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7- 세그먼트 디스플레이 : 핀 구성, 유형 및 작동 원리

이 안내서는 7 세그먼트 디스플레이에 대한 모든 것을 설명합니다.그것은 그들이 작동하는 방식, 두 가지 주요 유형 (공통 양극 및 공통 음극)과 내부 부품이 어떻게 배열되는지에 대해 이야기합니다.Arduino와 같은 마이크로 컨트롤러를 사용하여 연결하고 제어하는 ​​방법과 4511과 같은 드라이버 칩으로 간단한 회로를 만드는 방법을 배웁니다.이 가이드는 이러한 디스플레이가 인생에서 사용되는 곳, 좋은 점 및 할 수없는 일을 포함합니다.

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그림 1. 7 세그먼트 디스플레이

7 세그먼트 디스플레이 란 무엇입니까?

7 세그먼트 디스플레이는 숫자를 표시하도록 설계된 전자 구성 요소와 그림 8 레이아웃에 배열 된 7 개의 조명 방출 세그먼트를 사용하여 몇 글자를 표시합니다.a ~ g로 레이블이 지정된 각 세그먼트는 개별적으로 불이 켜져 0에서 9까지의 숫자를 형성합니다. 작은 8 번째 세그먼트 (일반적으로 바닥 오른쪽 코너의 점)도 소수점을 나타낼 수 있습니다.

각 세그먼트는 전원이 켜질 때 빛을 방출하는 LED입니다.이 디스플레이는 LED 터미널에 전압을 적용하여 작동하여 전기 발광을 통해 빛이 생성됩니다.

LED가 닉시 튜브 및 기계적 지표와 같은 이전 디스플레이 기술을 대체함에 따라 1960 년대와 70 년대에 7 세그먼트 디스플레이가 인기를 얻었습니다.이 새로운 디스플레이는 운전하기가 더 쉽고, 전력을 덜 사용했으며, 내구성이 뛰어났습니다.70 년대 후반, 그들은 계산기, 시계 및 측정 장치의 표준이었습니다.

오늘날 에도이 디스플레이는 단순하고 안정적인 숫자 출력이 필요한 장치에서 널리 사용됩니다.저전력 소비, 강력한 가시성 및 간단한 제어 로직을 제공합니다.개선 된 LED 재료로 인해 더 밝고 내구성이 뛰어나므로 소형 가제트와 대형 산업 시스템 모두에서 역할을 유지하는 데 도움이됩니다.

7 세그먼트 표시 유형

7 세그먼트 디스플레이는 내부 LED가 유선하는 방식에 따라 두 가지 주요 유형으로 제공됩니다 : 공통 양극 (CA) 및 공통 음극 (CC).차이는 LED 세그먼트가 전기 연결을 공유하는 방법에 있습니다.

공통 양극 (CA)

공통 양극 디스플레이에서는 LED의 모든 양수 측면 (양극이라고 함)이 서로 연결됩니다.이 긍정적 인 연결 그룹은 긍정적 인 전원 공급 장치와 연결되어 있습니다.

세그먼트 (숫자 디스플레이의 한 부분)를 켜려면 해당 세그먼트의 음의 측면 (음극이라고 함)으로 낮은 신호 (지면 연결 또는 0 볼트 연결)를 보냅니다.이를 통해 전기가 흐르고 세그먼트가 켜집니다.

이 유형의 디스플레이는 특정 유형의 디지털 회로, 특히 전류를 지상으로 끌어 당기도록 설계된 디스플레이와 잘 작동합니다.예로는 TTL (트랜지스터-트랜지스터 로직) 회로가 있습니다.

그림 2. 공통 양극 구성

그림 3. 진실 표

일반적인 음극 (CC)

공통 음극 디스플레이에서 LED의 모든 음성 측 (음극)이 서로 연결되어 접지에 묶여 있습니다.

세그먼트를 조명하려면 해당 세그먼트의 양의 측면 (양극)으로 높은 신호 (5V와 같은 전압)를 보냅니다.이렇게하면 LED를 통해 포지티브 핀에서 전기가 흐르고 세그먼트가 켜집니다.

일반적인 캐소드 디스플레이는 일반적으로 Arduino 또는 Raspberry Pi와 같은 마이크로 컨트롤러와 함께 사용하기가 더 쉽습니다. 이러한 장치는 출력 핀에서 필요한 높은 신호를 직접 보낼 수 있기 때문입니다.

