Gestión de un arreglo de pantallas LED de 7 segmentos con el mínimo de pines

En mis primeros años veinte, me enorgullecía de mi capacidad para hacer varias cosas a la vez. En un momento dado, podía cambiar entre múltiples proyectos y asumir los roles de oficial de compras, ingeniero, técnico, gerente de marketing y especialista de soporte mientras dirigía simultáneamente mi startup de electrónica. Pensaba que era una bendición poder hacer multitarea.

Una década después, me doy cuenta de que la multitarea resulta en una menor calidad de trabajo mientras destruye mi cerebro en el proceso. ¡No es de extrañar que olvide todo a medida que envejezco! Claramente, la multitarea era un hábito insostenible cuando se trataba de mi flujo de trabajo. Sin embargo, en el diseño electrónico, cambiar entre tareas, o mejor dicho pines, hace posible controlar arreglos de LED de 7 segmentos con un mínimo de pines.

Cómo Funciona una Pantalla LED de 7 Segmentos

Una pantalla LED de 7 segmentos es un indicador numérico que consiste en siete LEDs dispuestos en una forma rectangular. La base para operar una pantalla de 7 segmentos es la misma que la de encender LEDs regulares, los cuales requieren un voltaje directo para activarse, así como resistencias limitadoras para la corriente que fluye a través de cada LED.

Descubrirás que una pantalla LED de 7 segmentos contiene 8 pines. Siete de los pines controlan un extremo del LED individual mientras que un pin común controla el cátodo o ánodo del LED, dependiendo del tipo de pantalla de segmento. La corriente necesaria para encender los LEDs también varía con el tamaño de las pantallas de 7 segmentos.

En electrónica, las pantallas LED de 7 segmentos son comunes en contadores y temporizadores, que muestran números así como alfabetos al iluminar el LED apropiado. Son fácilmente disponibles y más fáciles de implementar que organizar múltiples LEDs individuales para lograr el mismo propósito.

Las pantallas LED de 7 segmentos vienen en varias formas y tamaños. Los tamaños más pequeños son típicamente controlados directamente por los pines de salida de un microcontrolador o un chip lógico. Las pantallas LED que son más grandes y consumen más corriente generalmente utilizan transistores para hundir o suministrar la corriente.

Controlando Arreglos de Pantallas LED de 7 Segmentos Con Mínimos Pines

Controlar un solo display LED de 7 segmentos es fácil, ya que solo involucra siete pines y conectar permanentemente el común del display a tierra o al suministro positivo. Sin embargo, un solo segmento tiene funcionalidad limitada en aplicaciones reales. Por ejemplo, aplicaciones de temporizadores o contadores a menudo requieren conectar dos o más displays LED de 7 segmentos. Como ejemplo, un contador de vehículos en un espacio de estacionamiento requiere al menos 4 segmentos para un uso práctico.

Conducir arreglos de displays LED de 7 segmentos puede involucrar conectar cada pin de control a una salida dedicada. Sin embargo, esto resulta en un nivel extremadamente alto de uso de pines en un microcontrolador o un circuito integrado (IC) de latch. Como resultado, esta configuración requiere 28 pines para displays de 4 segmentos.

Una mejor manera de reducir el número de pines es conectar todos los siete pines de control de segmento al mismo conjunto de salidas y conectar los pines comunes de cada segmento individual a una salida específica. Este modo de conexión permite que solo un display LED de 7 segmentos se encienda en un momento dado.

Cómo Usar el Firmware para Conducir Arreglos de Display LED de 7 Segmentos

Así que has logrado reducir el número de pines para pantallas de 4 segmentos a 11 pines en lugar de 28. ¡Bien hecho! Ahora, ¿cómo asegurarás que todos los segmentos muestren los números correctos juntos? Técnicamente, es una tarea imposible, pero puedes lograrlo, gracias a las limitaciones del ojo humano y a una ingeniosa programación de firmware.

El ojo humano solo puede detectar cambios en movimientos o parpadeos hasta 60Hz, aunque algunos expertos pueden argumentar de manera diferente. Un microcontrolador es tan potente que puede encender cada uno de los displays LED de 7 segmentos secuencialmente y a una frecuencia más alta. El resultado final es la ilusión de que los cuatro displays están encendidos juntos y mostrando los números correctos.

La clave aquí es almacenar el valor alfanumérico deseado en un arreglo de memoria y encender los pines de salida correctos en un intervalo específico. Este método se puede aplicar cuando tienes un número mayor de displays de 7 segmentos para controlar. El único factor del que necesitas estar consciente es la capacidad del microcontrolador para lograr una tasa de refresco más rápida y, por lo tanto, causar una posible interferencia eléctrica con el conmutación de alta velocidad.

Diseño de PCB para Reducir el Número de Pines de Arreglos de LED de 7 Segmentos

Para controlar matrices de LED de 7 segmentos minimizando el número de pines, es necesario monitorear diligentemente la disposición de los LED y la conexión de los pines. También es crítico adherirse a las reglas básicas del diseño de PCB, especialmente cuando tienes señales analógicas que son sensibles al ruido.

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