Светодиодные индикаторы с общим катодом. Семисегментный индикатор

Семисегментный индикатор представляет собой микросхему, на верхней поверхности которой располагаются светодиоды. Эти индикаторы являются очень удобным и простым в использовании устройством отображения числовой информации. Внутри них, как правило, все светодиоды соединены вместе либо катодом (общий катод), либо анодом (общий анод).

На мой взгляд, самые хорошие индикаторы производит KingBright. Они бывают самых разных цветов, размеров, а также есть буквенно-цифровые и матричные индикаторы. Но работа с последними во многом аналогична применению семисегментных и с ними Вы легко разберетесь самостоятельно, научившись пользоваться семисегментными. Все индикаторы одной серии имеют одинаковую распиновку и отличаться могут лишь цветом. Это позволяет, установив индикатор в панельку для микросхем, легко заменить его индикатором другого цвета.

В качестве примера рассмотрим два индикатора: SA39-11xxx (xxx - три-четыре буквы, кодирующие цвет, в моём случае GWA) и BC56-12xxx (у меня xxx = SRWA). Приведу ниже список цветов:

HWA - ярко-красный на фосфиде галлия GaP, 700 нм
EWA - высокопроизводительный красный на фосфиде-арсениде и фосфиде галлия GaAsP/GaP, 625 нм (не знаю, как по-другому можно перевести "HIGH EFFICIENCY RED")
GWA - зеленый на фосфиде галлия GaP, 565 нм
YWA - желтый на фосфиде-арсениде и фосфиде галлия GaAsP/GaP, 590 нм
SRWA - супер ярко-красный на арсениде галлия-алюминия GaAlAs, 660 нм

В названии индикаторов вторая буква обознаяет тип соединения светодиодов: С - общий катод, А - общий анод. Ниже приведена электрическая схема и чертеж SA39 и SC39. Обратите внимание на буквы, которыми обозначили каждый сегмент (a-g) и обозначение точки (DP). Эти названия мы будем использовать в коде программы для объявления макросов. Это позволит как можно сильнее абстагировать программу от электрической схемы, от способа соединения индикатора и МК.

Значит, "ножки" 3 и 8 нужно подключить к шине +5 В (или, в крайнем случае, подать на них +5 В от МК, но так делать не рекомендуется), а остальные - к какому-либо порту МК. При этом не очень-то важно, в каком порядке, т. к. в случае ошибки Вы просто увидите на индикаторе не цифру, а какую-нибудь букву "зю". Тогда придется либо подключить по-другому, либо внести небольшие изменения в программу. В общем, символ, отображемый на индикаторе, зависит от того, какое число отправить в порт. Всего существует 255 комбинаций, и все они возможны независимо от способа подключения. Я использовал порт D для подключения индикатора.

Остается только лишь написать простенькую программу:

#include "iom16.h" #define a 1 // Эти макросы содержат числа, соответствующие двойке, #define b 2 // возведенной в степень, равной номеру "ножки" того #define c 4 // порта, к которому подключен сегмент индикатора с #define d 128 // одноименным макросу названием. Для того, чтобы вывести #define e 64 // какую-либо цифру на индикатор, нужно отправить в порт #define f 32 // число 255 минус сумму соответствующих сегментам макросов. #define g 16 // Эти числа позволяют сделать программу независимой от подключения. #define DP 8 // Измените эти числа, если индикатор выводит букву "зю" short unsigned int i = 1; unsigned char DigNumber = 0; unsigned char Dig; // Массив, в котором хранятся числа, которые нужно // вывести через порт на индикатор, чтобы он показал цифру, равную номеру // элемента массива. Числа зависят только от макросов. void io_init() { DDRD = 0xFF; // К порту D подключен индикатор PORTD = 0xFF; } void timer0_init() { OCR0 = 15; // Таймер срабатывает каждые 1024 такта. Прерывание каждые // 1024*16 тактов. TCCR0 |= (1 void Dig_init() { Dig = 255 - (a+b+c+d+e+f); // Если индикатор с общим анодом, Dig = 255 - (b+c); // нужно сумму макросов отнять от Dig = 255 - (a+b+g+e+d); // 255. Если с общим катодом, то Dig = 255 - (a+b+g+c+d); // отнимать не нужно. Dig = 255 - (f+g+b+c); // Имена макросов соответствуют Dig = 255 - (a+f+g+c+d); // именам сегментов индикатора Dig = 255 - (a+f+g+c+d+e); Dig = 255 - (a+b+c); Dig = 255 - (a+b+c+d+e+f+g); Dig = 255 - (a+b+c+d+f+g); } void main() { io_init(); timer0_init(); Dig_init(); SREG |= (1 //Выводим на индикатор цифру "0" while (1) {} } #pragma vector = TIMER0_COMP_vect __interrupt void Indic_change() { if (i // 675*16*1024 = 11,0592 МГц { // Каждую секунду меняется цифра на индикаторе i++; } else { i = 1; if (DigNumber else DigNumber = 0; PORTD = Dig; } }