그림 4. 일반적인 음극 구성

그림 5. 진실 표

7 세그먼트 디스플레이의 구조

그림 6. 7 개의 세그먼트 디스플레이의 상단보기

각각의 7 세그먼트 디스플레이 숫자는 "8"과 유사한 직사각형 패턴으로 배열 된 7 개의 개별 LED로 구성됩니다.세그먼트는 3 개의 수평 세그먼트 (A, G, D) 및 4 개의 수직 세그먼트 (B, C, E, F)로 레이블이 지정됩니다.일부 디스플레이에는 오른쪽 하단 모서리 근처에있는 소수점도 포함됩니다.

그림 7. 소수점 또는 점점

현대 디스플레이는 일반적으로 플라스틱이나 수지에 내장 된 표면 장착 LED를 사용합니다.디스플레이 하우징에는 종종 빛이 이웃 세그먼트로 출혈하는 것을 방지하기위한 가벼운 장벽이 포함되어 있습니다.케이싱은 일반적으로 빛을 확산시키고 대비를 향상시키는 데 도움이되도록 착색 또는 프로스트로 뿌립니다.

표준 싱글 자릿수 디스플레이에는 10 개의 핀이 있습니다. 7 개의 세그먼트 각각마다 1 개, 소수점은 1 개, 공유 공통 터미널의 경우 하나 또는 2 개입니다.케이스 내에서는 얇은 와이어 또는 추적이 각 세그먼트를 해당 핀에 연결합니다.

일부 디스플레이에는 전류 제어에 대한 내장 저항이 포함되는 반면, 다른 디스플레이에는 외부 저항이 필요합니다.좋은 열 설계는 도전적인 환경에서도 오랜 기간 동안 디스플레이가 안정적으로 실행되는 데 도움이됩니다.

그림 8. 7 개의 세그먼트 디스플레이의 하단보기

7 세그먼트 디스플레이의 핀 구성

그림 9. 핀 다이어그램

핀 번호	연결 분절	기능
핀 1	이자형	제어 세그먼트 e
핀 2	디	세그먼트 제어 d
핀 3	com (공통 핀)	일반적인 양극 또는 음극
핀 4	기음	세그먼트 제어 c
핀 5	DP	소수점 (DP) 제어
핀 6	비	세그먼트 제어 b
핀 7	에이	세그먼트 a
핀 8	com (공통 핀)	일반적인 양극 또는 음극
핀 9	에프	제어 세그먼트 f
핀 10	G	세그먼트 g

7 세그먼트 표시는 어떻게 작동합니까?

7 세그먼트 디스플레이는 특정 세그먼트를 조명하여 숫자 또는 간단한 문자를 형성하여 작동합니다.각 세그먼트는 전류가 올바른 방향으로 흐를 때 빛나는 개별 LED입니다.

그림 10. 표시 숫자

숫자를 보여주기 위해 시스템은 올바른 세그먼트 조합을 켭니다.예를 들어, "0"을 표시하려면 G를 제외한 모든 세그먼트가 조명됩니다.A "1"은 B와 C 만 켜집니다.이 조합은 마이크로 컨트롤러 메모리에 저장되거나 디코딩 칩에 의해 처리됩니다.

그림 11. 7 개의 세그먼트 알파벳 문자

a, c, e 및 f와 같은 일부 문자는 표시 될 수 있지만, 다른 많은 문자는 제한된 세그먼트 수로 인해 표현하기가 어렵습니다.Q 또는 R과 같은 문자는 명확하게 표시하기가 어렵습니다.

하나 이상의 자리가있는 시스템에서는 디스플레이가 멀티플렉싱을 사용합니다.이것은 한 번에 한 자리 만 켜지지 만 시스템은 숫자 사이에서 너무 빠르게 전환되어 (일반적으로 초당 60 회 이상) 모두 한 번에 켜집니다.이렇게하면 전력을 절약하고 필요한 연결 수를 줄입니다.

소수점은 분수, 시간 분리 또는 특수 지표로 사용될 수 있습니다.일부 시계는 소수점을 깜박이는 콜론으로 사용합니다.

