Семисегментный индикатор. Arduino и четырехразрядный семисегментный индикатор 7 сегментный индикатор с общим катодом
Доброго времени суток! После моего затяжного и вынужденного перерыва, продолжим освоение курса «Программирование Ардуино». В одном из наших предыдущих уроков, мы уже работали с последовательностью светодиодов, теперь пора переходить к следующему этапу обучения. Темой сегодняшней статьи будет – 7-сегментный индикатор.
Знакомство с 7-сегментным индикатором будет состоять из двух частей. В первой части мы поверхностно «пробежимся» по теоретической составляющей, поработаем с «железом» и напишем простенькие программки.
Прошлый раз мы работали с последовательностью из 8 светодиодов, сегодня их также будет 8 (7 – светодиодных полосок и 1 точка). В отличии от предыдущей последовательности, элементы этого набора не выстроенные в ряд (друг за дружкой), а расположены в определённом порядке. Благодаря чему используя лишь один компонент можно вывести 10 цифр (от 0 до 9).
Еще одно существенное отличие, что выделяет данный индикатор на фоне простых светодиодов. У него общий катод (вернее две равноценные ножки 3 и 8, на который заведен катод). Достаточно всего лишь соединить один из катодов с землей (GND ). Аноды у всех элементов индикатора индивидуальные.
Небольшое отступление. Все выше сказанное относится к 7-сегментным индикаторам с общим катодом. Однако существуют индикаторы с общим анодом. Подключение таких индикаторов имеет существенные отличия, поэтому прошу не путать «грешное с праведным». Необходимо четко понимать, какой именно тип семисегментника у вас в руках!
Кроме отличий между простыми светодиодами и 7-сегментными индикаторами, есть и общие черты. Например: индикаторы, как и светодиоды, можно смонтировать в ряд (последовательность) для отображения двух-, трёх-, четырехзначных чисел (разрядов). Однако не советую сильно заморачиваться по поводу самостоятельной сборки сегментных наборов. В продаже «рядом» с одноразрядными индикаторами, продаются и многоразрядные.
Надеюсь, вы не забыли об необходимости использования токоограничивающих резисторов при подключении светодиодов. Это же относится и к индикаторам: на каждый элемент индикатора должен быть подключен свой резистор. 8 элементов (7 + 1) – 8 резисторов.
У меня под рукой оказался семисегментник с маркировкой 5161AS (общий катод). Распиновка контактов:
Принципиальная схема
Как говорил ранее, для того, чтобы включить сегмент «А» подключим к любому общему контакту (3 или 8) «землю», а на вывод 7 подадим 5В питания. Если индикатор с общим анодом, то на анод подаём 5В, а на вывод сегмента «землю»!
Соберём тестовый стенд. Соединяем провода по порядку, начиная с первой ножки, которая идёт на 2-й вывод платы Ардуино. Землю подключим к 8 выводу индикатора.
После того, как стенд собран можно приступать к написанию прошивки.
Для проверки индикатора запустим написанную программу. Выберем элемент «А» и помигаем им.
Теперь помигаем цифрой 2. Для этого включим еще несколько элементов.
Чтобы вывести одну цифру, нужно написать n-число строчек кода. Затруднительно, не находите.
Есть другой путь. Для того, чтобы вывести любую цифру на индикаторе, сначала её нужно представить в виде определенной последовательности бит.
Таблица соответствия.
Если у дисплея общий анод, то 1 нужно заменить на 0, а 0 – на 1!
Столбец hex – представление цифры в байтовом виде (более детально поговорим об этом во второй части).
Число в двоичной системе счисления записывается следующим образом: 0b00000000. 0b – двоичная система. Нули означают, что все светодиоды выключены.
При подключении мы задействовали выводы с 2 по 9. Чтобы включить 2 вывод записываем в него единицу = 0b00000001. За точку отвечает четвёртый бит справа. За чёрточку посередине индикатора отвечает самый последний бит.
