7세그먼트 디스플레이

 

7세그먼트 디스플레이

LED 또는 발광 다이오드는 광자 형태로 빛 에너지를 방출하는 고체 광학 pn 접합 다이오드입니다.

7세그먼트 디스플레이에서 광자 방출은 각 세그먼트의 다이오드 접합이 외부 전압에 의해 순방향 바이어스되어 접합을 통해 전류가 흐르게 할 때 발생하며, 전자공학에서는 이 프로세스를 전자발광이라고 부릅니다.

LED에서 방출되는 가시광선의 실제 색상(파란색, 빨간색, 주황색)은 방출되는 빛의 스펙트럼 파장에 따라 결정됩니다. 이 파장 자체는 LED를 생산하는 데 사용되는 반도체 재료에 첨가된 다양한 불순물의 혼합물에 따라 달라집니다. .

7세그먼트 디스플레이

 

발광 다이오드는 기존 전구 및 램프에 비해 많은 장점을 가지고 있는데, 주요 장점으로는 작은 크기, 긴 수명, 다양한 색상, 저렴하고 쉽게 구할 수 있을 뿐만 아니라 다양한 기타 전자 부품 및 디지털 회로와 쉽게 인터페이스할 수 있다는 것입니다.

그러나 발광 다이오드의 가장 큰 장점은 다이 크기가 작기 때문에 그 중 여러 개가 일반적으로 7세그먼트 디스플레이 라고 불리는 하나의 작고 컴팩트한 패키지 내에서 함께 연결될 수 있다는 것입니다 .

" 7세그먼트 디스플레이 "라고도 불리는 7세그먼트 디스플레이는 그림과 같이 직사각형 방식으로 배열된 7개의 LED(따라서 이름)로 구성됩니다 . 7개의 LED 각각은 조명될 때 표시할 숫자(10진수와 16진수 모두)의 일부를 형성하기 때문에 세그먼트라고 합니다.

추가 8번째 LED는 때때로 동일한 패키지 내에서 사용되므로 두 개 이상의 7세그먼트 디스플레이가 함께 연결되어 10보다 큰 숫자를 표시할 때 소수점(DP)을 표시할 수 있습니다.

디스플레이에 있는 7개의 LED 각각에는 위치 세그먼트가 제공되며 연결 핀 중 하나가 직사각형 플라스틱 패키지에서 똑바로 나옵니다. 이러한 개별 LED 핀에는 각 개별 LED를 나타내는 a 부터 g 까지 레이블이 지정되어 있습니다. 다른 LED 핀은 함께 연결되고 배선되어 공통 핀을 형성합니다.

따라서 LED 세그먼트의 적절한 핀을 특정 순서로 순방향 바이어스함으로써 일부 세그먼트는 밝아지고 다른 세그먼트는 어두워져 원하는 숫자 문자 패턴이 디스플레이에 생성될 수 있습니다. 그러면 동일한 7세그먼트 디스플레이에 0 부터 9 까지 의 10진수 10자리를 각각 표시할 수 있습니다 .

디스플레이 공통 핀은 일반적으로 어떤 유형의 7세그먼트 디스플레이인지 식별하는 데 사용됩니다. 각 LED에는 "양극"과 "음극"이라는 두 개의 연결 핀이 있으므로 CC( 공통 음극 )와 CA( 공통 양극 )라는 두 가지 유형의 LED 7 세그먼트 디스플레이가 있습니다.

두 디스플레이의 차이점은 이름에서 알 수 있듯이 공통 음극은 7-세그먼트의 모든 음극이 직접 연결되어 있고, 공통 양극은 7-세그먼트의 모든 양극이 함께 연결되어 다음과 같이 발광한다는 점입니다.

1. 공통 음극(CC)  – 공통 음극 디스플레이에서 LED 세그먼트의 모든 음극 연결은 논리 "0" 또는 접지에 함께 결합됩니다. 개별 세그먼트는 개별 양극 단자(ag)를 순방향 바이어스하기 위해 전류 제한 저항기를 통해 "HIGH" 또는 논리 "1" 신호를 적용하여 조명됩니다.

