments et le point décimal est utilisé pour afficher les valeurs décimales.Cela améliore la capacité de l'écran à montrer des valeurs numériques précises comme les quantités ou mesures monétaires.
Chaque segment peut être contrôlé individuellement ou en combinaison pour représenter un large éventail de données numériques et alphabétiques.Cela rend l'affichage à sept segments le meilleur pour les lectures numériques simples.
Figure 2: pièces d'affichage LED à sept segments
Comparaison des écrans LED et des LCD
Utilisation et efficacité de l'énergie
Affichages LED: Utilisez plus de puissance car ils émettent de la lumière directement à partir des diodes.Ils sont très visibles, même dans des endroits brillants.
LCDS: Utilisez moins de puissance car ils n'émettent pas directement de lumière.Ils ont besoin d'un rétro-éclairage ou d'une surface réfléchissante, ce qui les rend plus économes en énergie et bons pour les appareils alimentés par batterie.
Visibilité et luminosité
Affichages LED: très brillants et clairs, bons pour les zones extérieures et bien éclairées.Ils restent clairs sous différents angles sans perdre de qualité.
• LCDS: Les LCD: les modernes sont meilleurs avec la visibilité et la luminosité en raison des rétro-éclairages et des couleurs améliorés, mais ils ont souvent des angles de vision limités et une luminosité inférieure par rapport aux LED.
Coût
Affichages LED: conception simple, plus facile et moins chère à faire pour afficher des nombres et des caractères limités.
LCDS: plus complexes avec des couches supplémentaires et des pièces comme les filtres et les cellules cristallines liquides.Cela les rend plus chers mais capables de montrer des images et des textes détaillés.
Durée de vie
Affichages LED: durables et durables, peuvent gérer des conditions difficiles.Moins affecté par des choses comme la température et l'humidité.
LCDS: durable mais peut avoir des problèmes à des températures extrêmes et peut souffrir de rétention d'image ou de «brûler» au fil du temps.
Figure 3: Affichages LED et LCD
Types d'affichages à sept segments
Anode commune
Dans une configuration d'anode commune, les anodes de toutes les LED (ou diodes) sont connectées à un point partagé généralement l'alimentation de tension positive.Chaque LED ou cathode de diode est ensuite connectée au circuit de commande ou à la terre à travers une résistance individuellement.Pour éclairer une LED spécifique, vous appliquez une basse tension (près du sol) à sa cathode.L'application d'une tension plus élevée (près de l'alimentation positive) à la cathode éteint la LED.
Comment ça marche?
Lorsque vous utilisez un affichage d'anode commun avec un microcontrôleur, les segments individuels s'allument en ancrant leurs cathodes respectives.Le microcontrôleur envoie un signal faible (0V ou terre) à la cathode du segment à éclairer.Cela permet au courant de couler de l'anode commune à travers le segment à la terre, de l'allumer.Pour désactiver un segment, le microcontrôleur envoie un signal élevé (près de la tension d'alimentation) et arrêtant le flux de courant et gardant le segment sombre.
Dans un affichage commun à sept segments d'anode, toutes les connexions d'anode des segments LED sont connectées à une seule broche commune, puis liées à l'alimentation de tension positive (logique "1").En conséquence, toutes les anodes sont à un potentiel élevé.Pour éclairer un segment particulier, une basse tension (logique "0") est appliquée à sa cathode et la fonder.Cela complète le circuit entre le potentiel élevé à l'anode et le faible potentiel à la cathode provoquant une éclairage du segment.
Avantages
L'anode affiche bien fonctionne avec des circuits logiques positifs où une sortie élevée (logique 1) signifie que le segment est désactivé, et une sortie basse (logique 0) signifie que le segment est allumé.En outre, cela est simple pour de nombreux designers numériques.Avec l'anode connecté à un seul point d'alimentation positif, le câblage est simple et réduit la complexité globale du circuit.
Désavantage
Le microcontrôleur ou le circuit de conducteur doit provoquer le courant pour éclairer les segments qui peuvent être difficiles pour les applications ou les contrôleurs de faible puissance avec des capacités de source de courant limitées.