그림 12. 7 개의 세그먼트 LED 시계 시간 표시

7 세그먼트 디스플레이 코드

7 세그먼트 디스플레이에 숫자를 표시하려면 각 숫자가 고유 한 세그먼트 세트를 밝힙니다.이 패턴은 이진 코드로 저장됩니다.코드는 세그먼트가 켜지는 방식에 따라 일반적인 캐소드 및 일반적인 양극 유형에 대해 다릅니다.아래 표는 숫자 0에서 9 자리 코드를 보여줍니다.

손가락	세그먼트가 밝아졌습니다 (A – G)	이진 코드 (일반적인 음극)	16 진 코드 (CC)	이진 코드 (일반적인 양극)	16 진 코드 (CA)
0	a, b, c, d, e, f	0B00111111	0x3f	0B11000000	0xc0
1	b, c	0B00000110	0x06	0B11111001	0xf9
2	a, b, d, e, g	0B01011011	0x5b	0B10100100	0xa4
3	a, b, c, d, g	0B01001111	0x4f	0B10110000	0xB0
4	B, C, F, G.	0B01100110	0x66	0B10011001	0x99
5	a, c, d, f, g	0B01101101	0x6d	0B10010010	0x92
6	a, c, d, e, f, g	0B01111101	0x7d	0B10000010	0x82
7	a, b, c	0B00000111	0x07	0B11111000	0xf8
8	a, b, c, d, e, f, g	0B01111111	0x7f	0B10000000	0x80
9	A, B, C, D, F, G.	0B01101111	0x6f	0B10010000	0x90

7 세그먼트 디스플레이를 제어하는 ​​방법?

디스플레이를 제어하는 ​​몇 가지 일반적인 방법이 있습니다.가장 간단한 곳에서 더 진보 된 것까지 그들을 통과합시다.

마이크로 컨트롤러에 직접 연결됩니다

그림 13. 7 세그먼트 디스플레이를 마이크로 컨트롤러에 직접 연결하는 회로도

하나의 숫자를 제어하는 ​​가장 쉬운 방법은 각 세그먼트를 마이크로 컨트롤러의 자체 핀에 연결하는 것입니다.이것은 단 하나의 숫자 만 보여주는 소규모 프로젝트에 적합합니다.

공통 양극 디스플레이의 경우 LED의 모든 양의 양측 (양극)이 전원 (3.3V 또는 5V)에 연결됩니다.각 세그먼트의 음성 측 (음극)은 저항을 통과 한 다음 마이크로 컨트롤러의 핀으로갑니다.마이크로 컨트롤러가 낮은 신호를 보내면 세그먼트가 켜집니다.

이 설정을 사용하면 각 세그먼트를 완전히 제어 할 수 있으므로 숫자를 만들 수 있습니다.그러나 소수점을 사용하는 경우 많은 핀, 세그먼트에는 7 개, 1 개는 더 많이 사용됩니다.예를 들어, Arduino에서 PA0을 통해 PA0을 통해 PA0을 통해 또는 STM32를 각 세그먼트에 연결할 수 있습니다.저항 (약 220-330 옴)은 LED를 너무 많은 전류로부터 보호합니다.

이 방법은 간단하지만 둘 이상의 숫자를 표시하려면 잘 작동하지 않으면 핀이 부족합니다.그때는 멀티플렉싱 또는 디스플레이 드라이버 칩을 사용하는 것이 좋습니다.

더 많은 숫자를위한 멀티플렉싱

그림 14. 2 개의 7 개의 세그먼트에 대한 트랜지스터 드라이버 회로

둘 이상의 숫자를 사용하려면 모든 세그먼트를 마이크로 컨트롤러에 연결하려면 너무 많은 핀이 필요합니다.멀티플렉싱은 적은 핀을 사용하여 많은 자릿수를 제어하는 ​​데 도움이되는 트릭입니다.

멀티플렉싱에서 모든 숫자는 동일한 세그먼트 와이어를 공유합니다.그러나 한 번에 한 자리 만 켜집니다.마이크로 컨트롤러는 숫자간에 매우 빠르게 전환되므로 모든 숫자가 한 번에 켜져있는 것처럼 보입니다.

