Oblíbené, efektivní a snadno implementovatelné. V dnešním digitalizovaném světě hrají důležitou roli různé typy displejů. Právě ony nám předávají informace, pomáhají nám s navigací, umožňují komunikaci a poskytují potřebné údaje. Mezi těmito mimořádně užitečnými zařízeními zaujímají 7segmentové LED displeje jedinečné místo právě díky své jednoduchosti, čitelnosti a široké škále aplikací.
Popis segmentů
• Jaká je konstrukce LED displeje.
• Jak se zobrazují znaky na 7segmentových displejích.
• Displeje s více segmenty.
• Mikrokontroléry v ovládání displejů.
V tomto článku se budeme podrobně zabývat 7segmentovými LED displeji, podíváme se na jejich konstrukci, aplikace, způsob ovládání a význam v moderním světě elektroniky. Tyto malé, ale všestranné komponenty hrají v našich životech klíčovou roli, od jednoduchých měřidel až po sofistikovaná zařízení, a pomáhají nám pochopit a interpretovat informace generované zařízeními v digitální podobě. Připravme se tedy na cestu světem LED displejů a objevme, jak ovlivňují náš každodenní život a jak se vyvíjejí spolu s technologickým pokrokem.
Konstrukce a fungování LED displejů
7segmentové LED displeje jsou nedílnou součástí mnoha elektronických zařízení a zajišťují čitelné zobrazení číslic, písmen a alfanumerických znaků. Jejich konstrukce je poměrně jednoduchá, a proto jsou mimořádně efektivní a spolehlivé. 7segmentové displeje jsou založeny (jak název napovídá) na sedmi segmentech, které jsou ve skutečnosti LED diodami se specifickým tvarem a barvou. Každý z těchto segmentů je obvykle označen písmenem od „a" do „g". Tyto segmenty jsou uspořádány tak, aby tvořily tvar číslice 8, přičemž tři vodorovné segmenty (horní, střední a spodní) a čtyři svislé segmenty tvoří strany. Obvykle na displeji najdete také segment označený „dp", který je vykládán jako tečka nebo čárka.
Každý „segmentovaný" LED displej je složen z většího či menšího počtu polovodičových součástek, které vyzařují světlo díky elektrickému proudu, který jimi protéká. Segmenty jsou vyrobeny z materiálu rozptylujícího světlo (většinou mléčné barvy), aby byla zajištěno rovnoměrné osvětlení. Tyto diody jsou zapojeny dvěma způsoby – konfigurace se společnou anodou nebo společnou katodou. U displejů se společnou anodou jsou všechny kladné vývody LED segmentů spojeny v jednom bodě, analogicky displeje se společnou katodou mají jeden vývod pro všechny záporné piny.
Fungování 7segmentových displejů je poměrně jednoduché a spočívá v zapnutí příslušných segmentů tak, aby se vytvořily požadované znaky. Kontrolér, stejně jako mikrokontrolér nebo integrovaný obvod řídí proud protékající každou LED diodou, a to v závislosti na číslici nebo znaku, který se má zobrazit. Chcete-li například zobrazit číslo „1", zapínají se segmenty „b" a „c" a ostatní segmenty zůstávají vypnuté.
Díky jednoduché konstrukci a ovládání jsou 7segmentové displeje velmi oblíbené v zařízeních, jako jsou např. kalkulačky, hodiny, měřiče, teploměry a mnoho dalších, které vyžadují zobrazení číslic nebo základních znaků. Tyto displeje jsou nejen efektivní a spolehlivé, ale jsou také dobře viditelné jak v dobře osvětlených místnostech, tak i ve tmě, díky čemuž jsou nepostradatelné v každodenní elektronice. V nabídce TME jsou displeje tohoto typu v mnoha velikostech – od miniaturních displejů používaných v malé elektronice až po obrovské modely používané na sportovních stadionech. Displeje lze také vybírat z hlediska barvy a jasu.
Kódování znaků
Kódování znaků na 7segmentových displejích je klíčovým aspektem v procesu efektivního a čitelného zobrazování informací. Existují různé metody kódování, z nichž dvě nejběžnější jsou kódování latinky (známé také jako kódování BCD – angl. Binary Coded Decimal) a šestnáctkové kódování (angl. Hexadecimal). Kromě toho je dalším prvkem důležitým pro přesné zobrazení dat význam tečky na 7segmentových displejích.
Tabulka BCD kódování (https://www.electrical4u.com/bcd-to-seven-segment-decoder/)
Kódování latinky, známé také jako BCD, je jedním z nejčastěji používaných způsobů kódování číslic na 7segmentových displejích. Spočívá v přiřazení jedinečného binárního kódu (obvykle 4bitového) každé číslici od 0 do 9 a některým alfanumerickým znakům, jako jsou písmena A až F. Každý binární kód je spojen s určitou sadou segmentů LED diod, které se musí zapnout, aby se tato číslice nebo znak zobrazily.
Tabulka HEX kódování (https://bcisnotes.com/secondsemester/digital-systems/hexadecimal-to-seven-segment/)
Šestnáctkové kódování, označované také jako hexadecimální kódování, se používá k zobrazení alfanumerických znaků v šestnáctkové soustavě (číslice 0–9 a písmena A až F). V tomto případě je každé číslici nebo písmenu přiřazen jedinečný hexadecimální kód (4bitový nebo 8bitový), který odpovídá za zapnutí odpovídajících segmentů LED diod. Toto kódování je užitečné zejména v aplikacích, kde jsou data reprezentována šestnáctkové soustavě, jako je programování mikrokontrolérů nebo zařízení pracující v diagnostickém režimu.