Как это работает, думаю, ясно из комментариев к коду. Макросы после #define позволяют сделать код почти независящим от способа подключения индикатора. Если, например, Вы подключили 5-й вывод индикатора (d-сегмент) к выводу PD3 МК, то для того, чтобы все правильно работало, нужно сопоставить макросу d число 2 3 =8, написав

#define d 8

Откомпилировав программу и прошив ее в МК, если все правильно подключено и соответствующе описано в #define, получаем цифровые электронные часы, которые умеют считать до 10. Если у Вас установлен резонатор на 11,0592 МГц, то эти часы будут тикать раз в секунду и с, казалось бы, поразительной точностью: за час они не собьются ни на секунду! Но удивительного тут ничего нет: вся точность упирается в качество резонатора и отсутствие ошибок в программе. Кстати, в электронных часах стоят такие же резонаторы, только меньших размеров и частот (обычно 3 КГц). Но собирать часы на МК несколько нерационально, потому что существуют специализированные микросхемы для этого, умеющие отсчитывать время, дату, месяц, день недели, год и т.д. Связав с такой микросхемой МК, можно научить его "чувствовать" время.

Но мы несколько отвлеклись от темы нашей статьи. Теперь пора рассмотреть работу с трехзначным индикатором, коим является BC56-12xxx. По логике у него должно быть 8*3+1=25 выводов. Но у него их только лишь 12. Давайте посмотрим его документацию.

Оказывается, внутри находятся три семисегментных индикатора, соединенные параллельно, и от каждого из них выходит один общий электрод (катод или анод). Чтобы было понятнее, покажу электрическую схему:

Итак, подавая напряжение на выводы 1, 2, 3, 4, 5, 7, 10, 11, формируют цифру (символ), мы их назовем информационными или шиной данных, а управляя выводами 8, 9, 12, определяют позицию этой цифры. Выводы 8, 9, 12 назовем выводами выбора устройства или шиной адреса. Понятно, что нельзя одновременно зажечь две или три разные цифры. Придется использовать стробирование, т. е. зажигать цифры по очереди с высокой скоростью. Они будут мерцать, но глаз этого не успеет заметить.

Значит, с выводами 1, 2, 3, 4, 5, 7, 10, 11 работа совершенно аналогична. А выводы 8, 9, 12 нужно замыкать на землю по очереди. Казалось бы, чего проще - присоединить их к МК и все. Но, как я уже говорил, не следует цеплять к МК общий электрод - это слишком большая нагрузка для него, и его порт ввода-вывода может сгореть. Следует использовать полевые транзисторы, как это было описано в предыдущей статье.

Мне кажется, настало время рассказать о шифраторах и дешифраторах. Дешифраторами называются комбинационные устройства, преобразующие n-разрядный двоичный код на их входе в логический сигнал, появляющийся на том выходе, десятичный номер которого соответствует двоичному коду. Дешифраторы имеют как правило 3 или 4 входа и 8 или 16 выходов соответственно. Как работает дешифратор? Подадим на вход число в двоичном коде, например, 5, установив лог. 1 на первом и третьем выводах на входе. Тогда появится лог. 1 на пятом выходе. Шифраторы выполняют обратную операцию - если подать лог. 1 на один из входов, на выходе появится двоичный код номера этого входа.

Дешифраторы позволяют решить проблему нехватки выходов. Например, у МК есть 3 свободных выхода для выбора устройства, а мы хотим подключить семь устройств. Но ведь у этих трех выходов могут быть 8 различных состояний! Подключив дешифратор, из трех выходов сделаем восемь работающих по очереди и решим т. о. проблему.

