Или термометров с большими цифрами, трудно найти подходящие индикаторы (типа АЛС), а иногда нужен такой размер, которого вообще нет в продаже. Для этого часто каждый элемент (сегмент) цифр собирают из нескольких обычных круглых светодиодов. Мы предлагаем более совершенный и удобный вариант такого решения, с использованием микросхемы 74HC595. В проекте получились знаки почти 10 сантиметров высоты, что могут быть видны на большие расстояния. При необходимости, большое количество цифр может быть последовательно связана друг с другом через специализированный разъем.

Принципиальная схема

Эта схема представляет собой контроллер одной цифры 7-сегментного дисплея, используя большой набор из 5 светодиодов на сегмент и регистр сдвига для легкого управления микроконтроллером через вход. Каждый из светодиодов, используемых в этом проекте, диаметром 5 мм.

Микросхема ULN2003 помогает усилить ток, протекающий через светодиоды. Резисторы R1 — R8 токоограничивающие для светодиодов, которые в схеме соединены последовательно.

В уроке узнаем о схемах подключения семисегментных светодиодных индикаторов к микроконтроллерам, о способах управления индикаторами.

Светодиодные семисегментные индикаторы остаются одними из самых популярных элементов для отображения цифровой информации.

Этому способствуют следующие их качества.

• Низкая цена. В средствах индикации нет ничего дешевле светодиодных цифровых индикаторов.
• Разнообразие размеров. Самые маленькие и самые большие индикаторы – светодиодные. Мне известны светодиодные индикаторы с высотой цифры от 2,5 мм, до 32 см.
• Светятся в темноте. В некоторых приложениях это свойство чуть ли не решающее.
• Имеют различные цвета свечения. Бывают даже двухцветные.
• Достаточно малые токи управления. Современные светодиодные индикаторы могут подключаться к выводам микроконтроллеров без дополнительных ключей.
• Допускают жесткие условия эксплуатации (температурный диапазон, высокая влажность, вибрации, агрессивные среды и т.п.). По этому качеству светодиодным индикаторам нет равных среди других типов элементов индикации.
• Неограниченный срок службы.

Типы светодиодных индикаторов.

Семисегментный светодиодный индикатор отображает символ с помощью семи светодиодов – сегментов цифры. Восьмой светодиод засвечивает децимальную точку. Так что в семисегментном индикаторе 8 сегментов.

Сегменты обозначаются латинскими буквами от ”A” до ”H”.

Аноды или катоды каждого светодиода объединяются в индикаторе и образуют общий провод. Поэтому существуют индикаторы с общим анодом и общим катодом.

Светодиодный индикатор с общим анодом.

Светодиодный индикатор с общим катодом.

Статическое управление светодиодным индикатором.

Подключать светодиодные индикаторы к микроконтроллеру необходимо через резисторы, ограничивающие ток.

Расчет резисторов такой же, как для отдельных светодиодов.

R = (U питания - U сегмента) / I сегмента

Для этой схемы: I сегмента = (5 – 1,5) / 1000 = 3,5 мА

Современные светодиодные индикаторы достаточно ярко светятся уже при токе 1 мА. Для схемы с общим анодом засветятся сегменты, на управляющих выводах которых микроконтроллер сформирует низкий уровень.

В схеме подключения индикатора с общим катодом меняется полярность питания и сигналов управления.

Засветится сегмент, на управляющем выводе которого будет сформирован высокий уровень (5 В).

Мультиплексированный режим управления светодиодными (LED) индикаторами.

Для подключения каждого семисегментного индикатора к микроконтроллеру требуется восемь выводов. Если индикаторов (разрядов) 3 – 4, то задача становится практически не выполнимой. Просто не хватит выводов микроконтроллера. В этом случае индикаторы можно подключить в мультиплексированном режиме, в режиме динамической индикации.

Выводы одноименных сегментов каждого индикатора объединяются. Получается матрица светодиодов, подключенных между выводами сегментов и общими выводами индикаторов. Вот схема мультиплексированного управления трех разрядным индикатором с общим анодом.

Для подключения трех индикаторов потребовалось 11 выводов, а не 24, как при статическом режиме управления.