Figure 4: Anode commune et cathode commune
Cathode commune
Une configuration de cathode commune relie les cathodes de toutes les LED à un point partagé et liée à l'alimentation de tension au sol ou négative.Les anodes sont connectées à l'alimentation positive par des résistances individuelles.Pour éclairer une LED, vous appliquez une haute tension (près de l'alimentation positive) à son anode.L'abaissement de la tension de l'anode à près du niveau du sol éteint la LED.
Comment ça marche?
Lorsque vous utilisez un affichage de cathode commun avec un microcontrôleur, les segments individuels s'allument en appliquant un signal élevé à leurs anodes respectives.Le microcontrôleur envoie un signal élevé (près de la tension d'alimentation) à l'anode du segment à éclairer.Cela permet au courant de couler de l'anode à travers le segment vers la cathode commune (terre), l'allumant.Pour désactiver un segment, le microcontrôleur envoie un signal faible, arrêtant le flux de courant et gardant le segment sombre.
Dans un affichage à sept segments de cathode commun, toutes les connexions cathodiques des segments LED sont liées à une broche commune connectée au sol ou au niveau de tension zéro (logique "0").Dans cette configuration, les cathodes sont à un faible potentiel.Pour éclairer un segment, une haute tension (logique "1") est appliquée à son anode, augmentant son potentiel par rapport à la cathode.Ce potentiel plus élevé à l'anode par rapport à la cathode permet au segment de s'allumer.
Avantages
Les affichages de cathode commune fonctionnent bien avec les circuits logiques négatifs où une sortie élevée (logique 1) signifie que le segment est allumé, et une sortie faible (logique 0) signifie que le segment est désactivé.De plus, le microcontrôleur ou le circuit de conducteur doit couler le courant pour éclairer les segments et souvent plus efficace et gérable pour de nombreux contrôleurs, en particulier ceux conçus avec des capacités de naufrage à courant élevé.
Désavantage
La cathode commune nécessite plus de connexions de câblage, car l'anode de chaque segment doit être connectée individuellement aux circuits de commande, ce qui rend la conception du circuit plus complexe.
Différences entre l'anode commune et les affichages de cathode commune
|
Aspect |
Affichages d'anode communs |
Affichages de la cathode commune |
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Logique de conduite |
Segments activés en tirant la cathode
à la terre (logique "0"). |
Segments activés en conduisant l'anode
élevé (logique "1"). |
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Compatibilité avec les familles logiques |
Meilleur avec les familles logiques qui s'approvisionnent
courant (niveau logique élevé). |
Meilleur avec des familles logiques qui coulent
actuel (faible niveau logique). |
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Conception et complexité du circuit |
Peut être plus complexe pour s'interfacer avec
Microcontrôleurs. |
Plus facile à interface avec les microcontrôleurs
qui sortent haute tension pour la logique "1". |
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Disponibilité et choix des conducteurs |
Certains conducteurs sont optimisés pour les
Configuration de l'anode. |
Certains conducteurs sont optimisés pour les
Configuration de la cathode. |
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Consommation d'énergie |
La gestion de la tension peut affecter la puissance
Consommation à différents niveaux de luminosité et pendant le multiplexage. |
|
Comment fonctionnent les écrans à sept segments?
Les affichages à sept segments fonctionnent en éclairant les LED.Une LED s'allume lorsque son anode est à une tension plus élevée que sa cathode.La luminosité dépend du courant à travers elle, réglementée par un circuit conducteur pour assurer une visibilité optimale sans surcharger les LED.
Le contrôle des segments consiste à les allumer ou à éteindre en envoyant des signaux.Les signaux peuvent être envoyés manuellement ou numériquement via un microcontrôleur ou un circuit IC comme le décodeur / pilote 4511 BCD à sept segments, qui convertit l'entrée décimale codé binaire (BCD) dans les signaux correspondants pour contrôler les segments.
Figure 5: Affichages à sept segments
Table de vérité
Une table de vérité montre quels segments s'allumer pour chaque personnage.Voici un exemple pour les chiffres de 0 à 9 et quelques lettres (A, B, C, D, E, F):
|
Personnage |
UN |
B |
C |
D |
E |
F |
G |
DP |
|
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
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1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
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2 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
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3 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
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4 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
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5 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
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6 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
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7 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
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8 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
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9 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
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UN |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
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b |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
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C |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
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d |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
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E |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
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F |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
Comment utiliser ce tableau pour la programmation des écrans de sept segments?