Давайте напишем пример вывода цифры 0.
Для уменьшения количества набранных строк воспользуемся циклом, который позволяет «перебрать» все 8 бит. Переменной Enable_segment присваивается значение считываемого бита. После этого текущий вывод устанавливается в соответствующий режим (наличия или отсутствия сигнала ).
Примечание: функция bitRead() считывает состояние указанного бита и возвращает значение состояния (0 или 1). bitRead(x, n) где, x — число, бит которого необходимо считать; n — номер бита, состояние которого необходимо считать. Нумерация начинается с младшего значащего бита (крайнего правого) с номером 0.
И в завершении первой части напишем небольшой счетчик.
По просьбе трудящихся решил я рассказать о замечательной вещи под названием
7-ми сегментный светодиодный индикатор. Для начала что это такое.
Вот такая вот штука. Это один разряд, так же бывают двух разрядные, трех и четырех
разрядные. Видел еще шести разрядные. После каждого разряда стоит десятичная точка.
Если разрядов четыре, то чаще всего после второго разряда можно встретить двоеточие
для индикации секунд, при выводе времени. Разобравшись с железками давайте перейдем
к изучению схемы. Что вообще такое динамическая индикация и зачем она нужна.
Так-как индикатор 7-ми сегментный, то для отображения цифры используется всего 7
сегментов. Обозначаются они всегда латинскими буквами A, B, C, D, E, F, G и DP
Смотрим картинку.
Под каждым сегментом расположен светодиод. Все светодиоды одним концом объеденены.
Либо анодами либо катодами, а противоположные концы выведены наружу. Легко заметить
что для отображения цифры необходимо использовать 8 выводов. Один общий и семь для
сегментов. Если это касается одного разряда, то тут думать не о чем, просто вешаем
все на один порт. А если разрядов четыре? Восемь помножим на четыре будет тридцать
два. О... Да над таким индикатором 32 мега будет одна корпеть. Так дело не пойдет.
Есть два решения. Наша с вами динамическая индикация либо статическая. Что бы
дальше разбираться, давайте посмотрим схему включения индикатора.
Данная схема подразумевает динамическую индикацию. Да что я все динамическая да
статическая. В чем разница?. Статическая индикация - это когда мы задали каждому
разряду по своей цифре и она постоянно горит, а динамическая - это когда мы
выводим цифру в первый разряд, потом его гасим и выводим во второй разряд, потом
его гасим и выводим в третий разряд и так далее пока не закончатся разряды. После
последнего разряда переходим опять к первому и так по кругу. Если это делать медленно
то можно будет лицезреть цифровую бегущую строку, а если увеличить скорость к примеру
до 50 Гц, то уже мерцания глаз не увидит. Вот таким образом и работает динамическая
индикация. Давайте теперь разберем схему. Слева МК ATmega8 за ней на порту D
висит микросхема 74ALS373. Зачем она нужна? Дело в том что индикатор это просто
8 светодиодов собранных в некую матрицу. То есть индикатор можно представить в
виде линейки из 8 светодиодов. А как известно светодиоды кушают по отношению к МК
ого го сколько. Конечно не возбраняется подключение напрямую, но лучше поставить
между МК и индикатором какой-нибудь ретранслятор. Вот для этих целей я и решил
использовать 8-и разрядный буфер с защелкой. Почему именно его. С учетом того что
индикатор я использую с общим анодом, то есть для задачи цифры активный уровень 0,
то можно было бы смело использовать микросхему ULN2003A(7 транзисторных сборок по
схеме Дарлингтона) и не париться с буфером, но... Но в том что ULN2003A имеет на
борту только NPN транзисторы и я могу использовать индикатор только с общим анодом,
а если нужно поставить с общим катодом? Вот тут и поможет буфер, так как что я
туда напишу, то и будет на выходе. Хочешь 0, хочешь 1. Управляющие ножки подключены
в режиме транслятора. То есть буфер выводит на выход тоже самое что и на входе.
