جولای
در این مقاله قصد داریم در مورد نمایشگر سون‌سگمنت صحبت کنیم.
فهرست مطالب
- 1- LED یا دیود ساطع کننده نور
- 2- نمایشگر سون‌سگمنت
- 3- انواع نمایشگر سون‌سگمنت
- 4- نحوه روشن شدن سون‌سگمنت برای نمایش اعداد
- 5- عملکرد داخلی سون‌سگمنت
- 6- راه‌اندازی سون‌سگمنت با استفاده ازدیکدر 4511
1- LED یا دیود ساطع‌کننده نور
LED یا دیود ساطع کننده نور، یک دیود نوری حالت جامد با اتصال pnاست که انرژی نور را به شکل فوتون ساطع می‌کند.
انتشار این فوتون‌ها زمانی اتفاق می‌افتد که اتصال دیود توسط یک ولتاژ خارجی بایاس شود،
در این حالت به جریان اجازه داده‌می‌شود که از محل اتصال عبور کند. به این فرآیند در الکترونیک الکترولومینسانس می‌گویند.
رنگ واقعی نور مرئی ساطع‌شده توسط LED، از آبی تا قرمز و نارنجی، با طول موج طیف نور ساطع‌شده، تعیین می‌شود
که خود به ناخالصی‌های مختلف اضافه‌شده به مواد نیمه هادی مورد استفاده برای تولید آن، بستگی دارد.
دیودهای ساطع کننده نور نسبت به لامپ های معمولی مزیت های زیادی دارند
که از مهمترین آنها می‌توان به اندازه کوچک، عمر طولانی، رنگ های متنوع، ارزان بودن، در دسترس بودن و همچنین اتصال آسان به سایر قطعات الکترونیکی و مدارهای دیجیتال اشاره کرد.
اما مزیت اصلی دیودهای ساطع کننده نور این است که به دلیل اندازه قالب کوچک شان، می‌توان تعدادی از آنها را در یک بسته کوچک و جمع و جور به هم متصل کرد
و چیزی را تولید کرد که به طور کلی نمایشگر سون‌سگمنت یا 7 قطعه نامیده می‌شود.
2- نمایشگر سون‌سگمنت
صفحه نمایش هفت قسمتی که به عنوان “نمایشگر هفت بخش یا سون‌سگمنت” نیز شناخته‌می‌شود، از هفت LED تشکیل شده‌است
که به صورت مستطیلی مطابق شکل چیده‌شده‌اند. هر یک از هفت LED یک سگمنت نامیده‌می‌شود، زیرا زمانی که قطعه روشن می‌شود،
بخشی از یک عدد (اعم از اعشاری و هگز) را تشکیل می‌دهد، که نمایش داده‌می‌شود.
گاهی اوقات یک LED هشتم اضافی در یک‌بسته استفاده‌می‌شود، و زمانی که دو یا چند نمایشگر 7 قسمتی برای نمایش اعداد بزرگتر از ده به یکدیگر متصل می‌شوند،
LED هشتم یک نقطه اعشار (DP) را نشان می‌دهد.
به هر یک از هفت LED در نمایشگر، یک بخش موقعیتی داده‌می‌شود
که یکی از پایه‌های اتصال آن مستقیماً از‌بسته پلاستیکی مستطیلی بیرون آورده‌شده‌است.
این پین‌های جداگانه که از a تا g علامت گذاری شده اند، نشان‌دهنده LEDهای جداگانه هستند.
پین‌های دیگر LED ها به یکدیگر متصل‌شده و سیم‌کشی می‌شوند تا یک پایه مشترک را تشکیل دهند.
بنابراین با بایاس کردن پین‌های مناسب بخش‌های LED در یک ترتیب خاص، برخی از بخش‌ها روشن و برخی دیگر تیره می‌شوند
و اجازه می‌دهند الگوی کاراکتر مورد نظر عدد روی نمایشگر ایجاد شود.
سپس به ما امکان می‌دهد هر یک از ده رقم اعشاری 0 تا 9 را در همان صفحه نمایش 7 قسمتی نمایش دهیم.
3- انواع نمایشگر سون‌سگمنت
پین مشترک نمایشگر معمولاً برای تشخیص نوع نمایشگر سون‌سگمنت استفاده‌می‌شود.