При динамической индикации в каждый момент времени горит только одна цифра. На общий вывод одного из разрядов подается сигнал высокого уровня (5 В), а на выводы сегментов поступают сигналы низкого уровня для тех сегментов, какие должны светиться в этом разряде. Через определенное время зажигается следующий разряд. На его общий вывод подается высокий уровень, а на выводы сегментов сигналы состояния для этого разряда. И так для всех разрядов в бесконечном цикле. Время цикла называется временем регенерации индикаторов. Если время регенерации достаточно мало, то человеческий глаз не заметит переключения разрядов. Будет казаться, что все разряды светятся постоянно. Для исключения мерцания индикаторов считается, что частота цикла регенерации должно быть не менее 70 Гц. Я стараюсь использовать не менее 100 Гц.

Схема динамической индикации для светодиодов с общим катодом выглядит так.

Меняется полярность всех сигналов. Теперь на общий провод активного разряда подается низкий уровень, а на сегменты, которые должны светиться – высокий уровень.

Расчет элементов динамической индикации светодиодных (LED) индикаторов.

Расчет несколько сложнее, чем для статического режима. В ходе расчета необходимо определить:

• средний ток сегментов;
• импульсный ток сегментов;
• сопротивление резисторов сегментов;
• импульсный ток общих выводов разрядов.

Т.к. разряды индикаторов светятся по очереди, то яркость свечения определяет средний ток. Мы должны выбрать его исходя из параметров индикатора и требуемой яркости. Средний ток будет определять яркость свечения индикатора на уровне, соответствующем статическому управлению с таким же постоянным током.

Выберем средний ток сегмента 1 мА.

Теперь рассчитаем импульсный ток сегмента. Чтобы обеспечить требуемый средний ток, импульсный ток должен быть в N раз больше. Где N число разрядов индикатора.

I сегм. имп. = I сегм. средн. * N

Для нашей схемы I сегм. имп. = 1 * 3 = 3 мА.

Рассчитываем сопротивление резисторов, ограничивающих ток.

R = (U питания - U сегмента) / I сегм. имп.

R = (5 – 1,5) / 0.003 = 1166 Ом

Определяем импульсные токи общих выводов разрядов. Одновременно светиться могут 8 сегментов, значит надо импульсный ток одного сегмента умножить на 8.

I разряда имп. = I сегм. имп. * 8

Для нашей схемы I разряда имп. = 3 * 8 = 24 мА.

• сопротивление резисторов выбираем 1,1 кОм;
• выводы микроконтроллера управления сегментами должны обеспечивать ток не менее 3 мА;
• выводы микроконтроллера выбора разряда индикатора должны обеспечивать ток не менее 24 мА.

При таких значениях токов индикатор может быть подключен непосредственно к выводам платы Ардуино, без использования дополнительных ключей. Для ярких индикаторов, таких токов вполне достаточно.

Схемы с дополнительными ключами.

Если индикаторы требуют больший ток, то необходимо использовать дополнительные ключи, особенно для сигналов выбора разрядов. Общий ток разряда в 8 раз больше тока одного сегмента.

Схема подключения светодиодного индикатора с общим анодом в мультиплексированном режиме с транзисторными ключами выбора разрядов.

Для выбора разряда в этой схеме необходимо сформировать сигнал низкого уровня. Соответствующий ключ откроется и подаст питание на разряд индикатора.

Схема подключения светодиодного индикатора с общим катодом в мультиплексированном режиме с транзисторными ключами выбора разрядов.

Для выбора разряда в этой схеме необходимо сформировать сигнал высокого уровня. Соответствующий ключ откроется и замкнет общий вывод разряда на землю.

Могут быть схемы, в которых необходимо использовать транзисторные ключи и для сегментов, и для общих выводов разрядов. Такие схемы легко синтезируются из двух предыдущих. Все показанные схемы используются при питании индикатора напряжением равным питанию микроконтроллера.

Ключи для индикаторов с повышенным напряжением питания .

Бывают индикаторы больших размеров, в которых каждый сегмент состоит из нескольких светодиодов, соединенных последовательно. Для питания таких индикаторов требуется источник с напряжением большим, чем 5 В. Ключи должны обеспечивать коммутацию повышенного напряжения с управлением от сигналов уровней микроконтроллера (обычно 5 В).