Аля псевдо гальваническая развязка. За буфером следуют токоограничивающие резисторы.
Помним, это светодиоды и без резисторов сгорят. Номинал резисторов нужно подбирать
чуть меньше чем допустимо. Дело в том что динамическая индикация выводит символы
с некой частотой и она с родни ШИМу, то есть чем выше частота, тем выше так сказать
контрастность. И при максимально комфортной контрастности цифры будут светить чуть
тускнее. По этому резисторы нужно брать чуть меньшего номинала. Я использовал
360Ом только потому что у меня такие были в наличии. Далее после резисторов наш
индикатор. С другой стороны, где аноды, я подключил первые четыре разряда порта С.
Так, со схемой вроде разобрались. Теперь давайте обсудим алгоритм программы.
Для того чтобы поочередно включать разряды индикатора, напишем отдельную функцию
и будем ее бесконечно вызывать в основном теле программы. Конкретнее, функция
будет получать число от 0 до 9999, рабирать его на разряды и потом выводить каждый
разряд на своем месте. Если число имеет количество разрядов меньше 4, то пустышки
слева будем заполнять нулями. Ровняемся по правому краю. Бегать по разрядам будем
слева направо. Чтобы было видно какие-нибудь действия, то мы используя прерывания
от счетчика, раз в секунду будем увеличивать выводимое число на единицу. Так
задача поставлена, к бою.
#define F_CPU 7372800UL
// Частота кварца
#include
Семисегментные светодиодные индикаторы очень популярны среди устройств отображения цифровых значений и находят применение в передних панелях микроволновых печей, стиральных машин, цифровых часах, счетчиках, таймерах и др. По сравнению с ЖК индикаторами, сегменты светодиодного индикатора светятся ярко и различимы на большом расстоянии и при широком угле обзора. Для подключения семисегментного 4-разрядного индикатора к микроконтроллеру потребуется, по крайней мере, 12 линий ввода/вывода. Поэтому использовать данные индикаторы с микроконтроллерами с малым количеством выводов, например серии от компании , практически невозможно. Конечно, можно использовать разные методы мультиплексирования (описание которых можно найти на сайте в разделе "Схемы"), но и в этом случае имеются определенные ограничения для каждого метода, и зачастую в них используются сложные программные алгоритмы.
Мы рассмотрим метод подключения индикатора по интерфейсу SPI, который потребует всего 3 линии ввода/вывода микроконтроллера. При этом сохранится управление всеми сегментами индикатора.
Для подключения 4-разрядного индикатора к микроконтроллеру по SPI шине используется специализированная микросхема-драйвер производства компании . Микросхема способна управлять восемью семисегментными индикаторами с общим катодом и имеет в своем составе BCD-декодер, драйверы сегментов, схему мультиплексирования и статическое ОЗУ для хранения значений цифр.
Ток через сегменты индикаторов устанавливается с помощью лишь одного внешнего резистора. Дополнительно микросхема поддерживает управление яркостью индикаторов (16 уровней яркости) посредством встроенного ШИМ.
Рассматриваемая в статье схема - это схема дисплейного модуля с интерфейсом SPI, который может использоваться в радиолюбительских конструкциях. И нас больше интересует не сама схема, а работа с микросхемой по интерфейсу SPI. Питание модуля +5 В подается на вывод Vcc, сигнальные линии MOSI, CLK и CS предназначены для коммуникации мастер-устройства (микроконтроллер) с ведомым (микросхема MAX7219).
Микросхема используется в стандартном включении, из внешних компонентов нужен только резистор, который задает ток через сегменты, защитный диод по питанию и фильтрующий конденсатор по питанию.