Chaque colonne dans un segment (A à G et DP pour le point décimal) montre l'état nécessaire pour que ce segment affiche le caractère.
• "1" signifie que le segment est activé (illuminé).
• "0" signifie que le segment est désactivé.
Valeurs de magasin
• Stockez ces valeurs dans un octet ou un tableau de valeurs booléennes.
• Chaque bit ou booléen représente un segment.
Exemple - Affichage de "5"
• Trouvez la ligne pour "5" dans le tableau.
• Réglez les segments A, C, D, F et G à 1.
• Réglez les segments B, E et DP à 0.
Envoyer des données pour afficher
• Utilisez le contrôle direct de la broche GPIO sur un microcontrôleur.
• Alternativement, utilisez un IC de pilote qui interprète les signaux et publie les tensions correctes aux segments.
En regardant la bonne ligne et en définissant les segments comme indiqué, vous pouvez programmer l'écran pour afficher différents caractères.
Comment le pilote 4511 fonctionne avec des écrans à sept segments?
Le pilote 4511 est une puce qui aide à afficher des numéros sur des écrans à sept segments.Il convertit l'entrée décimale à code binaire (BCD) dans des signaux qui éclairent les droits des droits sur l'écran.Cette puce fonctionne bien avec les affichages de cathode commun, où tous les cathodes segment sont connectés au sol.
Lorsqu'il est utilisé, le pilote 4511 obtient une entrée BCD quatre bits, représente un numéro décimal de 0 à 9. Chaque bit peut être élevé (1) ou bas (0).Le pilote lit cette entrée et illumine les segments corrects sur l'écran.Par exemple, pour afficher le numéro 5, l'entrée BCD est 0101. Le pilote allume ensuite les segments A, C, D, F et G.À l'intérieur du pilote, les portes logiques décodent l'entrée BCD pour contrôler chaque segment.Les sorties fournissent les niveaux de tension nécessaire pour éclairer les segments dans une configuration de cathode commune, où une sortie élevée tourne sur un segment.
La connexion d'un pilote 4511 aux microcontrôleurs rend les affichages à sept segments plus fonctionnels et automatisés dans les systèmes numériques.Les microcontrôleurs peuvent envoyer des valeurs BCD via leurs broches d'E / S numériques au pilote 4511, puis affiche le numéro correspondant.Cette configuration est utile pour les systèmes avec plusieurs écrans numériques nécessitant un contrôle simultané.Le microcontrôleur peut mettre à jour les valeurs d'affichage en fonction des données du capteur, des entrées utilisateur ou des calculs internes.
Pour intégrer le pilote avec un microcontrôleur, connectez les broches de sortie BCD du microcontrôleur aux broches d'entrée BCD du pilote 4511.D'autres connexions peuvent contrôler la fonction d'activation ou de désactivation de l'affichage et le point décimal, selon l'application.Dans une horloge numérique, un microcontrôleur peut envoyer des données de temps à plusieurs pilotes 4511 pour afficher des heures, des minutes et des secondes.Les microcontrôleurs peuvent fonctionner avec d'autres périphériques de contrôle tels que les commutateurs, les claviers ou les interfaces réseau, ce qui fait des interfaces utilisateur complexes qui utilisent des affichages à sept segments.
Figure 6: 4511 Le pilote fonctionne avec des écrans à sept segments
Applications des affichages à sept segments
Horloges numériques: montrez le temps avec une grande visibilité.
Figure 7: horloge d'affichage à sept segments
Appareils ménagers: utilisés dans les micro-ondes et les fours pour afficher les temps de cuisson et les températures pour une pratique et efficace.
Industrie automobile: Utilisé dans les tableaux de bord de voiture pour les vitesse et les jauges de carburant pour des lectures rapides et claires.
Figure 8: Speedomètres d'affichage à sept segments et jauges de carburant
Affiche des informations publiques: communes dans les ascenseurs et les plates-formes de transport public, affichant des nombres ou des messages simples dans un format que tout le monde peut comprendre.
