Een display met 7 segmenten is een eenvoudig elektronisch onderdeel gemaakt van zeven LED-balken die cijfers, een paar letters en zelfs hexadecimale waarden weergeven. Het wordt gebruikt in klokken, rekenmachines, meters en apparaten omdat het een laag stroomverbruik, betrouwbaar en gebruiksvriendelijk is. In dit artikel worden pinout, specificaties, rijmethoden en ontwerptips in detail uitgelegd.
Overzicht van het 7-segmentige scherm
Een display met 7 segmenten is een van de eenvoudigste maar meest gebruikte elektronische weergaveapparaten voor het weergeven van numerieke gegevens en beperkte tekens. Het bestaat uit zeven LED-balken die in een achtvorm zijn gerangschikt en die in verschillende combinaties kunnen worden verlicht om cijfers van 0 tot 9 te vormen, evenals een paar alfabetische tekens. Veel versies bevatten ook een extra decimale komma-segment (dp) om drijvende-kommagetallen weer te geven, waardoor ze geschikt zijn voor rekenmachines, klokken, meters en elektronica. Hun eenvoud, lage stroomverbruik en eenvoudige interface met microcontrollers hebben ze relevant gehouden, zelfs met de opkomst van LCD's en OLED's. Dankzij hun robuuste ontwerp zijn ze ook te vinden in industriële apparatuur, testinstrumenten en embedded systemen waar betrouwbaarheid vereist is.
Pinout-configuratie voor 7-segmentweergave
| Speld nr. | Pin Naam | Pin Rol |
|---|---|---|
| 1 | Speld E | Beheert het LED-segment linksonder. |
| 2 | Speld D | Verantwoordelijk voor het LED-segment op het laagste gedeelte. |
| 3 | Gemeenschappelijke Pin | Maakt verbinding met VCC of aarde, afhankelijk van het schermtype. |
| 4 | Speld C | Bedient het LED-segment in de positie rechtsonder. |
| 5 | DP Pin | Hiermee regelt u het LED-segment achter de komma. |
| 6 | Speld B | Beheert het LED-segment rechtsboven. |
| 7 | Pin A | Begeleidt de werking van het bovenste LED-segment. |
| 8 | Gemeenschappelijke Pin | Vergelijkbaar met pin 3; maakt verbinding met VCC of aarde. |
| 9 | Speld F | Voert het LED-segment linksboven uit. |
| 10 | UUR Speld G | Regelt het schakelen van het middelste LED-segment. |
Elk cijfer wordt gevormd door zeven LED-segmenten, aangeduid met A tot en met G, en een optionele decimale punt (DP). Door verschillende combinaties van deze segmenten te verlichten, kunnen cijfers en enkele letters worden weergegeven. De pinnen aan de onderkant zijn verbonden met elk segment, de komma en de gemeenschappelijke klemmen (COM), die kunnen worden gekoppeld aan massa- of voedingsspanning, afhankelijk van of het display een gemeenschappelijke kathode of een gemeenschappelijke anode is.
Verschillende toepassingen van 7-segments display
Digitale klokken
In digitale klokken worden 7-segments displays gebruikt om uren, minuten en seconden weer te geven in een gemakkelijk af te lezen numeriek formaat. Door hun duidelijke zichtbaarheid zijn ze geschikt voor zowel consumenten- als industriële tijdwaarnemingsapparaten.
Rekenmachines
Zak- en desktoprekenmachines vertrouwen op displays met 7 segmenten om numerieke resultaten weer te geven. Hun lage stroombehoefte zorgt voor een lange levensduur van de batterij, zelfs in compacte apparaten.
Meetinstrumenten
Multimeters, voltmeters, ampèremeters en frequentietellers gebruiken vaak 7-segmenten displays om nauwkeurige numerieke metingen te leveren, waardoor duidelijkheid voor ingenieurs en technici wordt gegarandeerd.
Huishoudelijke apparaten
Apparaten zoals magnetrons, wasmachines en airconditioners gebruiken displays met 7 segmenten om tijd-, temperatuur- en programma-instellingen aan te geven.