Данные передаются в микросхему 16-битными пакетами (по два байта), которые помещаются во встроенный 16-битный регистр сдвига по каждому нарастающему фронту сигнала CLK. 16-битный пакет мы обозначим D0-D15, где биты D0-D7 содержат данные, D8-D11 содержат адрес регистра, биты D12-D15 значения не имеют. Бит D15 - старший значащий бит и является первым принимаемым битом. Хотя микросхема способна управлять восемью индикаторами, мы рассмотрим работу только с четырьмя. Управление ими осуществляется на выходах DIG0 - DIG3, расположенных в последовательности справа налево, 4-битные адреса (D8-D11), которые им соответствуют, это 0×01, 0×02, 0×03 и 0×04 (шестнадцатеричный формат). Регистр цифр реализуется на базе встроенного ОЗУ с организацией 8×8 и адресуются непосредственно, так что каждая отдельная цифра на дисплее может обновляться в любое время. В следующей таблице приведены адресуемые цифры и регистры управления микросхемы MAX7219.
|
Регистр |
Адрес |
HEX-значение |
||||
|
Нет операции |
||||||
|
Режим декодирования |
||||||
|
Количество индикаторов |
||||||
|
Выключение |
||||||
|
Тест индикатора |
||||||
Регистры управления
Микросхема MAX1792 имеет 5 регистров управления: режим декодирования (Decode-Mode), управление яркостью индикатора (Intensity), регистр количества подключенных индикаторов (Scan Limit), управление включением и выключением (Shutdown), режим тестирования (Display Test).
Включение и выключение микросхемы
При подаче питания на микросхему все регистры сбрасываются, и она переходит в режим Shutdown (выключение). В этом режиме дисплей отключен. Для перехода в нормальный режим работы необходимо установить бит D0 регистра Shutdown (адрес 0Сh). В любое время этот бит может быть сброшен, чтобы перевести драйвер в выключенное состояние, при это содержимое всех регистров сохраняется неизменным. Этот режим может использоваться для экономии энергии или в режиме сигнализации миганием индикатора (последовательная активация и деактивация режима Shutdown).
Перевод микросхемы в режим Shutdown осуществляется последовательной передачей адреса (0Сh) и данных (00h), а передача 0Ch (адрес) и затем 01h (данные) возвращают в нормальный режим работы.
Режим декодирования
C помощью регистра выбора режима декодирования (адрес 09h) можно использовать BCD code B декодирование (отображаемые символы 0-9, E, H, L, P, -) или же без декодирования для каждой цифры. Каждый бит в регистре соответствует одной цифре, установка логической единицы соответствует включению декодера для данного разряда, установка 0 - декодер исключается. Если используется BCD декодер, то принимается во внимание только младший полубайт данных в регистрах цифр (D3-D0), биты D4-D6 игнорируются, бит D7 не зависит от BCD декодера и отвечает за включение десятичной точки на индикаторе, если D7=1. Например, при последовательной посылке байтов 02h и 05h на индикаторе DIG1 (второй разряд справа) будет отображаться цифра 5. Подобным образом, при посылке 01h и 89h на индикаторе DIG0 будет отображаться цифра 9 с включенной десятичной точкой. В таблице ниже приведен полный список символов, отображаемых при использовании BCD декодера микросхемы.
|
Символ |
Данные в регистрах |
Включенные сегменты = 1 |
||||||||||||
| — | ||||||||||||||
|
Пусто |
||||||||||||||
|
*Десятичная точка устанавливается битом D7=1 |
||||||||||||||
При исключении BCD декодера из работы биты данных D7-D0 соответствуют линиям сегментов (A-G и DP) индикатора.
Управление яркостью индикаторов
Микросхема позволяет программно управлять яркостью индикаторов посредством встроенного ШИМ. Выход ШИМ контролируется младшим полубайтом (D3-D0) регистра Intensity (адрес 0Ah), который позволяет устанавливать один из 16 уровней яркости. При установке всех битов полубайта в 1 выбирается максимальная яркость индикатора.