Схема ключей, замыкающих сигналы индикатора на землю, остается неизмененной. А ключи питания должны строиться по другой схеме, например, такой.

В этой схеме активный разряд выбирается высоким уровнем управляющего сигнала.

Между переключением разрядов индикатора на короткое время (1-5 мкс) должны выключаться все сегменты. Это время необходимо на завершение переходных процессов коммутации ключей.

Конструктивно выводы разрядов могут быть объединены как в одном корпусе многоразрядного индикатора, а может быть собран многоразрядный индикатор из отдельных одноразрядных. Более того, можете собрать индикатор из отдельных светодиодов, объединенных в сегменты. Так обычно поступают, когда необходимо собрать индикатор очень больших размеров. Все приведенные выше схемы будут справедливы и для таких вариантов.

В следующем уроке подключим семисегментный светодиодный индикатор к плате Ардуино, напишем библиотеку для управления им.

Рубрика: . Вы можете добавить в закладки.

Семисегментными индикаторами в наше время называют устройства, которые отображают цифровую информацию. В электрических приборах данные элементы используются довольно часто. Если к ним подключить модулятор, то можно сделать из индикаторов интересные электронные часы. Чтобы более подробно разобраться в этом вопросе, необходимо изучить основные типы устройств. Также важно ознакомиться с моделями, которые представлены на рынке.

Одноразрядные модели

Одноразрядный семисегментный индикатор (схема показана ниже) в наше время отличается своей простотой. Как правило, контакты у моделей установлены в параллельном порядке. При этом светодиоды используются самые обычные. Сделать электронные часы из одноразрядных индикаторов можно довольно просто. В данном случае блок питания потребуется на 30 В.

Также следует учитывать, что модулятор для этого типа индикаторов может использоваться исключительно одноканальный. Непосредственно регулятор для него важно вывести через двойной переходник. При этом резисторы для часов подойдут как импульсного, так и инерционного типа. Непосредственно подключение семисегментного индикатора осуществляется через проводник. Предельное напряжение он обязан выдерживать не менее 35 В. При этом параметр силы тока должен составлять 5 А.

Двухразрядные модификации

Двухразрядные модификации на сегодняшний день являются довольно распространенными. Светодиоды в данном случае чаще всего используются красного типа. Однако на рынке можно найти и другие варианты. Сила свечения у данных индикаторов зависит от производителя. Как правило, контакты у них устанавливаются медного типа.

При этом резисторы используются в основном импульсные. Для того чтобы понять, как сделать часы на практике, необходимо заранее подготовить модулятор, а также преобразователь для устройства. В первую очередь для часов подбирается корпус. При этом семисегментные индикаторы важно устанавливать на модулятор. Непосредственно регулятор должен располагаться в стороне. Соединяется он с блоком питания через тетрод. Также для лучшей проводимости многие специалисты рекомендуют использовать усилитель. В данном случае блок питания подойдет на 15 В. В конце работы останется лишь зафиксировать проводник.

Трехразрядные устройства

Трехразрядные устройства обладают большой мощностью. Светодиоды в данном случае имеются резонансного типа, и на рынке они, как правило, представлены белого цвета. Резисторы для подключения индикаторов применяются инерционного типа. Для того чтобы сделать из трехразрядной модификации часы, потребуется найти качественный модулятор. При этом управление семисегментным индикатором будет происходить через регулятор кнопочного типа.

Тетроды в данном случае пороговое напряжение обязаны выдерживать на уровне 15 В. Проводимость их зависит от частотности конденсаторов. Многие специалисты при сборе часов советуют преобразователи устанавливать с тиристором. В данном случае блок питания можно использовать без усилителя. Для подключения индикаторов понадобятся проводники. Для безопасного использования прибора их необходимо изолировать.

Индикаторы серии E 10561

Семисегментный светодиодный индикатор данной серии отличается повышенным параметром рассеивания. В данном случае цифры видны очень четко. Светодиоды в таких устройствах используются, как правило, асинхронного типа. При этом резонансные модели также встречаются. Чтобы подключить устройство к регулятору, потребуются мощные резисторы. В данном случае преобразователи используются с тиристорами.