Brandstofpompen
Brandstofpompen maken gebruik van displays met 7 segmenten om de hoeveelheid en kosten van brandstof weer te geven, waardoor klanten duidelijke en realtime gegevens krijgen.
Scoreborden
Sportscoreborden gebruiken grote displays met 7 segmenten om scores, timers en countdowns weer te geven die van een afstand zichtbaar zijn.
Gemeenschappelijke kathode versus gemeenschappelijke anode in schermen met 7 segmenten
Gemeenschappelijke kathode (CC)
Alle kathode (negatieve) klemmen van de LED's zijn met elkaar verbonden en verbonden met aarde (GND). Een segment licht op wanneer een HOGE spanning wordt aangelegd op de bijbehorende pen.
Dit type is eenvoudig te gebruiken met microcontrollers of driver-IC's die rechtstreeks stroom leveren.
Gemeenschappelijke anode (CA)
Alle anode (positieve) klemmen worden aan elkaar gekoppeld en aangesloten op VCC. Een segment wordt ingeschakeld wanneer de pin LAAG (naar aarde) wordt getrokken. Werkt het beste met drivers die de stroom verslechteren.
Het type identificeren
Gebruik een multimeter in diodemodus. Voor een gemeenschappelijke anode sluit u de rode sonde aan op de gemeenschappelijke pin en de zwarte sonde op een segmentpen, als het segment oplicht, is het CA. Draai de sondes om om te testen op een gemeenschappelijke kathode.
Elektrische specificaties van 7-segments displays
| Parameter | Bereik |
|---|---|
| Voorwaartse spanning (Vf) | 1,8–2,4 V (Rood/Geel: \~1,8–2,0 V, Groen/Blauw: \~2,0–2,4 V) |
| Voorwaartse stroom (If) | 10–30 mA (20 mA per segment is standaard) |
| Piek stroom | Tot 100 mA (alleen gepulseerde/gemultiplexte werking) |
| Lichtsterkte | 1–10 mcd (hogere waarden = helderder) |
| Golflengte (Kleur) | Rood: 620–630 nm, Groen: 565 nm |
| Kijkhoek | 50-120° |
Weerstandsberekening voor 7-segments displays
Een 7-segments display vereist een stroombegrenzende weerstand voor elk LED-segment om overmatige stroomtoevoer en ongelijkmatige helderheid te voorkomen. De weerstandswaarde wordt bepaald aan de hand van de wet van Ohm, uitgedrukt als R = (Vcc – Vf) / If, waarbij Vcc de voedingsspanning is, Vf de voorwaartse spanning van de LED is en If de gewenste voorwaartse stroom. Bijvoorbeeld, met een 5 V-voeding, een doorlaatspanning van 2,0 V per segment en een doelstroom van 10 mA, wordt de berekening (5 – 2) ÷ 0,01 = 300 Ω. Aangezien weerstanden in standaardwaarden worden geleverd, is het het beste om de volgende hogere optie te selecteren, zoals 330 Ω, om de veiligheid te garanderen. Elk segment moet zijn eigen weerstand hebben, omdat het delen van een weerstand over de gemeenschappelijke pin ongelijkmatige helderheidsniveaus veroorzaakt. Bij het aanpassen van weerstandswaarden moet bij het instellen van weerstandswaarden ook rekening worden gehouden met gepulseerde werking.
Aansturen van 7-segments displays met decoder-IC's
Als u een 7-segments display rechtstreeks vanaf een microcontroller bedient, kunnen snel I/O-pinnen worden verbruikt, aangezien voor één cijfer maximaal acht pinnen nodig zijn (zeven segmenten plus decimale komma). Om GPIO's te besparen en de bedrading te vereenvoudigen, worden decoder-IC's gebruikt. Deze chips zetten een 4-bits binair gecodeerde decimale (BCD) invoer om in de benodigde zeven uitgangen die de schermsegmenten aansturen, waardoor de vereiste wordt teruggebracht tot slechts vier datalijnen.