از آنجایی که هر LED دارای دو پایه اتصال است که یکی آند و دیگری کاتد نامیده‌می‌شود، بنابراین دو نوع نمایشگرLED هفت قطعه ای به نام های کاتد مشترک (CC) و آند مشترک (CA) وجود دارد.
تفاوت این دو نمایشگر همانطور که از نامشان پیداست، در این است که کاتد مشترک تمام کاتدهای سون‌سگمنت را مستقیماً به هم متصل می‌کند و آند مشترک تمام آندهای سون‌سگمنت را به هم متصل می‌کند که به صورت زیر روشن می‌شود.
1- کاتد مشترک (CC) :
در صفحه نمایش کاتد مشترک، تمام اتصالات کاتد بخش‌های LED به منطق “0” یا زمین متصل می‌شوند.
بخش‌های جداگانه با اعمال سیگنال “HIGH” یا منطقی “1” از طریق یک مقاومت محدود کننده جریان برای بایاس مستقیم پایانه های آند منفرد (a-g)، روشن می‌شوند.
2- آند مشترک (CA) :
در صفحه نمایش آند مشترک، تمام اتصالات آند بخش‌های LED به منطق “1” به یکدیگر متصل می‌شوند.
بخش‌های جداگانه با اعمال به زمین، سیگنال منطقی “0” یا “LOW” از طریق یک مقاومت محدود کننده جریان مناسب به کاتد قطعه (a-g)، روشن می‌شوند.
به طور کلی، نمایشگرهای آند معمولی از محبوبیت بیشتری برخوردار هستند، زیرا بسیاری از مدارهای منطقی می‌توانند جریان بیشتری را نسبت به آنچه می‌توانند منبع باشند، کاهش دهند.
همچنین توجه داشته باشید که نمایشگر کاتد معمولی جایگزین مستقیمی در مدار برای نمایشگر آند معمولی نیست و بالعکس، زیرا مانند اتصال معکوس LED ها عمل می‌کنند و از این رو تابش نور انجام نمی‌شود.
4- نحوه روشن شدن سون‌سگمنت برای نمایش اعداد
بسته به رقم اعشاری که باید نمایش داده‌شود، مجموعه خاصی از LED ها، بایاس مستقیم می‌شوند. به عنوان مثال، برای نمایش رقم عددی 0، باید شش بخش LED مربوط به a، b، c، d، e و f را روشن کنیم. بنابراین ارقام مختلف از 0 تا 9 را می‌توان با استفاده از نمایشگر هفت قسمتی همانطور که نشان داده‌شده‌است نمایش داد.
برای نمایش هفت قسمتی، می‌توان جدولی برای روشن کردن بخش‌های جداگانه سون‌سگمنت جهت تولید رقم اعشاری مورد نیاز از 0 تا 9 تشکیل داد.
این جدول برای دو حالت کاتد مشترک و آند مشترک آورده‌شده‌است.
5- عملکرد داخلی سون‌سگمنت
اگرچه یک صفحه نمایش هفت قسمتی را می‌توان به عنوان یک نمایشگر واحد در نظر گرفت، اما هنوز هفت LED جداگانه در یک بسته واحد وجود دارد و به همین دلیل این LED ها نیاز به محافظت در برابر جریان بیش از حد دارند. LED ها نور را تنها زمانی تولید می‌کنند که بایاس مستقیم باشند و مقدار نور ساطع‌شده متناسب با جریان مستقیم باشد.
این بدان معناست که شدت نور LED به صورت تقریباً خطی با افزایش جریان افزایش می یابد.
بنابراین این جریان مستقیم، باید توسط یک مقاومت خارجی کنترل و به مقدار ایمن محدود شود تا از آسیب به بخش‌های LED جلوگیری شود.
افت ولتاژ مستقیم، در یک بخش LED قرمز بسیار کم و در حدود 2 تا 2.2 ولت است (LED های آبی و سفید می‌توانند تا 3.6 ولت باشند)، بنابراین برای روشن شدن صحیح، بخش‌های LED باید به منبع ولتاژی بیش از این مقدار ولتاژ مستقیم با مقاومت سری که برای محدود کردن جریان مستقیم به مقدار مطلوب استفاده می‌شود، متصل شوند.