공통 음극 구성

2. 공통 양극(CA)  – 공통 양극 디스플레이에서 LED 세그먼트의 모든 양극 연결은 논리 "1"로 함께 결합됩니다. 개별 세그먼트는 적절한 전류 제한 저항을 통해 특정 세그먼트(ag)의 음극에 접지, 논리 "0" 또는 "LOW" 신호를 적용하여 조명됩니다.

공통 양극 구성

 

일반적으로 공통 양극 디스플레이는 많은 논리 회로가 소싱할 수 있는 것보다 더 많은 전류를 싱크할 수 있기 때문에 더 많이 사용됩니다. 또한 공통 음극 디스플레이는 공통 양극 디스플레이 회로에서 직접 대체되지 않으며 그 반대도 마찬가지입니다. 이는 LED를 반대로 연결하는 것과 동일하므로 발광이 발생하지 않습니다.

표시할 십진수에 따라 특정 LED 세트가 순방향 바이어스됩니다. 예를 들어, 숫자 0을 표시하려면 a, b, c, d, e 및 f 에 해당하는 6개의 LED 세그먼트를 켜야 합니다 . 따라서 그림과 같이 7세그먼트 디스플레이를 사용하여 0 부터 9 까지 의 다양한 숫자를 표시할 수 있습니다.

모든 숫자에 대한 디지털 세그먼트

그런 다음 7세그먼트 디스플레이의 경우 아래와 같이 0 부터 9 까지 필요한 십진수를 생성하기 위해 조명이 필요한 개별 세그먼트를 제공하는 진리표를 생성할 수 있습니다 .

7세그먼트 디스플레이 진리표

십진수 _	개별 세그먼트 조명
	ㅏ	비	씨	디	이자형	에프	g
0	×	×	×	×	×	×
1		×	×
2	×	×		×	×		×
삼	×	×	×	×			×
4		×	×			×	×
5	×		×	×		×	×
6	×		×	×	×	×	×
7	×	×	×
8	×	×	×	×	×	×	×
9	×	×	×			×	×

7세그먼트 디스플레이 구동

7세그먼트 디스플레이는 단일 디스플레이로 생각될 수 있지만 여전히 단일 패키지 내에 7개의 개별 LED가 있으므로 이러한 LED는 과전류로부터 보호해야 합니다. LED는 방출되는 빛의 양이 순방향 전류에 비례하여 순방향 바이어스된 경우에만 빛을 생성합니다.

이는 전류가 증가함에 따라 LED의 광 강도가 거의 선형 방식으로 증가한다는 것을 의미합니다. 따라서 이 순방향 전류는 LED 세그먼트의 손상을 방지하기 위해 외부 저항기에 의해 제어되고 안전한 값으로 제한되어야 합니다.

빨간색 LED 세그먼트의 순방향 전압 강하는 약 2~2.2V로 매우 낮으므로(파란색 및 흰색 LED는 최대 3.6V까지 높을 수 있음) 올바르게 조명하려면 LED 세그먼트를 전압 소스에 연결해야 합니다. 순방향 전류를 원하는 값으로 제한하는 데 사용되는 직렬 저항으로 이 순방향 전압 값을 초과합니다.

일반적으로 표준 빨간색 7세그먼트 디스플레이의 경우 각 LED 세그먼트는 올바르게 조명되기 위해 약 15mA를 소비할 수 있으므로 5V 디지털 논리 회로에서 전류 제한 저항의 값은 약 200Ω(5v – 2v)/15mA입니다. , 또는 220Ω을 가장 가까운 높은 선호 값으로 설정합니다.

따라서 디스플레이 세그먼트가 220Ω 전류 제한 저항에 연결되는 방법을 이해하려면 아래 회로를 고려하십시오.

7세그먼트 디스플레이 구동

이 예에서는 공통 양극 디스플레이의 세그먼트가 스위치를 사용하여 조명됩니다. 스위치 a가 닫히면 전류가 LED의 "a" 세그먼트를 통해 핀 a 에 연결된 전류 제한 저항 과 0V로 흘러 회로를 만듭니다. 그러면 세그먼트 a 만 켜집니다. 따라서 이 공통 양극 디스플레이에서 LED 세그먼트를 활성화하려면 LOW 조건(접지로 전환)이 필요합니다.