De 74HC4511 is ontworpen voor gemeenschappelijke kathode (CC) displays en biedt actieve-HOGE outputs. Het bevat handige functies zoals het inschakelen van vergrendeling, lamptest en blanking-controle, die een stabiele displaycontrole en testen mogelijk maken. Aan de andere kant werkt de SN7447/LS47 met gemeenschappelijke anode (CA) displays en voert hij actief-LOW-signalen uit. Het ondersteunt ook lamptest- en rimpelonderdrukkingsfuncties, waardoor het geschikt is voor het aansturen van meerdere cijfers in cascadedisplays.
Rijmethoden voor 7-segmenten displays
Directe aandrijving
Bij deze benadering wordt elk LED-segment rechtstreeks vanaf de MCU-pin aangesloten via een weerstand. Hoewel het eenvoudig is, vereist het tot 8 pinnen per cijfer. Dit is praktisch voor eencijferige displays, maar inefficiënt voor opstellingen met meerdere cijfers.
Decoder-IC's
Een decoder vermindert het pingebruik door een 4-bits binaire ingang om te zetten in de zeven uitgangen die nodig zijn voor het display. Deze aanpak is uitstekend geschikt voor enkele cijfers of kleine displays, waardoor de vereiste MCU-pinnen worden teruggebracht tot slechts vier. Het wordt minder efficiënt bij het aansturen van grotere arrays met meerdere cijfers.
Dienst Registers
Shiftregisters nemen seriële gegevens van de MCU en zetten deze om in parallelle uitgangen. Ze worden gemakkelijk in cascade geschakeld, waardoor ze perfect zijn voor meercijferige modules met 7 segmenten terwijl ze zeer weinig MCU-pinnen gebruiken. Deze methode is het meest schaalbaar en wordt gebruikt in digitale klokken, tellers en gemultiplexte displays.
Multiplexing meercijferige displays met 7 segmenten
Bij het gebruik van meercijferige displays met 7 segmenten is multiplexing een veelgebruikte methode om ze te bedienen zonder al te veel pinnen te gebruiken. Bij deze aanpak wordt slechts één cijfer tegelijk ingeschakeld, maar het schakelen gebeurt zo snel dat het lijkt alsof alle cijfers samen aan staan. Dit maakt het display gemakkelijker te beheren terwijl toch de juiste cijfers worden weergegeven.
Om het scherm er stabiel uit te laten zien, moet elk cijfer ongeveer 200 keer per seconde snel genoeg worden ververst, zodat het oog geen flikkering opmerkt. De hoeveelheid tijd dat elk cijfer actief is, wordt de inschakelduur genoemd, die afhankelijk is van het aantal cijfers dat wordt bestuurd. Een kleinere inschakelduur betekent dat de cijfers niet zo helder zijn, dus de stroom moet mogelijk binnen veilige grenzen worden aangepast om het zicht te behouden.
Een probleem dat kan optreden bij multiplexing is ghosting, waarbij ongewenste segmenten zwak verlicht lijken. Dit kan worden voorkomen door alle cijfers uit te schakelen voordat de segmentsignalen worden bijgewerkt en door stuurprogramma's te gebruiken die snel van toestand kunnen veranderen voor een schonere werking.
Aansturen van 7-segments displays met transistor- en MOSFET-drivers
Darlington transistor arrays
Deze IC's worden gebruikt voor zinkstroom in gemeenschappelijke kathode (CC) displays. Elk kanaal kan een segment of cijfer aansturen, waardoor ze geschikt zijn voor middelgrote tot grote displays.
PNP-transistors en P-kanaal MOSFET's
Voor common anode (CA) displays is sourcing current noodzakelijk. PNP-transistors of P-MOSFET's leveren de vereiste stroom aan de anodes, terwijl de MCU het schakelen efficiënt kan regelen.
Speciale LED-driver-IC's
Gespecialiseerde IC's zoals de MAX7219 integreren multiplexing, stroomregeling en helderheidsregeling in één chip. Deze stuurprogramma's verminderen de complexiteit van de bedrading aanzienlijk en maken MCU-bronnen vrij.