Gaming et divertissement: le flipper et les machines à sous les utilisent pour afficher les scores et les informations de jeu dynamiquement.
Panneaux de commande industriels: préférés dans des environnements difficiles pour montrer des lectures telles que les températures et les pressions car elles sont durables et faciles à connecter avec des circuits électroniques.
Rôle de ces affichages dans l'Internet des objets (IoT)
Les écrans à sept segments sont importants dans la conception des interfaces pour de nombreux appareils intelligents dans l'Internet des objets (IoT).
Tout d'abord, parfait pour les petits systèmes de sauvegarde de piles, ou d'économie d'énergie utilisés dans les applications IoT.
Ensuite, fournit des sorties d'état claires ou des paramètres de température dans des appareils domestiques intelligents comme les thermostats et les systèmes de sécurité, ce qui rend l'interaction utilisateur simple et peu coûteuse.
Ensuite, facile à intégrer avec les capteurs et les microcontrôleurs utilisés dans les appareils IoT.
Enfin, utilisé pour des applications telles que les compteurs intelligents et d'autres dispositifs de surveillance, en particulier dans les zones éloignées ou difficiles d'accès, fournissant une rétroaction visuelle immédiate pour alerter les utilisateurs de modifications ou de problèmes.
Avantages et limitations
Simplicité et facilité d'utilisation
Les écrans à sept segments sont faciles à utiliser car ils affichent des nombres et quelques caractères directement.Ils n'ont pas besoin de programmation complexe ou de logiciels supplémentaires et parfaits pour les systèmes qui ont besoin d'écrans numériques de base.
Rentabilité
Ces affichages sont moins chers par rapport aux technologies d'affichage avancées.Ils utilisent moins de composants et de mécanismes de contrôle plus simples, réduit le coût global de l'appareil.
Haute visibilité
La conception garantit la lisibilité même dans des conditions de faible luminosité.Chaque segment émet une lumière brillante et distincte, offrant un contraste élevé avec le fond et améliore la visibilité.
Durabilité
Fabriqués à partir de matériaux robustes, les écrans à sept segments peuvent gérer les variations de température et la contrainte physique.
Fonctionnalité limitée
L'inconvénient principal est leur fonctionnalité limitée.Ils ne peuvent afficher que des nombres et quelques caractères, ce qui les rend inadaptés aux applications nécessitant du texte ou des graphiques complexes.
Angles de visualisation restreintes
Ces affichages ont souvent des angles de vision limités, un désavantage dans les situations où les informations doivent être visibles sous différents angles, tels que les applications en plein air ou de grande région.
Consommation d'énergie plus élevée
Les écrans à sept segments utilisent plus de puissance que les autres types, comme les LCD.Chaque segment allumé a besoin d'une puissance continue et moins idéal pour les applications à batterie ou sensibles à l'énergie.
Personnalisation limitée
La conception et les fonctionnalités sont fixes qui les limitent à des chiffres et des caractères standard.Ce manque de flexibilité peut être un problème dans les applications nécessitant plus de personnalisation.
Variétés étendues d'affichages segmentés
Affichages de neuf segments
L'affichage à neuf segments s'appuie sur le modèle standard à sept segments en ajoutant deux segments diagonaux, placés aux parties supérieure et inférieure de l'écran.Ces écrans ont gagné en popularité dans les années 1970, en particulier dans les calculatrices, les montres numériques et les premiers appareils électroniques.
Figure 9: Affichage à neuf segments
Quatorze segments affichages
L'affichage de quatorze segments, souvent appelé affichage "Union Jack" en raison de sa ressemblance avec le drapeau britannique lorsque tous les segments sont allumés, étend la structure à sept segments avec quatre segments diagonaux, deux verticaux et un segment horizontal moyen fendu.Cette conception complexe permet une plus large gamme de symboles et de lettres, améliorant considérablement la capacité de l'écran à transmettre des informations.Ces écrans sont couramment utilisés dans le divertissement et les appareils ménagers comme les flipper, les machines à sous, les magnétoscopes, les fours à micro-ondes et les calculatrices.