В школах и особенно вузах часто на уроках информатики рисуют логическую схему работы памяти, где есть груда логических элементов "И" и/или "ИЛИ" для выборки ячейки памяти, какая-то шина данных, шина адреса, ячейки памяти... Короче, обычно преподаватель сам не может понять, что он нарисовал, как это все работает и не загибается. Оказывается, там стоит дешифратор и все работает очень просто. По шине адреса приходит адрес ячейки памяти в двоичном коде, в которую надо записать информацию (или прочитать) и поступает в дешифратор. Дешифратор подключает требуемую ячейку к цепи питания, ячейка начинает работать и сохраняет тот двоичный код, который установлен на шине данных (или выдает туда свое содержимое). После этого исчезает адрес на шине адреса и дешифратор отключает эту ячейку до следующего использования. При запуске компьютера в программе Setup можно установить напряжение на ЦПУ (там можно выбрать из нескольких значений). А как это происходит? Есть специальная шина, по которой двоичный код поступает в дешифратор. Дешифратор открывает один из нескольких транзисторов и через этот транзистор идет питание требуемого напряжения на ЦПУ.

При программировании МК может возникнуть ситуация, когда потребуется подключить к нему очень много устройств. Вот тогда и придется вспомнить о дешифраторах, организовать одну шину данных для всех устройств и одну шину адреса, идущую к дешифратору. А к дешифратору уже через транзисторы , чтобы не нагружать МК или дешифратор (это важно, но об этом часто забывают) подключать устройства. Я не думаю, что у нас будет такая ситуация в этих учебных статьях, но на будущее хорошо бы это запомнить.

Вернемся к нашей конструкции. Схема очень проста. Я прицепил к порту А половинку панельки для широких микросхем, так чтобы подключенными оказались выводы 1, 2, 3, 4, 5, 7, 10, 11 вставленного в нее семисегментного индикатора BC56-12xxx. Другие три вывода подключены через уже знакомые нам транзисторы IRF7311 к выводам порта С (вывод 12 к РС5, 9 - к РС6, 8 - к РС7). Один из транзисторов (корпуса два, а их четыре) остался про запас.

Код программы приведен ниже. Поскольку в будущем может возникнуть необходимость некоторое трехзначное число, хранящееся в переменной, вывести на индикатор, неплохо было бы написать для этого какую-нибудь специальную функцию. Назовем ее Display(). Казалось бы, реализовать ее очень просто, нужно число поделить на 100, найти целое от деления и остаток и потом также поделить на 10. Но... Но МК не знает функций mod и div. Это во-первых. А во-вторых, у него нет математического сопроцессора для деления, и одна операция деления может занимать сотни и даже тысячи тактов процессора, в отличие от сложения/вычитания (1 такт для char) и умножения на целое (2 такта для char). Поэтому всегда старайтесь заменить деление чем-либо другим, если возможно. Иногда бывает даже рациональнее отправить некоторые данные через COM-порт в компьютер, там произвести вычисления и вернуть обратно результат. Как это реализовать, в следующей статье. А сейчас рассмотрим наглядный пример.

Предположим, Вы решили поставить у себя в ванной электронный регулятор температуры воды на МК, который постоянно измеряет температуру воды в душе специальным датчиком и с помощью мотора крутит кран так, чтобы температура стремилась к заданному значению. И Вы используете некий алгоритм, позволяющий с очень большой точностью управлять этим процессом. Но алгоритм содержит операции деления, извлечения корня, вычисления логарифма, косинуса и, несомненно, интеграла. И когда Вы пойдете мыться, после поворота ручки регулировки температуры, МК "зависнет" и будет на Вас несколько секунд будет лить воду температурой 70-80 °С, а потом, когда он все вычислит, с большой точностью выставит нужные Вам 28,32204°С. :)

Этот пример (не я его придумал) показывает, и хорошо показывает, что часто не столь важна точность, сколько быстродействие. Вот код программы. Не забудьте отключить оптимизацию.