به طور معمول برای یک صفحه نمایش هفت قطعه ای قرمز رنگ استاندارد، هر بخش LED می‌تواند حدود 15 میلی آمپر را بکشد تا به درستی روشن شود،
بنابراین در یک مدار منطقی دیجیتال 5 ولت، مقدار مقاومت محدود کننده جریان حدود 200 اهم (5 ولت – 2 ولت) بر 15 میلی آمپر خواهد بود.
مثال
برای درک نحوه اتصال قطعات نمایشگر به یک مقاومت محدود کننده جریان 200 اهم، مدار زیر را در نظر بگیرید.
در این مثال، بخش‌های یک نمایشگر آند معمولی با استفاده‌از چند سوئیچ روشن می‌شوند.
اگر کلید a بسته‌باشد، جریان از طریق بخش a در “” LED به مقاومت محدودکننده جریان متصل به پایه a و 0 ولت می‌گذرد و مدار را می‌سازد. سپس فقط بخش a روشن می‌شود.
بنابراین یک شرط LOW (اتصال به زمین) برای فعال کردن بخش‌های LED در این نمایشگر آند معمولی مورد نیاز‌است.
اما فرض کنید می خواهیم عدد “4” روی صفحه نمایش روشن شود. در این حالت سوئیچ‌های b، c، f و g بستهمیشوند
تا بخش‌های LED مربوطه را روشن کنند.
به همین ترتیب برای یک عدد اعشاری “7”، سوئیچ‌های a، b، c بستهمیشوند.
اما روشن کردن نمایشگرهای 7 قسمتی با استفاده از سوئیچ‌های جداگانه چندان کاربردی نیست.
6- راه‌اندازی سون‌سگمنت با استفاده‌از دیکدر 4511
در این مدار ساده، هر پایانه آند از نمایشگر LED کاتد مشترک، مستقیماً از طریق یک مقاومت محدودکننده جریان به دیکدر 4511 متصل می‌شود. کاتدهای هر بخش LED به صورت داخلی به زمین متصل می‌شوند.
ورودی‌های باینری، A، B، C و D به دیکدر 4511 از طریق چهار کلید ON/OFF مکانیکی متصل هستند.
هنگامی که تمام کلیدها در موقعیت باز قرار دارند، ولتاژ چهار مقاومت kΩ 1 برابر صفر (0 ولت) است، زیرا آنها مستقیماً به زمین متصل می‌شوند.
این کار از هرگونه تحریک نادرست نمایشگر هنگام باز بودن هر یک از سوئیچ ها جلوگیری می‌کند.
با استفاده از یک BCD برای نمایشگر سون‌سگمنت مانند CMOS 4511 یا TTL 74477447، می‌توانیم صفحه نمایش LED را تنها با استفاده از چهار سوئیچ (به جای 8 سوئیچ قبلی) یا یک سیگنال باینری 4 بیتی که حداکثر 16 ترکیب مختلف را امکان پذیر می‌کند، کنترل کنیم.
اکثر تجهیزات دیجیتالی از نمایشگرهای هفت قسمتی برای تبدیل سیگنال‌های دیجیتال به شکلی استفاده می‌کنند که قابل نمایش و درک توسط کاربر باشد.
این اطلاعات اغلب داده‌های عددی به شکل اعداد، کاراکترها و نمادها هستند.
نمایشگرهای هفت قسمتی آند مشترک و کاتد مشترک با روشن کردن بخش‌های جداگانه در ترکیب‌های مختلف، اعداد مورد نیاز را تولید می‌کنند.
نمایشگرهای هفت قسمتی مبتنی بر LED در بین علاقه مندان الکترونیک بسیار محبوب هستند زیرا استفاده از آنها و درک شان بسیار آسان است.
در بیشتر کاربردهای عملی، نمایشگرهای هفت قسمتی توسط یک IC مناسب مانند CMOS 4511 یا TTL 7447 از یک ورودی 4 بیتی BCD هدایت می‌شوند.
امروزه نمایشگرهای 7 قسمتی مبتنی بر LED تا حد زیادی با نمایشگرهای کریستال مایع (LCD) جایگزین شده اند
که جریان کمتری مصرف می‌کنند.