Количество подключенных индикаторов
В регистре Scan-Limit (адрес 0Bh) устанавливается значение количества разрядов, обслуживаемых микросхемой (1 … 8). Для нашего варианта с 4 разрядами в регистр должно быть записано значение 03h.
Тест индикатора
Регистр, отвечающий за этот режим, находится по адресу 0Fh. Устанавливая бит D0 в регистре, пользователь включает все сегменты индикаторов, при этом содержимое регистров управления и данных не изменяется. Для выключения режима Display-Test бит D0 должен быть равен 0.
Интерфейс с микроконтроллером
Модуль индикатора может быть подключен к любому микроконтроллеру, который имеет три свободные линии ввода/вывода. Если микроконтроллер имеет встроенный аппаратный модуль SPI, то модуль индикатора может подключаться как ведомое устройство на шине. В этом случае сигнальные линии SPI интерфейса SDO (serial data out), SCLK (serial clock) и SS (slave select) микроконтроллера могут быть непосредственно подключены к выводам MOSI, CLK и CS микросхемы MAX7219 (модуля), сигнал CS имеет активный низкий уровень.
В случае если микроконтроллер не имеет аппаратного SPI, то интерфейс можно организовать программно. Общение с микросхемой MAX7219 начинается с установки и удержания низкого уровня на линии CS, после чего последовательно посылаются 16 бит данных (старший значимый бит передается первым) по линии MOSI по нарастающему фронту сигнала CLK. По завершению передачи на линии CS опять устанавливается высокий уровень.
В секции загрузок пользователи могут скачать исходный текст тестовой программы и HEX-файл прошивки, в которой реализуется обычный 4-разрядный счетчик с отображением значений на модуле индикатора с интерфейсом SPI. Используемый микроконтроллер - , интерфейс реализован программно, сигнальные линии CS, MOSI и CLK модуля индикатора подключены к портам GP0, GP1 и GP2, соответственно. Используется компилятор mikroC для PIC микроконтроллеров (mikroElektronika
Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться . |
На этот раз, в статье будет рассмотрен один из интереснейших модулей, а именно - многоразрядный семисегментный индикатор на базе микросхемы MAX7219. Почему многоразрядный? Ответ прост - количество разрядов это и есть количество цифр, которое может отобразить модуль. Например, на фото ниже, показаны три вида многоразрядных индикаторов, слева направо - 4-х разрядный, 6-ти разрядный, 8-ми разрядный. Причем первый является 4-х разрядным индикатором часового типа. Отличие индикатора часового типа от обычного в том, что у него есть знак двоеточия, тогда как у обычного любого индикатора этот знак заменяется точкой внизу, рядом с цифрой.
В этой статье, рассматриваемые модули работают на базе микросхемы MAX7219 . Эта микросхема является драйвером для светодиодных семисегментных индикаторов, а также LED матриц 8х8, и мы не будем рассматривать принципиальные схемы подключения этого драйвера. Просто за основу взят готовый модуль, будут приведены примеры подключения к плате Arduino UNO и разобрана работа с функциями библиотеки LedControl . Кстати, как уже было сказано - LED матрицы 8х8 тоже работают на базе драйвера MAX7219 , и кому интересно то добро пожаловать в статьи:
Итак, начнем... Думаю что про многоразрядность было дано хорошее описание, а вот почему семисегментный? Ответ тоже не так уж и сложен - потому что для формирования символа или отображения цифры используется семь светодиодов, проиндексированных буквами A, B, C, D, E, F, G, таблица ниже показывает как это обозначено:
Как видно из таблицы, есть также и восьмой светодиод - DP. Полностью закодировать символ или цифру можно в 1 байте, устанавливая или сбрасывая определенный бит, как это показано с примером кодирования символа J. В примере установлены биты B, C, D, E , что позволяет отобразить заданный символ на семисегментном индикаторе.