#include "iom16.h" #define a 1 #define b 4 #define c 16 #define d 64 //Меняем эти числа для другого индикатора #define e 128 #define f 2 #define g 8 #define DP 32 short unsigned int i = 1; short unsigned int Number = 0; unsigned char Dig; // В этих переменных хранятся цифры, которые нужно отобразить char Disp5, Disp6, Disp7; // Функция выделяет цифры из трехзначного числа Number void Display (short unsigned int Number) { unsigned char Num1, Num2, Num3; Num1=Num2=0; while (Number >= 100) { Number -= 100; Num1++; } while (Number >= 10) { Number -= 10; Num2++; } Num3 = Number; Disp5 = Dig; Disp6 = Dig; Disp7 = Dig; } void io_init() //Инициализация портов ввода/вывода { DDRA = 0xFF; PORTA = 0; DDRC |= (1 void timer0_init() { OCR0 = 15; TCCR0 |= (1 void Dig_init() { Dig = (a+b+c+d+e+f); // Сейчас у нас схема с общим катодом Dig = (b+c); Dig = (a+b+g+e+d); Dig = (a+b+g+c+d); Dig = (f+g+b+c); Dig = (a+f+g+c+d); Dig = (a+f+g+c+d+e); Dig = (a+b+c); Dig = (a+b+c+d+e+f+g); Dig = (a+b+c+d+f+g); } void main() { unsigned char j, k = 0; Dig_init(); Display(0); io_init(); timer0_init(); SREG |= (1 while(1) { for (j = 0; j // Задержка для отображения цифры (k == 3) ? k = 0: k++; PORTC &= 31; //Очистка PC7, PC6, PC5 for (j = 0; j// Задержка для выключения транзистора switch (k) { case 0: PORTC |= (1 // Единицы PORTA = Disp7; break ; case 1: PORTC |= (1 // Десятки PORTA = Disp6; break ; case 2: PORTC |= (1 // Сотни PORTA = Disp5; } } } #pragma vector = TIMER0_COMP_vect __interrupt void Indic_change() { if (i else { i = 1; if (Number else Number = 0; PORTB++; Display(Number); // Увеличение отображаемого числа. } }

Функция Display(Number) берет число Number и отнимает от него по сотне, пока Number не станет меньше 100. Количество отнятых сотен сохраняется в Num1. Аналогично потом отнимают десятки. Количество десятков - в переменной Num2. Остаток (единицы) сохраняется в Num3. Глобальным переменным Disp5, Disp6, Disp7 присваиваются значения, которые нужно отправить в порт A, чтобы отобразить исходное число Number. Как это выглядит в действии, увидите, когда прошьёте программу в МК.

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)

Светодиод (или светоизлучающий диод) представляет собой оптический диод, излучающий световую энергию в виде «фотонов», если он смещен в прямом направлении. В электронике мы называем этот процесс электролюминесценцией. Цвет видимого света, излучаемого СИД, лежит в диапазоне от синего до красного и определяется спектральной излучаемого света, которая, в свою очередь, зависит от различных примесей, которые добавляются в полупроводниковые материалы в процессе их производства.

Светодиоды имеют много преимуществ по сравнению с традиционными лампами и светильниками, и, пожалуй, самым главным из них является их небольшой размер, долговечность, различные цвета, дешевизна и легкая доступность, способность легко взаимодействовать с различными другими электронными компонентами в цифровых схемах.

Но главное преимущество светодиодов состоит в том, что благодаря их малому размеру, некоторые из них могут быть сосредоточены в одном компактном корпусе, образуя так называемый семисегментный индикатор.

Семисегментный индикатор состоит из семи светодиодов (отсюда и его название), расположенных прямоугольником, как показано на рисунке. Каждый из семи светодиодов называется сегментом, поскольку при свечении сегмент образует часть цифры (десятичной или 12-ричной Иногда в пределах одного пакета используется 8-й дополнительной светодиод. Он служит для отображения десятичной точки (DP), позволяя, таким образом, отображать если два или более 7-сегментных индикаторов соединены вместе для представления чисел больше десяти.

Каждый из семи светодиодных сегментов дисплея соединен с соответствующей площадкой контактного ряда, расположенного прямо на прямоугольном пластиковом корпусе индикатора. Светодиодные контакты промаркированы метками от a до g, представляющими каждый отдельный сегмент. Другие контакты светодиодных сегментов соединены между собой и образуют общий вывод.

