最小限のピンで7セグメントLEDディスプレイアレイを管理する

20代の頃、私はマルチタスクの能力を誇りに思っていました。瞬時に複数のプロジェクト間で切り替え、調達担当者、エンジニア、技術者、マーケティングマネージャー、サポートスペシャリストの役割を同時にこなしながら、自分の電子機器スタートアップを運営していました。マルチタスクができることは祝福だと思っていました。

10年後、マルチタスクは作業の質を下げ、同時に脳を消耗させることに気づきました。年を取るにつれて何もかも忘れてしまうのも不思議ではありません！明らかに、マルチタスクは私のワークフローにとって持続不可能な習慣でした。しかし、電子設計においては、タスク、あるいはピンを切り替えることで、最小限のピンで7セグメントLEDアレイを制御することが可能です。

7セグメントLEDディスプレイの仕組み

7セグメントLEDディスプレイは、7つのLEDを長方形に配置した数値表示器です。7セグメントディスプレイを操作する基本は、通常のLEDを駆動するのと同じで、点灯させるためには順方向電圧が必要であり、各LEDを流れる電流には制限抵抗が必要です。

7セグメントLEDディスプレイには8本のピンがあることがわかります。7本のピンは個々のLEDの一方の端を制御し、1本の共通ピンがLEDのカソードまたはアノードを制御します。これはセグメントディスプレイのタイプによって異なります。LEDを点灯させるために必要な電流も、7セグメントディスプレイのサイズによって異なります。

電子機器では、7セグメントLEDディスプレイはカウンターやタイマーによく使用され、適切なLEDを点灯させることで数字やアルファベットを表示します。これらは容易に入手可能で、同じ目的を達成するために複数の単一LEDを配置するよりも実装が簡単です。

7セグメントLEDディスプレイはさまざまな形状やサイズで提供されています。小さいサイズのものは通常、マイクロコントローラーやロジックチップの出力ピンによって直接駆動されます。より大きく電流を多く消費するLEDディスプレイは、通常、トランジスタを使用して電流を沈めたり供給したりします。

最小限のピンで7セグメントLEDディスプレイアレイを制御する

単一の7セグメントLEDディスプレイを制御するのは簡単で、7つのピンのみを使用し、ディスプレイの共通をグラウンドまたは正の電源に恒久的に接続するだけです。しかし、単一セグメントでは実際のアプリケーションでの機能性に限りがあります。例えば、タイマーやカウンターアプリケーションでは、2つ以上の7セグメントLEDディスプレイを接続する必要があります。例として、駐車場の車両カウンターでは、実用的な使用のために少なくとも4つのセグメントが必要です。

7セグメントLEDディスプレイの配列を駆動するには、各制御ピンを専用の出力に接続する方法があります。しかし、これはマイクロコントローラーやラッチ統合回路（IC）のピン使用量を極端に高めます。その結果、4セグメントディスプレイの場合、28ピンが必要になります。

ピン数を減らすより良い方法は、すべての7セグメント制御ピンを同じ出力セットに接続し、各個別セグメントの共通ピンを特定の出力に接続することです。この接続モードでは、一度に1つの7セグメントディスプレイのみをオンにすることができます。

7セグメントLEDディスプレイ配列を駆動するためのファームウェアの使用方法

4セグメントディスプレイのピン数を28から11に削減することに成功しましたね。おめでとうございます！では、すべてのセグメントが正しい数字を一緒に表示していることをどのように確認しますか？技術的には不可能なタスクですが、人間の目の限界といくつかの巧妙なファームウェアプログラミングのおかげで、それを実現することができます。

人間の目は、一部の専門家が異なる意見を持つかもしれませんが、60Hzまでの動きやちらつきしか検出できません。マイクロコントローラは非常に強力で、7セグメントLEDディスプレイを順番に、そしてより高い周波数で切り替えることができます。最終的な結果は、4つのディスプレイが同時に点灯し、正しい数字を表示しているように見える錯覚です。

ここでの鍵は、望ましい英数字の値をメモリ配列に格納し、特定の間隔で正しい出力ピンをオンにすることです。この方法は、制御する7セグメントディスプレイの数が多い場合に適用できます。唯一注意する必要があるのは、マイクロコントローラがより高速なリフレッシュレートを達成でき、その結果、高速スイッチングによる潜在的な電気干渉を引き起こす可能性があることです。

7セグメントLEDアレイのピン数を削減するためのPCB設計

7セグメントLEDアレイを制御しながらピンの数を最小限に抑えるには、LEDの配置とピン接続を注意深く監視することが必要です。PCB設計の基本ルールに従うことも特に重要です。特に、ノイズに敏感なアナログ信号を扱う場合はそうです。

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