Zarządzanie tablicą wyświetlaczy LED 7-segmentowych przy użyciu minimalnej liczby pinów

W moich wczesnych latach dwudziestych szczyciłem się umiejętnością wielozadaniowości. W mgnieniu oka potrafiłem przełączać się między wieloma projektami i pełnić role oficera ds. zaopatrzenia, inżyniera, technika, menedżera marketingu oraz specjalisty ds. wsparcia, jednocześnie prowadząc mój startup elektroniczny. Myślałem, że umiejętność wielozadaniowości to błogosławieństwo.

Dekadę później zdaję sobie sprawę, że wielozadaniowość prowadzi do obniżenia jakości pracy, jednocześnie niszcząc mój mózg w procesie. Nic dziwnego, że zapominam wszystko, gdy się starzeję! Wielozadaniowość, wyraźnie, była niezrównoważonym nawykiem, jeśli chodzi o mój przepływ pracy. W projektowaniu elektroniki, jednakże, przełączanie się między zadaniami, a raczej pinami, umożliwia kontrolowanie tablic LED 7-segmentowych przy użyciu minimalnej liczby pinów.

Jak działa wyświetlacz LED 7-segmentowy

Wyświetlacz LED 7-segmentowy to wskaźnik numeryczny składający się z siedmiu diod LED ułożonych w kształcie prostokąta. Podstawa działania wyświetlacza 7-segmentowego jest taka sama jak w przypadku zwykłych diod LED, które wymagają napięcia przewodzenia do włączenia, jak również ograniczających rezystorów dla prądu płynącego przez każdą diodę LED.

Znajdziesz, że wyświetlacz LED 7-segmentowy zawiera 8 pinów. Siedem z tych pinów kontroluje jeden koniec pojedynczej diody LED, podczas gdy jeden wspólny pin kontroluje katodę lub anodę diody LED, w zależności od typu wyświetlacza segmentowego. Prąd potrzebny do włączenia diod LED również różni się w zależności od rozmiaru wyświetlaczy 7-segmentowych.

W elektronice, wyświetlacze LED 7-segmentowe są powszechne w licznikach i timerach, które pokazują liczby oraz litery poprzez zapalanie odpowiednich diod LED. Są łatwo dostępne i łatwiejsze w implementacji niż układanie wielu pojedynczych diod LED, aby osiągnąć ten sam cel.

Wyświetlacze LED 7-segmentowe występują w różnych kształtach i rozmiarach. Mniejsze rozmiary są zwykle bezpośrednio sterowane przez piny wyjściowe mikrokontrolera lub układu logicznego. Wyświetlacze LED, które są większe i zużywają więcej prądu, zazwyczaj wykorzystują tranzystory do odprowadzania lub dostarczania prądu.

Kontrolowanie tablic wyświetlaczy LED 7-segmentowych przy użyciu minimalnej liczby pinów

Sterowanie pojedynczym wyświetlaczem LED 7-segmentowym jest proste, ponieważ wymaga to tylko siedmiu pinów i stałego połączenia wspólnego wyświetlacza z masą lub dodatnim zasilaniem. Jednak pojedynczy segment ma ograniczoną funkcjonalność w rzeczywistych zastosowaniach. Na przykład, aplikacje takie jak timery czy liczniki często wymagają połączenia dwóch lub więcej wyświetlaczy LED 7-segmentowych. Jako przykład, licznik pojazdów na miejscu parkingowym wymaga co najmniej 4 segmentów do praktycznego użycia.

Sterowanie tablicami wyświetlaczy LED 7-segmentowych może obejmować połączenie każdego pinu sterującego do dedykowanego wyjścia. Jednakże, prowadzi to do ekstremalnie wysokiego poziomu użycia pinów na mikrokontrolerze lub zintegrowanym układzie scalonym (IC). W rezultacie, ta konfiguracja wymaga 28 pinów dla wyświetlaczy 4-segmentowych.

Lepszym sposobem na obniżenie liczby pinów jest połączenie wszystkich siedmiu pinów sterujących segmentami do tego samego zestawu wyjść i połączenie wspólnych pinów każdego indywidualnego segmentu do określonego wyjścia. Ten tryb połączenia pozwala na włączenie tylko jednego wyświetlacza 7-segmentowego w danym momencie.

Jak używać oprogramowania układowego do sterowania tablicami wyświetlaczy LED 7-segmentowych

Więc udało ci się zmniejszyć liczbę pinów dla wyświetlaczy 4-segmentowych do 11 zamiast 28. Dobra robota! Teraz, jak upewnisz się, że wszystkie segmenty pokazują właściwe liczby razem? Technicznie jest to zadanie niemożliwe, ale możesz to osiągnąć, dzięki ograniczeniom ludzkiego oka i niektórym pomysłowym programowaniom firmware.

Ludzkie oko może wykrywać zmiany ruchu lub mrugania do 60Hz, chociaż niektórzy eksperci mogą się z tym nie zgadzać. Mikrokontroler jest na tyle potężny, że może sekwencyjnie włączać każdy z wyświetlaczy LED 7-segmentowych i to z wyższą częstotliwością. Końcowym efektem jest iluzja, że wszystkie cztery wyświetlacze są włączone razem i pokazują właściwe liczby.

Kluczem tutaj jest przechowywanie pożądanej wartości alfanumerycznej w tablicy pamięci i włączanie właściwych pinów wyjściowych w określonym interwale. Ta metoda może być stosowana, gdy masz do kontrolowania większą liczbę wyświetlaczy 7-segmentowych. Jedynym czynnikiem, o którym musisz pamiętać, jest zdolność mikrokontrolera do osiągnięcia szybszej częstotliwości odświeżania, a co za tym idzie, potencjalne zakłócenia elektryczne przy szybkim przełączaniu.

Projektowanie PCB w celu zmniejszenia liczby pinów w tablicach LED 7-segmentowych

Aby kontrolować tablice LED z 7 segmentami, minimalizując przy tym liczbę pinów, konieczne jest staranne monitorowanie układu LED i połączeń pinów. Przestrzeganie podstawowych zasad projektowania PCB jest również krytyczne, szczególnie gdy masz do czynienia z sygnałami analogowymi, które są wrażliwe na zakłócenia.

Kiedy potrzebujesz dostępu do łatwego w użyciu narzędzia do układania PCB, które zawiera wszystko, co potrzebne do budowy wysokiej jakości, produkowalnych płyt obwodów, nie szukaj dalej niż CircuitMaker. Dodatkowo, wszyscy użytkownicy CircuitMaker mają dostęp do osobistej przestrzeni roboczej na platformie Altium 365. Możesz przesyłać i przechowywać swoje dane projektowe w chmurze, a także łatwo przeglądać swoje projekty za pomocą przeglądarki internetowej na bezpiecznej platformie.

Zacznij używać CircuitMaker już dziś i bądź na bieżąco z nowym CircuitMaker Pro od Altium.