Пороговая частота этих устройств не должна превышать 3 Гц. При этом блоки питания, как правило, используются на 30 В. В такой ситуации показатель номинального тока должен располагаться на уровне 12 А. Все это позволит успешно включить индикатор. Непосредственно подсоединение прибора осуществляется через контакты. В некоторых случаях тетрод в цепи может располагаться после преобразователя. В таком случае можно надеяться на пороговое напряжение на уровне 15 В.

Особенности моделей серии E 15461

Семисегментные индикаторы данной серии относятся к классу двухразрядных. В этом случае светодиоды в устройствах установлены резонансного типа. Для подключения модели используются медные контакты. Сделать часы в данном случае довольно просто. Модулятор для этих целей можно использовать одноканального типа. При этом резисторы подбираются средней мощности. Напряжение они обязаны выдерживать минимум на уровне 20 В.

Блоки питания для этих целей можно использовать от персонального компьютера. Также следует отметить, что указанные индикаторы являются довольно компактными. При этом яркость их можно регулировать при помощи модуляторов. Для этого дополнительно потребуется установка преобразователя. Для повышения мощности свечения используются поворотные регуляторы. Усилители в данном случае устанавливаются довольно редко.

Подключение устройства серии E 10578

Индикаторы указанной серии имеются с резонансными светодиодами. В настройке они довольно просты и цифры способны отображать четко. Также следует учитывать, что параметр рассеивания у них очень высокий. Таким образом, устанавливать их в электронные приборы можно довольно просто. Как правило, такие модели используются в микроволновых печах. При этом для секундомеров они также подходят. В данном случае модулятор устанавливается с расширителем. При этом многоканальные модификации являются более распространенными. Усилители для устройств подходят только низкоомного типа. Дополнительно следует учитывать, что частотность модели зависит от блока питания. Если рассматривать прибор на 20 В, то вышеуказанный параметр будет находиться в районе 4 Гц.

Схема индикаторов серии E 10509

Семисегментные индикаторы данного типа способны похвастаться высокой чувствительностью. При этом светодиоды для них подходят резонансные. На рынке они чаще всего представлены красного и синего цвета. Резисторы для подключения модели применяются в основном импульсные. Однако инерционные аналоги также активно используются в бытовой технике. Тетроды в данном случае напряжение должны быть способны выдерживать максимум на уровне 30 В.

При этом система контактов, как правило, подбирается на два проводника. Усилитель для сборки часов потребуется низкоомного типа. Все это необходимо для того, чтобы справляться с большим отрицательным сопротивлением. Однако в данной ситуации многое зависит от модулятора, который устанавливается.

Применение индикаторов серии E 22563

Индикаторы данного типа на сегодняшний день являются довольно востребованными. На электронные приборы указанные модели устанавливать можно. При этом в промышленной сфере устройства данного типа также являются востребованными. В этом случае светодиоды устанавливаются средней мощности. Причем контактные системы на рынке представлены самые разнообразные.

Подключение моделей к модулятору, как правило, осуществляется через тетроды. Преобразователи подходят с частотой не менее 4 Гц. Дополнительно следует учитывать, что параметр рассеивания свечения светодиодов зависит от мощности блока питания. Если рассматривать самые простые часы с модулятором серии РР20, то он подбирается на 20 В.

Модель на хроматических резисторах

Семисегментные индикаторы на хроматических резисторах встречаются довольно редко. Модуляторы в данном случае могут использоваться только одноканального типа. Также следует учитывать, что при подключении устройства обязательно необходимо устанавливать усилители. Все это позволит стабилизировать в цепи параметр порогового напряжения. Блоки питания в данном случае можно использовать от персональных компьютеров. Также важно учитывать, что чувствительность системы зависит от типа тетродов.

Использование оптических модуляторов

Оптические модуляторы, как правило, используются с индикаторами резонансного типа. При этом на электроприборы данные конфигурации устанавливаются часто. В данном случае регуляторы используются в основном поворотного типа. При этом кнопочные варианты встречаются довольно редко. Резисторы для указанных систем подходят асинхронного типа. Непосредственно подсоединение модуляторов в цепи происходит через преобразователи.

