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七段显示器原理、引脚图及类型

635 2022-06-10 来源: IC先生 作者: IC先生

七段显示器是最常用的显示数字和字母的设备,平常可以在电视节目中看到七段显示设备倒计时到“0”,而在七段显示器中使用LED使其更受欢迎。使用这种七段显示器,可以以十进制的形式显示二进制信息。其广泛的应用是在微波炉、计算器、洗衣机、收音机、数字时钟等。

七段显示器由LED(发光二极管)或LCD(液晶显示器)组成。LED或发光二极管是PN结二极管,它以光的形式发出能量,不同于以热的形式发出的普通PN结二极管。液晶显示器(LCD)利用液晶的特性进行显示,LCD不会直接发光。这些LED或LCD用于显示所需的数字或字母。单七段或按顺序排列的段数都是符合要求的。

七段显示器的历史

七段显示可以追溯到百年前。1908年,FW Wood发明了八段显示器,通过对角线显示数字“4”。之后在1910年发明了七段显示器,并使用白炽灯泡照明。它们用于发电厂,但没有获得太大的影响。

1970年代后期,随着LED的出现,七段显示器的使用在很大程度上增加了,而且也被广泛的传开。

七段显示器

七段显示器PIN脚图

通常情况下,七段显示器采用10引脚封装。七段显示器的引脚图如下图所示,它是由10个引脚组成的电子电路。

七段显示器PIN脚图

10个引脚中有8个是LED引脚,这些引脚可以自由放置。中间的2个引脚是公共引脚,这些引脚内部短路。根据公共引脚是阴极还是阳极,七段显示器可以分别命名为共阴极或共阳极显示器。

这些可以从不同的供应商处获得,它们具有类似于IC的矩形盒形状,但尺寸较大。

七段显示器的俯视图和仰视图

从俯视图可以看到数字“8”形式的8个段(7个显示段和一个小数点)。

俯视图

其中,7个LED被称为段分配有从A到G的字母表。正向偏置特定段或LED将发出光能,从而照亮数字的一部分。另有一段指定为H,用于显示点。小数点或点用于表示数字中的小数点。例如要显示2.5,用点来表示这个数字中的小数点。

小数点显示

通常情况下,在LED封装中,节段的所有阴极或所有阳极都组合在一起形成一个公共引脚。因此,每个七段显示器将有七个引脚用于显示数字,一个通用引脚和另一个用于小数点/点的引脚。

七段显示器的仰视图如下所示,该段的仰视图显示了10个引脚。这些是七段中LED的阴极或阳极引脚,使用这些引脚照亮七段。

七段显示器仰视图

七段显示器的内部结构

七段显示器的内部结构非常坚硬。在内部,该设备将具有SMD LED,这可以分为内部电路和显示器两部分。内部电路将具有以矩形形式排列的LED。这两个部分被玻璃、陶瓷和塑料包围,以保护它们。

七段显示器的工作原理

七段显示通过点亮数字中所需的相应LED来工作,使用自由离开的引脚控制显示。按顺序对这些引脚进行正向偏置将显示特定的数字或字母。根据七段的类型,段引脚应用逻辑高或逻辑零,并且也以与公共引脚类似的方式应用。

例如,要显示数字“1”,需要打开段b和c,而需要关闭其余段。所以,为了显示两位数,使用了两个七段。

七段显示器的工作原理

七段显示器的类型

根据公共引脚是阳极还是阴极,七段分为以下类型:

  • 共阳极 (CA)七段显示器
  • 共阴极 (CC)七段显示器

1、共阳极七段显示

在共阳极型中,8个LED的所有阳极都连接到公共端子,阴极是空闲的。因此,为了使LED发光,这些阴极必须连接到逻辑“0”,阳极连接到逻辑“1”。

共阳极七段显示

下面的真值表给出了驱动共阳极七段所需的相关信息:

共阳极真值表

为了在该段上显示零,应在a、b、c、d、e和f段上启用逻辑高电平,在“g”段上启用逻辑低电平。因此,上表提供了用于显示0-9数字的七个段的数据。

2、共阴极七段显示

顾名思义,阴极是此类七段的公共引脚,其余8个引脚空闲。此处,逻辑低电平应用于公共引脚,逻辑高电平应用于其余引脚。

共阴极显示

真值表:七段显示的真值表如下所示:

七段显示的真值表

上面的真值表显示了要应用于七个段以显示数字的数据。为了在七个段上显示数字“0”,段a、b、c、d、e和f 应用逻辑高,段g应用逻辑低。

七段显示器驱动方法

可以使用电阻器、晶体管和IC驱动七段显示器,但大多数驱动是由集成电路完成的,因为它们易于协作。

驱动七段显示的必要性

七段设备通常由LED组成,这些LED在正向偏置时会发光。LED的强度取决于正向电流。因此,必须为这些LED提供足够的正向电流才能以最大强度发光。这由驱动程序提供并应用于七个段。以下方法用于驱动七个段。

1、用电阻驱动七段显示器

使用电阻驱动七段是最常用的方法。在此,一般使用电阻作为驱动元件。一般来说,LED需要20毫安的电流。超过此值的电流可能会损坏LED。为了限制该电流,使用了一个电阻器,这称为限流电阻器,电路如下图所示。

用电阻驱动七段

七段的段引脚使用电阻和开关连接,8个开关连接到8个限流电阻,并连接到a到g段显示器。

所以,要使“a”段发光,请关闭开关“a”。电流通过电阻器,限流电阻器处出现一些压降。因此,足够的电流通过LED。假设显示数字7的开关a、b、c闭合。但这里的缺点是,一次点亮所有LED会降低电流。

2、用晶体管驱动七段显示器

另一种驱动七段的方法是通过晶体管。在此,晶体管用于放大输入电流。三极管的集电极连接到七段的公共引脚,发射极接地,基极连接Vcc。连接到公共引脚的晶体管放大七段中的电流。

使用晶体管驱动

3、用集成电路驱动七段显示器

驱动七段显示器的另一种方法是通过集成电路,这通常称为七段驱动器或解码器,最常用的七段解码器是4511。这是一个CMOS芯片,将4位二进制编码的十进制转换为8位七段数据。连接到七段的CMOS七段解码器如下图所示:

通过集成电路驱动

上图显示了使用BCD到七段解码器驱动七段显示器。在这里,必须将BCD数据作为输入来显示数字0到9。例如,要显示数字7,要应用的输入是0111。

七段解码器解码应用的BCD输入并将适当的输出发送到段,解码器输出通过电阻连接到七段输入。这些电阻器用于限制电流。

七段显示器的应用

七段显示器的应用包括以下几个方面内容:

  • 应用在数字计算器、电子仪表、数字时钟、里程表、数字时钟、时钟收音机。
  • 如今,由于低电流消耗,大多数用字母数字字符的显示器基本都有使用七段。

总结

不难发现,七段显示器是最常用的显示数字和字母的设备,但在由于显示技术的进步,七段显示器的使用非常还是很有限的。现在,点阵显示器已经逐渐代替七段显示器的位置,但七段显示器仍然是学习显示技术的一个很好的起点。

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