최소 핀으로 7-세그먼트 LED 디스플레이 배열 관리하기

20대 초반, 저는 여러 가지 일을 동시에 처리할 수 있는 능력에 자부심을 느꼈습니다. 순식간에 여러 프로젝트 사이를 전환하며 구매 담당자, 엔지니어, 기술자, 마케팅 매니저, 지원 전문가의 역할을 동시에 수행하면서 전자 제품 스타트업을 운영했습니다. 다양한 일을 동시에 처리할 수 있다는 것이 축복이라고 생각했습니다.

10년이 지난 지금, 다중 작업을 하면 작업 품질이 떨어지고 동시에 뇌를 망가뜨린다는 것을 깨달았습니다. 나이가 들수록 모든 것을 잊어버리는 것도 무리가 아니었네요! 분명히, 다중 작업은 제 작업 흐름에 있어서 지속 가능하지 않은 습관이었습니다. 하지만 전자 설계에서는, 작업을 전환하는 것, 즉 핀 사이를 전환하는 것이 최소한의 핀으로 7-세그먼트 LED 배열을 제어할 수 있게 합니다.

7-세그먼트 LED 디스플레이의 작동 원리

7 세그먼트 LED 디스플레이는 사각형 모양으로 배열된 일곱 개의 LED로 구성된 숫자 표시기입니다. 7-세그먼트 디스플레이를 작동하는 기본 원리는 일반 LED를 구동하는 것과 같으며, 각 LED를 통해 흐르는 전류를 위한 전압을 인가하고 제한 저항이 필요합니다.

7세그먼트 LED 디스플레이에는 8개의 핀이 있다는 것을 알게 될 것입니다. 핀 중 일곱 개는 개별 LED의 한쪽 끝을 제어하고, 하나의 공통 핀은 세그먼트 디스플레이의 유형에 따라 LED의 음극 또는 양극을 제어합니다. 7세그먼트 디스플레이의 크기에 따라 LED를 켜는 데 필요한 전류도 달라집니다.

전자 기기에서 7세그먼트 LED 디스플레이는 카운터와 타이머에 흔히 사용되며, 적절한 LED를 점등하여 숫자뿐만 아니라 알파벳도 표시합니다. 이들은 쉽게 구할 수 있으며, 같은 목적을 달성하기 위해 여러 개의 단일 LED를 배열하는 것보다 구현하기가 더 쉽습니다.

7세그먼트 LED 디스플레이는 다양한 모양과 크기로 제공됩니다. 작은 크기는 일반적으로 마이크로컨트롤러 또는 로직 칩의 출력 핀에 의해 직접 구동됩니다. 더 크고 더 많은 전류를 소비하는 LED 디스플레이는 보통 트랜지스터를 사용하여 전류를 싱크하거나 소스합니다.

최소 핀으로 7-세그먼트 LED 디스플레이 배열 제어하기

단일 7-세그먼트 LED 디스플레이를 제어하는 것은 디스플레이 공통을 지상이나 양전원에 영구적으로 연결하는 것만 포함하기 때문에 쉽습니다. 그러나 단일 세그먼트는 실제 응용 프로그램에서 기능이 제한됩니다. 예를 들어, 타이머나 카운터 응용 프로그램은 종종 두 개 이상의 7-세그먼트 LED 디스플레이를 연결해야 합니다. 예를 들어, 주차 공간의 차량 카운터는 실용적인 사용을 위해 최소 4개의 세그먼트가 필요합니다.

7-세그먼트 LED 디스플레이 배열을 구동하는 것은 각 제어 핀을 전용 출력에 연결하는 것을 포함할 수 있습니다. 그러나 이는 마이크로컨트롤러나 래치 집적회로(IC)에서 매우 높은 수준의 핀 사용을 초래합니다. 결과적으로, 이 구성은 4-세그먼트 디스플레이에 28개의 핀이 필요합니다.

핀 수를 줄이는 더 나은 방법은 모든 일곱 세그먼트 제어 핀을 동일한 출력 세트에 연결하고 각 개별 세그먼트의 공통 핀을 특정 출력에 연결하는 것입니다. 이 연결 모드는 한 번에 단일 7-세그먼트 디스플레이만 켤 수 있습니다.

펌웨어를 사용하여 7-세그먼트 LED 디스플레이 배열을 구동하는 방법

그래서, 4-세그먼트 디스플레이의 핀 수를 28개 대신 11개로 줄이는 데 성공했습니다. 잘했어요! 이제 모든 세그먼트가 함께 올바른 숫자를 표시하도록 어떻게 보장할 수 있을까요? 기술적으로는 불가능한 작업이지만, 인간의 눈의 한계와 몇 가지 기발한 펌웨어 프로그래밍 덕분에 가능하게 만들 수 있습니다.

인간의 눈은 최대 60Hz까지의 움직임이나 깜빡임 변화만 감지할 수 있습니다, 비록 일부 전문가는 다르게 주장할 수도 있지만. 마이크로컨트롤러는 매우 강력해서 7-세그먼트 LED 디스플레이를 순차적으로 그리고 더 높은 주파수로 전환할 수 있습니다. 최종 결과는 모든 네 개의 디스플레이가 함께 켜지고 올바른 숫자를 표시하는 것처럼 보이는 환상입니다.

여기서 핵심은 원하는 알파벳-숫자 값을 메모리 배열에 저장하고 특정 간격으로 올바른 출력 핀을 켜는 것입니다. 이 방법은 더 많은 수의 7-세그먼트 디스플레이를 제어해야 할 때 적용할 수 있습니다. 유일하게 알아야 할 요소는 마이크로컨트롤러가 더 빠른 리프레시 비율을 달성할 수 있는 능력이고, 따라서 고속 스위칭으로 인한 잠재적인 전기적 간섭을 일으킬 수 있다는 것입니다.

7-세그먼트 LED 배열의 핀 수를 줄이기 위한 PCB 디자인

7-세그먼트 LED 배열을 제어하면서 핀의 수를 최소화하려면 LED 배열과 핀 연결을 세심하게 모니터링하는 것이 필요합니다. 특히 소음에 민감한 아날로그 신호를 다룰 때는 PCB 설계의 기본 규칙을 준수하는 것이 매우 중요합니다.

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