그러나 디스플레이에 십진수 "4"가 표시되기를 원한다고 가정해 보겠습니다. 그런 다음 스위치 b, c, f 및 g 가 닫혀 해당 ​​LED 세그먼트가 켜집니다. 마찬가지로 10진수 "7"의 경우 스위치 a, b, c 가 닫힙니다. 그러나 개별 스위치를 사용하여 7세그먼트 디스플레이를 조명하는 것은 그다지 실용적이지 않습니다.

7세그먼트 디스플레이는 일반적으로 CMOS 4511과 같은 7세그먼트 디코더/드라이버로 알려진 특수 유형의 집적 회로(IC)에 의해 구동됩니다. 이진 코드 십진수 또는 BCD로 알려진 이 7세그먼트 디스플레이 드라이버 7세그먼트 디스플레이 디코더 및 드라이버에 연결하여 공통 양극 또는 공통 음극 디스플레이를 모두 조명할 수 있습니다. 그러나 매우 인기 있는 TTL 7447과 같이 사용 가능한 다른 단일 및 이중 디스플레이 드라이버도 많이 있습니다.

이 BCD-7 세그먼트 디코더/드라이버는 각각 1, 2, 4 , 8 의 이진 가중치 숫자에 대해 A, B, C 및 D 로 표시된 4비트 BCD 입력을 사용하며 전류를 통과시키는 7개의 출력을 갖습니다. 숫자 LED 디스플레이의 소수점 자리를 표시하는 적절한 세그먼트.

CD4511의 디지털 출력은 다양한 색상의 LED 디스플레이를 사용하고 구동할 수 있도록 LED 세그먼트를 직접 구동하기 위해 각각 최대 25mA의 전류를 제공할 수 있다는 점에서 일반적인 CMOS 출력과 다릅니다.

4511 드라이버 사용

이 간단한 회로에서 공통 음극 LED 디스플레이의 각 양극 단자는 전류 제한 저항을 통해 4511 디코더/드라이버에 직접 연결됩니다. 각 LED 세그먼트의 음극은 내부적으로 접지에 연결됩니다. 4511에 대한 바이너리 입력 A, B, C, D는 4개의 기계식 ON/OFF 스위치를 통해 이루어집니다. 모든 스위치가 개방 위치에 있을 때 4개의 1kΩ 저항기 양단의 전압은 접지에 직접 연결되므로 0(0V)입니다. 이렇게 하면 스위치가 열려 있을 때 디스플레이가 잘못 트리거되는 것을 방지할 수 있습니다.

그런 다음 CMOS 4511 또는 TTL 7447과 같은 BCD-7 세그먼트 디스플레이 드라이버를 사용하면 단 4개의 스위치(이전 8개 대신) 또는 최대 4비트 바이너리 신호를 사용하여 LED 디스플레이를 제어할 수 있음을 알 수 있습니다. 16가지의 다양한 조합.

대부분의 디지털 장비는 디지털 신호를 사용자가 표시하고 이해할 수 있는 형태로 변환하기 위해 7세그먼트 디스플레이를 사용합니다. 이 정보는 숫자, 문자, 기호 형태의 숫자 데이터인 경우가 많습니다. 공통 양극 및 공통 음극 7세그먼트 디스플레이는 다양한 조합으로 개별 세그먼트를 조명하여 필요한 수를 생성합니다.

LED 기반 7세그먼트 디스플레이는 사용하기 쉽고 이해하기 쉽기 때문에 전자 애호가들 사이에서 매우 인기가 있습니다. 대부분의 실제 애플리케이션에서 7세그먼트 디스플레이는 4비트 BCD 입력에서 CMOS 4511 또는 TTL 7447과 같은 적합한 디코더/드라이버 IC에 의해 구동됩니다. 오늘날 LED 기반 7세그먼트 디스플레이는 전류를 덜 소비하는 액정 디스플레이 (LCD) 로 대체되었습니다 .