Figure 10: Affichage de quatorze segments
Seize affichages de segments
L'écran seigneur semestriel va plus loin que la version quatorze segments en divisant les segments horizontaux supérieurs et inférieurs en deux segments supplémentaires.Cette disposition offre une flexibilité encore plus grande dans la représentation des caractères et permettant l'affichage de symboles complexes et améliorant la visibilité alphanumérique.Les écrans seize segments sont souvent utilisés dans les stéréos de voitures, les affichages d'identification de l'appelant téléphonique et d'autres interfaces multimédias qui nécessitent un affichage de caractères détaillé.
Figure 11: segments segments segments
Ce tableau décrit différents types d'affichages segmentés et leurs caractéristiques:
|
Type d'affichage |
Description |
|
Affichages à neuf segments |
Meilleure différenciation des personnages que
sept segments. |
|
Quatorze affichages de segments |
Plus de caractères et utilisé dans le consommateur
électronique. |
|
Affichages de seize segments |
Le plus détaillé et distingue similaire
personnages. |
Conclusion
L'examen des écrans à sept segments et leurs versions avancées montre leur importance dans les écrans numériques.Même avec des technologies plus récentes, les écrans à sept segments sont encore précieux car ils sont simples, bon marché et fiables.Cet article couvre leur structure de base, comment ils fonctionnent et les comparent aux LCD.La discussion sur leur utilisation dans l'Internet des objets (IoT) et diverses industries met en évidence leur flexibilité et leur importance durable.Le passage des écrans de sept segments à seize segments montre l'effort continu pour une meilleure fonctionnalité et une meilleure communication visuelle.En fin de compte, les écrans à sept segments prouvent que les solutions d'ingénierie de base peuvent prendre en charge des systèmes complexes, équilibrant les anciennes méthodes avec de nouvelles idées dans le monde numérique.
Questions fréquemment posées [FAQ]
1. Pourquoi s'appelle-t-il un écran à 7 segments?
Un affichage de 7 segments tire son nom de sept segments lumineux qui peuvent être activés ou désactivés dans différents modèles pour afficher les numéros et certaines lettres.Ces segments sont disposés dans un modèle similaire à une figure-huit.
2. Comment contrôlez-vous un écran LED à 7 segments?
Vous contrôlez un écran LED à 7 segments en envoyant des signaux électriques aux segments que vous souhaitez éclairer.Cela se fait généralement avec un microcontrôleur ou un circuit numérique qui envoie des signaux haute ou basse tension à la broche de commande de chaque segment, en les allumant ou en éteignant au besoin.
3. Comment savoir si le segment à 7 segments est cathode ou anode?
Pour savoir si un affichage à 7 segments est une cathode commune ou une anode commune, vérifiez le câblage ou la fiche technique.Dans un affichage de cathode commun, tous les côtés négatifs (cathodes) sont connectés ensemble et vous allumez des segments en appliquant une tension positive.Dans un affichage d'anode commun, tous les côtés positifs (anodes) sont connectés et vous allumez des segments en appliquant un sol ou une basse tension.
4. Comment vérifier le fonctionnement d'un écran à sept segments?
Pour vérifier si un affichage à sept segments fonctionne, appliquez de la puissance à chaque segment un par un et voyez s'il s'allume.Utilisez une source d'alimentation avec les bonnes résistances, en la connectant à la broche de chaque segment tandis que la broche commune (cathode ou anode) est connectée à la terre ou à la puissance, respectivement.Si chaque segment s'allume, l'écran fonctionne.
5. Comment testez-vous un écran à 7 segments avec un multimètre?
Pour tester un affichage à 7 segments avec un multimètre, définissez-le sur le mode de test des diodes.Connectez la broche commune (anode ou cathode) au fil multimètre correspondant (positif pour l'anode, négatif pour la cathode).Touchez l'autre piste à chaque broche de segment.Un segment de travail affichera une chute de tension sur le multimètre (environ 1,7 à 2,0 volts pour les LED).S'il n'y a pas de chute de tension, le segment pourrait être défectueux.
6. Combien d'épingles y a-t-il sur une LED à sept segments?
Un affichage unique de sept segments a 10 broches - sept pour chaque segment, un pour le point décimal et deux pour les connexions communes (cathode ou anode).Le nombre d'épingles peut varier avec deux écrans ou des fonctionnalités supplémentaires.