Tekens die u kunt weergeven op schermen met 7 segmenten
Cijfers (0-9)
Het primaire doel van displays met 7 segmenten is het weergeven van decimale getallen. Alle cijfers van 0 tot 9 kunnen duidelijk en nauwkeurig worden weergegeven, daarom worden ze gebruikt in rekenmachines, klokken en meters.
Hexadecimale tekens (A-F)
Displays met 7 segmenten kunnen ook hexadecimale waarden weergeven. Ondersteunde tekens zijn onder andere A, b, C, d, E en F. Dit maakt ze nuttig in digitale elektronica en embedded systemen waar hexadecimale representatie nodig is.
Beperkte alfabetische letters
Sommige letters, zoals P, U, L en H, kunnen worden benaderd met behulp van de zeven segmenten. De leesbaarheid is misschien niet altijd de beste, omdat veel letters meer segmenten nodig hebben dan het display biedt.
Niet geschikt voor volledige tekst
Door hun beperkte structuur zijn displays met 7 segmenten niet praktisch voor het weergeven van woorden of complexe letters. Voor toepassingen met veel tekst gebruiken ontwerpers in plaats daarvan vaak dot-matrix-displays of alfanumerieke LCD-/LED-modules.
PCB en bedradingstips voor 7-segments displays
• Plaats stroombegrenzende weerstanden dicht bij de LED-pinnen om een stabiele helderheid te behouden en spanningsdalingen over sporen te verminderen.
• Gebruik brede PCB-sporen voor gewone anode- of kathodelijnen, omdat deze hogere stromen voor meerdere segmenten tegelijk voeren.
• Voeg een solide massavlak toe om stabiele retourpaden te bieden, ruis te minimaliseren en de algehele circuitprestaties te verbeteren.
• Houd lijnen met digita-compatibele regels kort en goed gerouteerd om ruisproblemen te voorkomen en zorg voor snelle overgangen voor soepele multiplexing.
Conclusie
Displays met 7 segmenten zijn praktisch, duurzaam en worden veel gebruikt voor het weergeven van getallen in apparaten zoals klokken, rekenmachines, meters en brandstofpompen. Ze kunnen werken als een gemeenschappelijke kathode of een gemeenschappelijke anode en worden aangestuurd door microcontrollers, decoder-IC's of verschuivingsregisters. Hoewel ze niet geschikt zijn voor full text, zorgen hun efficiëntie en betrouwbaarheid ervoor dat ze in veel toepassingen nodig blijven.
Veelgestelde vragen [FAQ]
Welke materialen worden gebruikt in 7-segments displays?
Ze zijn gemaakt van halfgeleider-LED's (GaAsP voor rood/oranje, GaP voor groen) gehuisvest in epoxyhars voor bescherming en lichtvorming.
Kunnen 7-segments displays buiten worden gebruikt?
Ja, maar alleen versies met hoge helderheid of versies met een groot segment zijn geschikt. Standaard beeldschermen zijn te zwak voor direct zonlicht.
Hoe lang gaat een 7-segments display mee?
Een goed gereden display gaat 50.000 tot 100.000 uur mee. Overstroom of oververhitting verkort de levensduur.
Wat is de beste verversingssnelheid voor gemultiplexte schermen?
De meeste werken het beste tussen 100 Hz en 1 kHz. Frequenties onder de 100 Hz veroorzaken flikkering, terwijl frequenties boven 1 kHz hulpbronnen verspillen.
Bestaan er meerkleurige displays met 7 segmenten?
Ja. Sommige modellen gebruiken tweekleurige of RGB-LED's, waardoor meerdere kleuropties op één scherm mogelijk zijn.
Welke verbruikt meer stroom, 7-segmenten displays of LCD's?
LED's met 7 segmenten verbruiken meer stroom dan LCD's. LCD's hebben de voorkeur voor apparaten met een laag stroomverbruik, terwijl LED's helderder en robuuster zijn.