Итак, прямое смещение, поданное на соответствующие контакты светодиодных сегментов в определенном порядке, заставит некоторые сегменты светиться, а остальные останутся затемненными, что позволяет высветить нужный символ шаблона числа, которое будет отображено на дисплее. Это и позволяет нам представлять каждую из десяти десятичных цифр от 0 до 9 на 7-сегментном индикаторе.

Общий вывод, как правило, используется для определения типа 7-сегментного дисплея. Каждый светодиод дисплея имеет два соединительных вывода, один их которых называется "анод", а другой, соответственно, носит название "катод". Поэтому светодиодный семисегментный индикатор может иметь два типа схемотехнического исполнения - с общий катодом (ОК) и с общим анодом (ОА).

Разница между этими двумя типами дисплеев заключается в том, что в конструкции с ОК катоды всех 7 сегментов непосредственно соединены друг с другом, а в схеме с общим (ОА) анодом между собой соединены аноды всех 7 сегментов. Обе схемы работают следующим образом.

Общий катод (ОК) - соединенные между собой катоды всех светодиодных сегментов имеет уровень логического "0" или подключен к общему проводу. Отдельные сегменты высвечиваются подачей на их анодный вывод сигнала "высокого" логического уровня или логической "1" через ограничительный резистор для создания прямого смещения отдельных светодиодов.
Общий анод (ОА) - аноды всех светодиодных сегментов объединены и имеют уровень логической "1". Отдельные сегменты индикатора светятся при соединении каждого конкретного катода с землей, логическим "0" или низкопотенциальным сигналом через соответствующий ограничительный резистор.

В целом семисегментные индикаторы с общим анодом более популярны, так как многие логические схемы могут потребовать больше тока, чем способен отдать источник питания. Также отметим, что дисплей с общим катодом не является прямой заменой в цепи для дисплея с общим анодом. И наоборот - это равноценно включению светодиодов в обратном направлении, и, следовательно, излучение света не произойдет.

Хотя 7-сегментный индикатор можно рассматривать как единый дисплей, он все-таки состоит из семи отдельных светодиодов в рамках одного пакета, и как таковые эти светодиоды нуждаются в защите от перегрузки по току. Светодиоды излучают свет только тогда, когда они смещены в прямом направлении, а количество излучаемого ими света пропорционально прямому току. Это означает только то, что интенсивность свечения светодиода возрастает примерно линейно с увеличением тока. Так что, во избежание повреждения светодиода, этот прямой ток должен контролироваться и ограничиваться до безопасного значения внешним ограничительным резистором.

Такие семисегментные индикаторы называются статическими. Существенным их недостатком является большое количество выводов в пакете. Для устранения этого недостатка применяются схемы динамического управления семисегментными индикаторами.

Семисегментный индикатор завоевал большую популярность среди радиолюбителей, поскольку он удобен в использовании и легок для восприятия.

В этой статье мы поговорим о цифровой индикации.
Семисегментные светодиодные индикаторы предназначены для отображения арабских цифр от 0 до 9 (рис.1).

Такие индикаторы бывают одноразрядные, которые отображают только одно число, но семисегментных групп, объединенных в один корпус может быть и больше (многоразрядные). В этом случае цифры разделяются децимальной точкой (рис.2)

Рис.2.

Индикатор называется семисегментным из-за того, что отображаемый символ строится из отдельных семи сегментов. Внутри корпуса такого индикатора находятся светодиоды, каждый из которых засвечивает свой сегмент.
Буквы и другие символы на таких индикаторах отображать проблематично, поэтому для этих целей используются 16-сегментные индикаторы.

Светодиодные индикаторы бывают двух типов.
В первом из них все катоды, т.е. отрицательные выводы всех светодиодов, объединены вместе и для них выделен соответствующий вывод на корпусе.
Остальные выводы индикатора соединены к аноду каждого из светодиодов (рис.3, а). Такая схема называется «схема с общим катодом».
Также существуют индикаторы, у которых светодиоды каждого из сегментов подключены по схеме с общим анодом (рис.3, б).

Рис.3.

Каждый сегмент обозначен соответствующей буквой. На рисунке 4 представлено их расположение.

Рис.4.