Všechny možné stavy 7segmentového displeje (https://pl.wikipedia.org/wiki/Wyświetlacz_siedmiosegmentowy)
Tečka na 7segmentovém displeji hraje důležitou roli při zobrazování konkrétních a přesných dat, zejména u zlomkové části. Zapnutím segmentu „dp" vedle dané číslice umožníte její zobrazení jako zlomkové hodnoty. Například pro zobrazení čísla 3.14 bude zapnut segment „dp" vedle číslice 3, i když je třeba vědět, že existují konstrukce, ve kterých je tečka umístěna před znakem. V tomto případě se spustí segment „dp" vedle číslice 1.
Kódování znaků a přesné ovládání segmentů, včetně tečky, na 7segmentových displejích je zásadní pro přehledné a intuitivní zobrazení různých informací a dat, což činí tyto displeje nenahraditelnými v mnoha elektronických aplikacích.
Více segmentů – více možností
Kromě oblíbených 7segmentových displejů existují také displeje s více segmenty, jako jsou 8segmentové, 9segmentové, 14segmentové, 16segmentové, a dokonce i 22segmentové. Tyto pokročilejší konstrukce zavádějí nové možnosti zobrazení znaků a používají se ve specifických aplikacích, kde je vyžadována větší flexibilita a přesnost. Ještě větší možnosti získáváme použitím LED matric, které umožňují zobrazovat jednoduchou grafiku.
8segmentové a 9segmentové displeje přidávají další segmenty ve srovnání s tradičními 7segmentovými displeji, což umožňuje zobrazení více alfanumerických znaků a speciálních symbolů. Často se používají v ovládacích panelech a měřicích zařízeních, kde jsou vyžadovány rozsáhlejší informace. 14segmentové, 16segmentové a 22segmentové displeje jsou ještě pokročilejší konstrukce, které umožňují zobrazení složitějších znaků, včetně mnoha písmen, číslic a speciálních znaků. Díky většímu počtu segmentů se tyto displeje používají ve světelných reklamách, informačních tabulích, hudebních nástrojích a lékařských přístrojích, kde je rozhodující přesné zobrazení různorodého obsahu.
Rozšířené displeje s více světelnými segmenty zvyšují schopnost zobrazovat rozmanitější a komplexnější informace, což je důležité v dnešním světě, kde diváci očekávají stále pokročilejší a interaktivnější displeje. Jejich uplatnění zahrnuje oblasti, jako je spotřební elektronika, průmysl, medicína, reklama a mnoho dalších. Dalším řešením, které poskytuje více možností, je použití 7segmentových displejů zapojených do dvojic, trojic nebo dokonce čtveřic. Díky společnému pouzdru jsou další znaky dokonale přizpůsobeny.
Ovládání LED displejů
Ovládání segmentových displejů je klíčovou součástí procesu zobrazování informací. Existují různé způsoby ovládání 7segmentových displejů v závislosti na složitosti aplikace a přesnosti zobrazovaných dat. Tradičním řešením je ovládání displeje pomocí digitálních obvodů / digitální logiky v BCD kódu. V tomto přístupu jsou každá číslice nebo znak řízeny příslušným dekodérem. Tyto typy obvodů jsou kombinační konstrukce, na jejichž vstupech je zadáván kód BCD znaku a na jeho základě jsou aktivovány konkrétní výstupy systému připojeného k displeji. Jedná se o efektivní metodu, avšak poněkud pracnou, jejíž implementace je ve srovnání s modernějšími řešeními založenými na mikrokontrolérech poměrně složitá.
V dnešní době je běžným řešením ovládání 7segmentových displejů pomocí mikrokontrolérů. Nabízejí mnohem větší flexibilitu a přesnost při zobrazování dat. Programovatelný systém přenáší data na displej a rozhoduje o tom, které segmenty zapnout pro zobrazení číslic, písmen nebo speciálních znaků. Tento přístup umožňuje dynamické ovládání displeje a v důsledku plynulé změny zobrazovaného obsahu. V obvodech založených na mikrokontrolérech se často používá technika multiplexování, zejména v konstrukcích zahrnujících více než jeden 7segmentový displej. To spočívá ve velmi rychlém přepínání mezi po sobě jdoucími displeji (často neviditelném pro lidské oko), a to tak, že každý displej je aktivován na krátkou dobu. Jinými slovy, v daném okamžiku je aktivován pouze jeden z displejů, ostatní jsou v tu chvíli vypnuty. To umožňuje použít stejnou sadu vývodů mikrokontroléru k ovládání segmentů všech displejů. Jedná se o efektivní řešení, které šetří zdroje procesoru.
Ovládání 7segmentových displejů je klíčovým aspektem navrhování mnoha elektronických zařízení a volba vhodné metody závisí na potřebách aplikace a dostupných zdrojích. Bez ohledu na zvolenou technologii zůstávají 7segmentové displeje nenahraditelnými prvky v mnoha oblastech technologického světa.
Text připravila společnost Transfer Multisort Elektronik Sp. z o.o.