Un LED sau cu diodă emițătoare de lumină este o diodă joncțiune-PN optică, care emite energie luminoasă sub formă de fotoni. Emisia acestor fotoni are loc atunci când joncțiunea diodei este polarizată direct de o tensiune externă care permite curentului să circule prin joncțiunea sa, iar în Electronică numim acest proces electroluminescență.

Culoarea reală a luminii vizibile emise de un LED, variind de la albastru la roșu până la portocaliu, este determinată de lungimea de undă spectrală a luminii emise care în sine depinde de amestecul diferitelor impurități adăugate la materialele semiconductoare utilizate pentru a produce un LED.

LED-urile au multe avantaje față de becurile și lămpile tradiționale, cele mai importante fiind mărimea lor mică, durata lungă de viață, diferite culori, ieftine și disponibile, ca și interfața ușoară cu diferite alte componente electronice și circuite digitale.

Dar principalul avantaj al LED-urilor este ca datorită dimensiunilor lor mici, multe dintre ele pot fi conectate împreună într-un pachet mic și compact, producând ceea ce se numește în general un Display pe 7 segmente.

Afișajul cu 7 segmente este format din șapte LED-uri (de unde și numele) aranjate într-o manieră dreptunghiulară așa cum se arată. Fiecare dintre cele șapte LED-uri se numește un segment, deoarece atunci când este iluminat, segmentul face parte dintr-o cifră numerică (atât zecimală, cât și hexa) care trebuie afișată. Un alt LED, al optulea, este uneori utilizat în același pachet, permițând indicarea punctului zecimal (DP) atunci când două sau mai multe afișaje pe 7 segmente sunt conectate împreună pentru a afișa numere mai mari de zece.

Fiecare dintre cele șapte LED-uri de pe afișaj are un segment pozițional, unul dintre pinii de conectare fiind adus direct afară din pachetul de plastic dreptunghiular. Acești pini de LED individuali sunt etichetați de la a până la g prezentând fiecare LED individual. Ceilalți pini LED sunt conectați împreună și cablați pentru a forma un pin comun.

Prin urmare, polarizând direct pinii corespunzători ai segmentelor LED într-o anumită ordine, unele segmente vor lumina, iar altele vor fi întunecate, permițând modelului de caractere dorit al numărului să fie generat pe afișaj. Aceasta ne permite să afișăm fiecare dintre cele zece cifre zecimale de la 0 la 9 pe același afișaj pe 7 segmente.

Pinul comun al afișajului este utilizat în general pentru a identifica ce tip de afișaj pe 7 segmente este. Deoarece fiecare LED are doi pini de conectare, unul numit "Anod", iar celălalt numit "Catod", există două tipuri de afișaje LED cu 7 segmente numite: Catod comun (CC) și Anod comun (CA).

Diferența dintre cele două afișaje, după cum sugerează și numele lor, este că anodul comun are toți anozii din cele 7 segmente conectați direct împreună, iar catodul comun are toți catozii din cele 7 segmente conectați împreună și este iluminat după cum urmează.

1. Catod comun (CC) - În afișajul cu catod comun, toate conexiunile catod ale segmentelor LED sunt legate împreună la "0" logic sau la masă. Segmentele individuale sunt iluminate prin aplicarea unui semnal "HIGH" sau "1" logic printr-un rezistor de limitare a curentului pentru a polariza direct terminalele anod individuale (a-g).

Afișaj cu 7 segmente cu catod comun

2. Anod comun (CA) - În afișajul anod comun, toate conexiunile anod ale segmentelor LED sunt legate între ele la "1" logic. Segmentele individuale sunt iluminate prin aplicarea unui semnal de masă, "0" logic sau "LOW" prin intermediul unui rezistor limitator de curent adecvat la catodul segmentului particular (a-g).

Afișaj cu 7-segmente cu anod comun

În general, afișajele cu anod comune sunt mai populare, deoarece multe circuite logice pot absorbi (sink) mai mult curent decât pot furniza (source). De asemenea, rețineți că un afișaj cu catod comun nu este un înlocuitor direct într-un circuit pentru un afișaj cu anod comun și invers, deoarece este același lucru cu conectarea LED-urilor în sens invers și, prin urmare, emisia de lumină nu va avea loc.

În funcție de cifra zecimală care trebuie afișată, setul special de LED-uri este polarizat direct. De exemplu, pentru a afișa cifra numerică 0, va trebui să aprindeți șase segmente LED corespunzătoare lui a, b, c, d, e și f. Astfel, diferitele cifre de la 0 la 9 pot fi afișate utilizând un afișaj cu 7 segmente, după cum se arată.

Segmente de afișare pe 7 segmente pentru toate numerele

Atunci, pentru un afișaj cu 7 segmente, putem produce un tabel de adevăr, care dă segmentele individuale care trebuie să fie iluminate pentru a produce cifra zecimală necesară de la 0 la 9, după cum se arată mai jos.

Tabelul de adevăr al display-ului cu 7 segmente

Comanda unui afișaj pe 7 segmente

Deși un afișaj pe 7 segmente poate fi considerat ca un singur afișaj, există încă șapte LED-uri individuale într-un singur pachet și, ca atare, aceste LED-uri au nevoie de protecție împotriva curentului în exces. LED-urile produc lumină numai atunci când sunt polarizare direct, cantitatea de lumină emisă fiind proporțională cu curentul direct.