В качестве примера рассмотрим двухразрядный семисегментный индикатор GND-5622As-21 красного свечения. Кстати существуют и другие цвета, в зависимости от модели.
С помощью трехвольтовой батарейки можно включать сегменты, а если объединить группу выводов в кучку и подать на них питание, то можно даже отображать цифры. Но такой метод является неудобным, поэтому для управления семисегментными индикаторами используют регистры сдвига и дешифраторы. Также, нередко, выводы индикатора подключаются напрямую к выходам микроконтроллера, но лишь в том случае когда используются индикаторы с низким потреблением тока. На рисунке 5 представлен фрагмент схемы с использованием PIC16F876A.

Рис.5.

Для управления семисегментным индикатором часто используется дешифратор К176ИД2.
Эта микросхема способна преобразовать двоичный код, состоящий из нулей и единиц в десятичные цифры от 0 до 9.

Чтобы понять, как все это работает, нужно собрать простую схему (рис.6). Дешифратор К176ИД2 выполнен в корпусе DIP16. Он имеет 7 выходных вывода (выводы 9 - 15), каждый из которых предназначен для определенного сегмента. Управление точкой здесь не предусмотрено. Также микросхема имеет 4 входа (выводы 2 - 5) для подачи двоичного кода. На 16-й и 8-ой вывод подается плюс и минус питания соответственно. Остальные три вывода являются вспомогательными, о них я расскажу чуть позже.

Рис.6.

DD1 - К176ИД2
R1 - R4 (10 - 100 кОм)
HG1 - GND-5622As-21

В схеме присутствует 4 тумблера (можно любые кнопки), при нажатии на них на входы дешифратора подается логическая единица от плюса питания. Кстати питается сама микросхема напряжением от 3 до 15 Вольт. В данном примере вся схема питается от 9-вольтовой "кроны".

Также в схеме присутствует 4 резистора. Это, так называемые, подтягивающие резисторы. Они нужны, чтобы гарантировать на логическом входе низкий уровень, при отсутствии сигнала. Без них показания на индикаторе могут отображаться некорректно. Рекомендуется использовать одинаковые сопротивления от 10 кОм до 100 кОм.

На схеме выводы 2 и 7 индикатора HG1 не подключены. Если подключить к минусу питания вывод DP, то будет светиться децимальная точка. А если подать минус на вывод Dig.2, то будет светиться и вторая группа сегментов (будет показывать тот же символ).

Входы дешифратора устроены так, что для отображения на индикаторе чисел 1, 2, 4 и 8 требуется нажатие лишь одной кнопки (на макете установлены тумблеры, соответствующие входам D0, D1, D2 и D3). При отсутствии сигнала отображается цифра ноль. При подаче сигнала на вход D0 отображается цифра 1. И так далее. Для отображения других цифр требуется нажатие комбинации тумблеров. А какие именно нужно нажимать нам подскажет таблица 1.

Таблица 1.

Чтобы отобразить цифру "3" необходимо логическую единицу подать на вход D0 и D1. Если подать сигнал на D0 и D2, то отобразится цифра "5" (рис.6).

Рис.6.

Здесь представлена расширенная таблица, в которой мы видим не только ожидаемую цифру, но и те сегменты (a - g), которые составят эту цифру.

Таблица 2.

Вспомогательными являются 1, 6 и 7-ой выводы микросхемы (S, M, К соответственно).

На схеме (рис.6) 6-ой вывод "М" заземлен (на минус питания) и на выходе микросхемы присутствует положительное напряжение для работы с индикатором с общим катодом. Если используется индикатор с общим анодом, то на 6-ой вывод следует подать единицу.

Если на 7-ой вывод "К" подать логическую единицу, то знак индикатора гасится, ноль разрешает индикацию. В схеме данный вывод заземлен (на минус питания).

На первый вывод дешифратора подана логическая единица (плюс питания), что позволяет отображать преобразованный код на индикатор. Но если подать на данный вывод (S) логический ноль, то входы перестанут принимать сигнал, а на индикаторе застынет текущий отображаемый знак.

Стоит заметить одну интересную вещь: мы знаем, что тумблер D0 включает цифру "1", а тублер D1 цифру "2". Если нажать оба тумблера, то высветится цифра 3 (1+2=3). И в других случаях на индикатор выводится сумма цифр, составляющих эту комбинацию. Приходим к выводу, что входы дешифратора расположены продуманно и имеют очень логичные комбинации.

Также вы можете посмотреть видео к этой статье.