От теории к практике - подключим 8-ми разрядный модуль к плате Arduino Uno по указанной ниже схеме:
Для отображения символов используется несколько функций из подключаемой библиотеки LedControl.h. Разберем каждую из этих функций по порядку, начнем с функции setDigit().
Прототип объявления функции для отображения числа и передаваемые функции аргументы:
setDigit(int addr, int digit, byte value, boolean dp);
Где -
i nt addr - адрес модуля на шине SPI 0 SPI начинается с нуля)
int digit - 0 , 7
byte value - значение(число от 0 до 9) которое нужно отобразить в разряде номер которого указан в параметре int digit
boolean dp - int digit . Если параметр равен true то точка отобразится, если false то точка не отобразится.
Прототип объявления функции для отображения символа и передаваемые функции аргументы:
setChar(int addr, int digit, char value, boolean dp);
i nt addr - адрес модуля на шине SPI для которого вызывается функция, если модуль один - то этот параметр равен 0 (по умолчанию адресация устройств на шине SPI начинается с нуля)
int digit - порядковый номер разряда в модуле индикации, по умолчанию для многоразрядных индикаторов нумерация разрядов начинается с крайнего правого разряда, соответственно номер крайнего правого разряда равен 0 , а номер крайнего левого разряда в нашем случае равен 7
char value - символ, который должен отобразиться в разряде номер которого задан параметром int digit
boolean dp - этот параметр отвечает за отображение точки у разряда номер которого указан в параметре int digit . Если параметр равен true то точка отобразится, если false то точка не отобразится.
Отдельным моментом стоит упомянуть, что функция setChar() может отобразить только ограниченный набор символов, таких как:
- 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 цифра отображается как символ
- A a
- B b
- С с символ отобразится в нижнем регистре
- D d символ отобразится в нижнем регистре
- E e символ отобразится в верхнем регистре
- F f символ отобразится в верхнем регистре
- H h символ отобразится в нижнем регистре
- L l символ отобразится в верхнем регистре
- P p символ отобразится в верхнем регистре
- - знак "минус"
- . , отображение точки
- _ символ подчеркивания
- <Пробел> установить символ пробела
В тестовом скетче можно поставить задачу такого плана:
- Отобразить поочередно цифры от 1 до 8 без точки
- Заполнить цифрами от 1 до 8 все разряды модуля индикации, плюс отобразить все точки указаных разрядов
- Отрисовать поразрядно массив с заранее закодированными в двоичном коде символами, в результате должно получиться "Arduino rules!!!"
Из-за ограниченного набора символов функция setChar() не подходит для тестового скетча, так как она не сможет нормально отрисовать фразу указанную в пункте 3. Вместо этой функции мы будем использовать функцию setRow() . Итак... функция setRow() уже была нами испытана в в статьях про изучение Led матриц 8х8, давайте вновь опишем прототип вызова и параметры данной функции.
Прототип объявления функции setRow() и передаваемые функции аргументы:
setRow(int addr, int row, byte value);
i nt addr - адрес модуля на шине SPI для которого вызывается функция, если модуль один - то этот параметр равен 0 (по умолчанию адресация устройств на шине SPI начинается с нуля)
int row - порядковый номер разряда в модуле индикации, по умолчанию для многоразрядных индикаторов нумерация разрядов начинается с крайнего правого разряда, соответственно номер крайнего правого разряда равен 0 , а номер крайнего левого разряда в нашем случае равен 7
byte value - значение в двоичном формате(пример B00000000, также возможна альтернатива в десятичном и шестнадцатиричном), которым закодирован необходимый символ. Таблица кодирования символов поможет правильно закодировать нужный символ.