Aceasta înseamnă că intensitatea luminii LED-urilor crește într-o manieră aproximativ liniară, cu creșterea curentului. Deci, acest curent direct trebuie controlat și limitat la o valoare sigură de către un rezistor extern pentru a preveni deteriorarea segmentelor LED.

Căderea de tensiune directă pe un segment de LED roșu este foarte scăzută la aproximativ 2 până la 2,2 volți (LED-urile albastre și albe pot fi de până la 3,6 volți), astfel încât pentru a lumina corect, segmentele LED-urilor trebuie conectate la o sursă de tensiune mai mare față de această valoare de tensiune directă, cu o rezistență serie utilizată pentru a limita curentul direct la o valoare dorită.

În mod obișnuit, pentru un afișaj standard cu 7 segmente colorate, fiecare segment LED poate consuma aproximativ 15 mA pentru iluminarea corectă, deci la un circuit logic digital de 5 volți, valoarea rezistorului limitator de curent ar fi de aproximativ 200 Ω (5v - 2v)/15 mA sau 220 Ω la cea mai apropiată valoare standard.

Deci, pentru a înțelege modul în care segmentele afișajului sunt conectate la un rezistor limitator de curent de 220Ω, luați în considerare circuitul de mai jos.

Comanda unui afișaj pe 7 segmente

În acest exemplu, segmentele unui afișaj cu anod comun sunt iluminate folosind comutatoare. Dacă comutatorul a este închis, curentul va curge prin segmentul "a" al LED-ului la rezistența de limitare a curentului conectată la pinul a și la masă (0V), făcând circuitul. Astfel, numai segmentul a va fi iluminat. Deci, este necesară o condiție LOW (comutator la masă) pentru a activa segmentele LED pe acest afișaj cu anod comun.

Dar să presupunem că dorim ca numărul zecimal "4" să se aprindă pe afișaj. Atunci comutatoarele b, c, f și g vor fi închise pentru a aprinde segmentele LED corespunzătoare. De asemenea, pentru un număr zecimal "7", ar fi închise comutatoarele a, b, c. Dar iluminarea afișajelor pe 7 segmente utilizând comutatoare individuale nu este foarte practică.

Afișajele pe 7 segmente sunt, de obicei, comandate de un tip special de circuit integrat (IC) cunoscut sub numele de un decodor/driver de 7 segmente, cum ar fi CMOS 4511. Acest driver de afișare cu 7 segmente, cunoscut sub numele de Binary Coded Decimal sau BCD pentru un decodor și driver de afișare pe 7 segmente, este capabil să ilumineze atât afișajele cu anod comun, cât și afișajele cu catod comun. Dar există multe alte drivere de afișare singure și duale disponibile, cum ar fi foarte popular TTL 7447.

Acest decodor/driver BCD-7 segmente are o intrare BCD pe patru biți etichetată A, B, C și D pentru cifrele ponderate binar de 1, 2, 4 și respectiv 8, are șapte ieșiri care vor trece curent prin segmentele corespunzătoare pentru a afișa cifra zecimală a afișajului LED numeric.

Ieșirile digitale ale CD4511 sunt diferite de ieșirile obișnuite CMOS, deoarece acestea pot furniza până la 25 mA de curent, fiecare pentru a comanda segmentele LED direct permițând utilizarea și comandarea diferitelor afișaje LED colorate.

Comanda unui afișaj pe 7 segmente utilizând un 4511

În acest circuit simplu, fiecare segment LED al afișajului cu catod comun are propriul terminal anod conectat direct la driver-ul 4511 cu catozii conectați la masă. Curentul de la fiecare ieșire trece printr-un rezistor de 1 kΩ care îl limitează la o valoare sigură. Intrarea binară la 4511 se face prin cele patru comutatoare. Atunci, putem vedea că prin utilizarea unui BCD la un driver de afișare cu 7 segmente, cum ar fi CMOS 4511, putem controla afișajul cu LED-uri folosind doar patru comutatoare (în loc de 8 anterioare) sau un semnal binar pe 4 biți, care permite până la 16 combinații diferite .

Majoritatea echipamentelor digitale utilizează afișaje pe 7 segmente pentru transformarea semnalelor digitale într-o formă care poate fi afișată și înțeleasă de utilizator. Aceste informații sunt deseori date numerice sub formă de numere, caractere și simboluri. Afișajele cu anod comun și catod comun cu șapte segmente produc numărul necesar, prin iluminarea segmentelor individuale în diverse combinații.

Afișajele pe 7 segmente bazate pe LED-uri sunt foarte populare printre pasionații de tehnologie electronică deoarece sunt ușor de folosit și ușor de înțeles. În cele mai multe aplicații practice, afișajele pe 7 segmente sunt comandate de un IC decodor/driver adecvat, cum ar fi CMOS 4511 sau TTL 7447 de la o intrare BCD pe 4 biți. Astăzi, afișajele pe 7 segmente bazate pe LED-uri au fost în mare parte înlocuite de afișaje cu cristale lichide (LCD) care consumă mai puțin curent.