Существуют такие параметры, для которых было бы удобнее выдавать объективную информацию, чем просто индикацию. Например, температура воздуха на улице или время на будильнике. Да, все это можно было бы сделать на светящихся лампочках или светодиодах. Один градус – один горящий светодиод или лампочка и тд. Но считать эти светлячки – ну уж нет! Но, как говорится, самые простые решения – самые надежные. Поэтому, долго не думая, разработчики взяли простые светодиодные полосы и расставили их в нужном порядке.

В начале двадцатого века с появлением электронных ламп появились первые газоразрядные индикаторы

С помощью таких индикаторов можно было вывести цифровую информацию в арабских цифрах. Раньше именно на таких лампах делали различную индикацию для приборов и других электронных устройств. В настоящее время газоразрядные элементы почти уже нигде не применяются. Но ретро – это всегда модно, поэтому, многие радиолюбители собирают для себя и своих близких прекрасные часы на газоразрядных индикаторах .

Минус газоразрядных ламп – кушают много электроэнергии. Про долговечность можно и поспорить. У нас в университете до сих пор в лабораторных кабинетах эксплуатируются частотомеры на газоразрядных индикаторах.

Семисегментные индикаторы

С появлением светодиодов ситуация кардинально изменилась в лучшую сторону. Светодиоды сами по себе потребляют маленький ток. Если расставить их в нужном положении, то можно высвечивать абсолютно любую информацию. Для того, чтобы высветить все арабские цифры, достаточно всего семь светящихся светодиодных полос – сегментов, выставленных определенным образом:

Почти ко всем таким семисегментным индикаторам добавляют также и восьмой сегмент – точку, для того, чтобы можно было показать целое и дробное значение какого-либо параметра

По идее у нас получается восьми сегментный индикатор, но по-старинке его также называют семисегментным.

Что получается в итоге? Каждая полоска на семисегментном индикаторе засвечивается светодиодом или группой светодиодов. В результате, засветив определенные сегменты, мы можем вывести цифру от 0 и до 9, а также буквы и символы.

Виды и обозначение на схеме

Существуют одноразрядные, двухразрядные, трехразрядные и четырехразрядные семисегментные индикаторы. Более четырех разрядов я не встречал.

На схемах семисегментный индикатор выглядит примерно вот так:

В действительности же, помимо основных выводов, каждый семисегментный индикатор также имеет общий вывод с общим анодом (ОА) или общим катодом (ОК)

Внутренняя схема семисегментного индикатора с общим анодом будет выглядеть вот так:

а с общим катодом вот так:

Если семисегментный индикатор у нас с общим анодом (ОА), то в схеме мы должны на этот вывод подавать “плюс” питания, а если с общим катодом (ОК) – то “минус” или землю.

Как проверить семисегментный индикатор

У нас имеются в наличии вот такие индикаторы:

Для того, чтобы проверить современный семисегментный индикатор, нам достаточно мультиметра с функцией прозвонки диодов. Для начала ищем общий вывод – это может быть или ОА или ОК. Здесь только методом тыка. Ну а далее проверяем работоспособность остальных сегментов индикатора по схемам выше.

Как вы видите ниже на фото, у нас загорелся проверяемый сегмент. Таким же образом проверяем и другие сегменты. Если все сегменты горят, то такой индикатор целый и его можно использовать в своих разработках.

Иногда напряжения на мультиметре не хватает для проверки сегмента. Поэтому, берем блок питания , и выставляем на нем 5 Вольт. Чтобы ограничить ток через сегмент, проверяем через резистор на 1-2 Килоома.

Таким же образом проверяем индикатор от китайского приемника

В схемах семисегментные индикаторы соединяются с резисторами на каждом выводе

В нашем современном мире семисегментные индикаторы заменяются жидко-кристаллическими индикаторами, которые могут высвечивать абсолютно любую информацию

но для того, чтобы их использовать, нужны определенные навыки в схемотехнике таких устройств. Поэтому, семисегментные индикаторы до сих пор находят применение, благодаря дешевизне и простоте использования.