Ну и в завершение статьи тестовый скетч и видео, как это работает:
#include "LedControl.h" /* * Подключаем библиотеку LedControl.h * и создаём объект класса LedControl * при этом, 7-ми сегметный дисплей с драйвером MAX72xx * должен быть подключен к плате Arduino следующим образом: * Arduino -> Display Module MAX72xx * Arduino -> Display Module MAX72xx * Arduino -> Display Module MAX72xx * Arduino -> Display Module MAX72xx * Arduino -> Display Module MAX72xx * */ LedControl lc = LedControl(12, 11, 10, 1); //Массив с закодированными символами, //Фраза "Arduino ruLES!!!" byte ar = { B01110111, //A B00000101, //r B00111101, //d B00011100, //u B00010000, //i B00010101, //n B00011101, //o B00000101, //r B00011100, //u B00001100, //l B01001111, //E B01011011, //S B10110000, //! B10110000, //! B10110000 //! }; void setup() { //Устройство(7-ми сегментный дисплей) выводим из спящего режима lc.shutdown(0, false); //Установить яркость дисплея на 8 //Всего возможных режимов яркости от 0 до 15 lc.setIntensity(0,8); //Очистить дисплей lc.clearDisplay(0); } void loop() { //Простейший перебор чисел от 1 до 8 по разрядам for(int i = 0, j = 7; i < 8, j >= 0; i++, j--) { lc.setDigit(0, j, byte(i + 1), false); delay(400); lc.clearDisplay(0); } //Перебор чисел без очистки экрана for(int i = 0, j = 7; i < 8, j >= 0; i++, j--) { lc.setDigit(0, j, byte(i + 1), true); delay(400); } lc.clearDisplay(0); //Отрисовка фразы "Arduino ruLES!!!" int n = 0; for(int i = 0; i < 2; i ++) { for(int j = 7; j >= 0; j --) { if(n > 6 && !(i % 2)) { continue; } else { lc.setRow(0, j, ar[n]); delay(400); n ++; } } lc.clearDisplay(0); } delay(400); lc.clearDisplay(0); }
Схема подключения одноразрядного семисегментного индикатора
Схема подключения многоразрядного семисегментного индикатора
Устройство отображения цифровой информации. Это - наиболее простая реализация индикатора, который может отображать арабские цифры. Для отображения букв используются более сложные многосегментные и матричные индикаторы.
Как говорит его название, состоит из семи элементов индикации (сегментов), включающихся и выключающихся по отдельности. Включая их в разных комбинациях, из них можно составить упрощённые изображения арабских цифр.
Сегменты обозначаются буквами от A до G; восьмой сегмент - десятичная точка
(decimal point, DP), предназначенная для отображения дробных чисел.
Изредка на семисегментном индикаторе отображают буквы.
Бывают разных цветов, обычно это белый, красный, зеленый, желтый и голубой цвета. Кроме того, они могут быть разных размеров.
Также, светодиодный индикатор может быть одноразрядным (как на рисунке выше) и многоразрядным. В основном в практике используются одно-, двух-, трех- и четырехразрядные светодиодные индикаторы:
Кроме десяти цифр, семисегментные индикаторы способны отображать буквы. Но лишь немногие из букв имеют интуитивно понятное семисегментное представление.
В латинице
: заглавные A, B, C, E, F, G, H, I, J, L, N, O, P, S, U, Y, Z, строчные a, b, c, d, e, g, h, i, n, o, q, r, t, u.
В кириллице
: А, Б, В, Г, г, Е, и, Н, О, о, П, п, Р, С, с, У, Ч, Ы (два разряда), Ь, Э/З.
Поэтому семисегментные индикаторы используют только для отображения простейших сообщений.
Всего семисегментный светодиодный индикатор может отобразить 128 символов:
В обычном светодиодном индикаторе девять выводов: один идёт к катодам всех сегментов, а остальные восемь - к аноду каждого из сегментов. Эта схема называется «схема с общим катодом» , существуют также схемы с общим анодом (тогда все наоборот). Часто делают не один, а два общих вывода на разных концах цоколя - это упрощает разводку, не увеличивая габаритов. Есть еще, так называемые «универсальные», но я лично с такими не сталкивался. Кроме того существуют индикаторы со встроенным сдвиговым регистром, благодаря чему намного уменьшается количество задействованных выводов портов микроконтроллера, но они намного дороже и в практике применяются редко. А так как необъятное не объять, то такие индикаторы мы пока рассматривать не будем (а ведь есть еще индикаторы с гораздо большим количеством сегментов, матричные).
