Управление массивом 7-сегментных светодиодных индикаторов с минимальным количеством выводов

В мои ранние 20 я гордился своей способностью многозадачности. В любой момент я мог переключаться между несколькими проектами и выполнять роли сотрудника по закупкам, инженера, техника, маркетингового менеджера и специалиста по поддержке, одновременно управляя моим стартапом в области электроники. Я думал, что многозадачность - это благо.

Спустя десятилетие, я понял, что многозадачность приводит к снижению качества работы и убивает мой мозг в процессе. Неудивительно, что я все забываю, по мере того как становлюсь старше! Очевидно, многозадачность была неустойчивой привычкой, когда речь шла о моем рабочем процессе. Однако в дизайне электроники переключение между задачами, или скорее контактами, позволяет управлять массивами 7-сегментных светодиодных индикаторов с минимальным количеством контактов.

Как работает 7-сегментный светодиодный дисплей

7-сегментный светодиодный дисплей - это цифровой индикатор, состоящий из семи светодиодов, расположенных в форме прямоугольника. Принцип работы 7-сегментного дисплея такой же, как и у обычных светодиодов, которые требуют прямого напряжения для включения, а также ограничивающих резисторов для тока, протекающего через каждый светодиод. 

Вы обнаружите, что 7-сегментный светодиодный дисплей содержит 8 контактов. Семь из этих контактов управляют одним концом отдельного светодиода, в то время как один общий контакт управляет катодом или анодом светодиода, в зависимости от типа сегментного дисплея. Ток, необходимый для включения светодиодов, также варьируется в зависимости от размера 7-сегментных дисплеев.

В электронике 7-сегментные светодиодные дисплеи широко используются в счетчиках и таймерах, которые показывают числа, а также буквы, зажигая соответствующие светодиоды. Они легко доступны и проще в реализации, чем организация множества отдельных светодиодов для достижения той же цели.

7-сегментные светодиодные дисплеи бывают различных форм и размеров. Меньшие по размеру обычно управляются напрямую с выходных контактов микроконтроллера или логического чипа. Светодиодные дисплеи большего размера, потребляющие больше тока, обычно используют транзисторы для стока или источника тока.

Управление массивами 7-сегментных светодиодных дисплеев с минимальным количеством контактов

Управление одним 7-сегментным светодиодным индикатором просто, так как это включает в себя всего лишь семь выводов и постоянное соединение общего вывода дисплея либо с землей, либо с положительным питанием. Однако один сегмент обладает ограниченными функциональными возможностями в реальных приложениях. Например, для приложений таймера или счетчика часто требуется соединение двух или более 7-сегментных светодиодных индикаторов. Как пример, счетчик автомобилей на парковке требует как минимум 4 сегмента для практического использования.

Управление массивами 7-сегментных светодиодных индикаторов может включать подключение каждого управляющего вывода к отдельному выходу. Однако это приводит к чрезвычайно высокому уровню использования выводов либо на микроконтроллере, либо на интегральной схеме (ИС) защелки. В результате такая конфигурация требует 28 выводов для 4-сегментных индикаторов.

Лучший способ снизить количество выводов - подключить все семь управляющих выводов сегментов к одному и тому же набору выходов и соединить общие выводы каждого отдельного сегмента с определенным выходом. Этот режим подключения позволяет включать только один 7-сегментный индикатор в любой данный момент.

Как использовать прошивку для управления массивами 7-сегментных светодиодных индикаторов

Итак, вам удалось сократить количество выводов для 4-сегментных индикаторов до 11 вместо 28. Отличная работа! Теперь, как вы собираетесь обеспечить, чтобы все сегменты показывали правильные числа одновременно? Технически это невозможная задача, но вы можете сделать это возможным, благодаря ограничениям человеческого глаза и некоторым изобретательским программным решениям.

Человеческий глаз может обнаруживать изменения движения или мерцания только до 60Гц, хотя некоторые эксперты могут спорить по-другому. Микроконтроллер настолько мощный, что может последовательно включать каждый из 7-сегментных светодиодных дисплеев на более высокой частоте. В результате создается иллюзия, что все четыре дисплея включены одновременно и показывают правильные числа.

Ключевой момент здесь - сохранить желаемое алфавитно-цифровое значение в массиве памяти и включать нужные выходные контакты через определенные интервалы. Этот метод может быть применен, когда вам нужно управлять большим количеством 7-сегментных дисплеев. Единственный фактор, о котором вам нужно знать, - это способность микроконтроллера достигать более высокой частоты обновления и, следовательно, потенциально вызывать электрические помехи при высокоскоростном переключении.

Дизайн печатной платы для сокращения количества выводов 7-сегментных светодиодных массивов

Для управления массивами 7-сегментных светодиодных индикаторов с минимизацией количества выводов необходимо тщательно следить за расположением светодиодов и подключением выводов. Соблюдение базовых правил проектирования печатных плат также критически важно, особенно когда у вас есть аналоговые сигналы, чувствительные к помехам.

Когда вам нужен легкий в использовании инструмент для разработки печатных плат, который включает все необходимое для создания качественных производственных плат, не ищите ничего, кроме CircuitMaker. В дополнение к простому в использовании программному обеспечению для проектирования печатных плат, все пользователи CircuitMaker имеют доступ к личному рабочему пространству на платформе Altium 365. Вы можете загружать и хранить данные своих проектов в облаке, а также легко просматривать свои проекты через веб-браузер на защищенной платформе.

Начните использовать CircuitMaker сегодня и оставайтесь на связи, чтобы узнать о новом CircuitMaker Pro от Altium.