Многоразрядные светодиодные индикаторы часто работают по динамическому принципу: выводы одноимённых сегментов всех разрядов соединены вместе. Чтобы выводить информацию на такой индикатор, управляющая микросхема должна циклически подавать ток на общие выводы всех разрядов, в то время как на выводы сегментов ток подаётся в зависимости от того, зажжён ли данный сегмент в данном разряде.
Подключение одноразрядного семисегментного индикатора к микроконтроллеру
На схеме ниже, показано как подключается одноразрядный семисегментный индикатор
к микроконтроллеру.
При этом следует учитывать, что если индикатор с ОБЩИМ КАТОДОМ
, то его общий вывод подключается к «земле»
, а зажигание сегментов происходит подачей логической единицы
на вывод порта.
Если индикатор с ОБЩИМ АНОДОМ
, то на его общий провод подают «плюс»
напряжения, а зажигание сегментов происходит переводом вывода порта в состояние логического нуля
.
Осуществление индикации в одноразрядном светодиодном индикаторе осуществляется подачей на выводы порта микроконтроллера двоичного кода соответствующей цифры соответствующего логического уровня (для индикаторов с ОК — логические единицы, для индикаторов с ОА — логические нули).
Токоограничительные резисторы
могут присутствовать в схеме, а могут и не присутствовать. Все зависит от напряжения питания, которое подается на индикатор и технических характеристик индикаторов. Если, к примеру, напряжение подаваемое на сегменты равно 5 вольтам, а они рассчитаны на рабочее напряжение 2 вольта, то токоограничительные резисторы ставить необходимо (чтобы ограничить ток через них для повышенного напряжении питания и не сжечь не только индикатор, но и порт микроконтроллера).
Рассчитать номинал токоограничительных резисторов очень легко, по формуле дедушки
Ома
.
К примеру, характеристики индикатора следующие (берем из даташита):
— рабочее напряжение — 2 вольта
— рабочий ток — 10 мА (=0,01 А)
— напряжение питания 5 вольт
Формула для расчета:
R= U/I (все значения в этой формуле должны быть в Омах, Вольтах и Амперах)
R= (напряжение питания — рабочее напряжение)/рабочий ток
R= (5-2)/0.01 = 300 Ом
Схема подключения многоразрядного семисегментного светодиодного индикатора в основном та-же, что и при подключении одноразрядного индикатора. Единственное, добавляются управляющие транзисторы в катодах (анодах) индикаторов:
На схеме не показано, но между базами транзисторов и выводами порта микроконтроллера необходимо включать резисторы, сопротивление которых зависит от типа транзистора (номиналы резисторов рассчитываются, но можно и попробовать применить резисторы номиналом 5-10 кОм).
Осуществление индикации разрядами осуществляется динамическим путем:
— выставляется двоичный код соответствующей цифры на выходах порта РВ для 1 разряда, затем подается логический уровень на управляющий транзистор первого разряда
— выставляется двоичный код соответствующей цифры на выходах порта РВ для 2 разряда, затем подается логический уровень на управляющий транзистор второго разряда
— выставляется двоичный код соответствующей цифры на выходах порта РВ для 3 разряда, затем подается логический уровень на управляющий транзистор третьего разряда
— итак по кругу
При этом надо учитывать:
— для индикаторов с ОК
применяется управляющий транзистор структуры NPN
(управляется логической единицей)
— для индикатора с ОА
— транзистор структуры PNP
(управляется логическим нулем)