각 숫자는 트랜지스터를 사용하여 켜집니다.마이크로 컨트롤러는 숫자에 대한 데이터를 보내고 트랜지스터를 켭니다.그런 다음 다음 숫자로 이동합니다.이것은 당신의 눈이 한 번에 전체 숫자를 볼 수 있도록 빠르게 반복됩니다.

각 숫자 트랜지스터마다 7 개의 세그먼트 와이어와 1 개의 와이어 만 있으면됩니다.SN74HC595 시프트 레지스터와 같은 칩을 사용할 수도 있습니다.핀이 적은 데이터를 보내고 몇 개의 마이크로 컨트롤러 핀 만 사용하여 세그먼트를 제어 할 수 있습니다.이렇게하면 배선이 더 쉬워지고 더 큰 디스플레이를 구축 할 수 있습니다.

Arduino를 사용한 수동 배선

그림 15. Arduino와 인터페이스하는 7 개의 세그먼트 표시

프로토 타입을 배우거나 구축 할 때는 Arduino와 함께 디스플레이를 직접 제어하는 ​​것이 일반적입니다.7 세그먼트 디스플레이에는 "8"모양의 8 개의 LED가 있습니다.세그먼트의 이름은 a to g로, 소수점 (DP)에는 1 개의 여분이 있습니다.

저항을 통해 각 세그먼트를 Arduino의 핀에 연결합니다.공통 캐소드 디스플레이를 사용하는 경우 일반적인 핀이 접지됩니다.세그먼트를 밝히기 위해 Arduino는 세그먼트의 핀에 높은 신호를 보냅니다.

일반적인 캐소드 디스플레이에서는 높은 세그먼트를 켭니다.일반적인 양극 디스플레이에는 대신 낮은 신호가 필요합니다.어떤 종류의 디스플레이를 사용하여 올바른 코드를 작성하는 것이 중요합니다.

예를 들어, 숫자 0에서 9를 표시하기 위해 Arduino 코드는 각 숫자에 대한 올바른 세그먼트 조합을 켭니다.이 방법은 연습에 적합하지만 멀티플렉싱 또는 드라이버 칩을 추가하지 않으면 둘 이상의 자리에 잘 작동하지 않습니다.

4511 BCD ~ 7 세그먼트 드라이버 칩 사용

그림 16. 4511 드라이버 사용

물건을보다 쉽게 ​​만들고 마이크로 컨트롤러 핀을 저장하려면 CD4511과 같은 칩을 사용할 수 있습니다.이 칩은 4 비트 바이너리 번호를 사용하고 올바른 세그먼트를 밝게하여 숫자 0 ~ 9를 표시합니다.

칩에 스위치 또는 마이크로 컨트롤러에서 입력을 제공 할 수 있습니다.입력이 변경되면 칩이 디스플레이에서 올바른 숫자를 표시합니다.저항기는 여전히 LED를 보호하며 풀다운 저항기는 스위치를 누르지 않을 때 입력을 안정적으로 유지합니다.

4511 칩은 배선과 코드를 더 간단하게 만듭니다.각 세그먼트를 제어하는 ​​대신 마이크로 컨트롤러는 단 하나의 숫자를 보내고 칩은 나머지를 처리합니다.

보다 고급 프로젝트에서 마이크로 컨트롤러는 I2C 또는 SPI와 같은 통신 방법을 사용하여 디스플레이 드라이버와 대화 할 수 있습니다.따라서 많은 핀을 사용하지 않고 많은 숫자를 쉽게 제어 할 수 있습니다.

7 세그먼트 디스플레이 회로를 구축하는 방법은 무엇입니까?

기본 부품에서 7 세그먼트 디스플레이 설정을 구축하는 것은 전자 제품을 배우는 좋은 방법입니다.디스플레이 모듈, 디코더 칩 (4511), 저항, 딥 스위치 (또는 버튼) 및 빵 보드가 필요합니다.

1 단계 ： 4511을 브레드 보드에 놓고 핀 16을 전원에 연결하고 8 개의 핀을 접지하십시오.

2 단계 ：와이어 핀 1, 2, 6 및 7 (BCD 입력)은 10K 풀다운 저항기를 통해 전환합니다.이를 통해 수동으로 이진 값을 입력 할 수 있습니다.

3 단계 ：LT (램프 테스트) 및 LE (래치 활성화)를 VCC에 연결하고 BI (블랭킹 입력)를 접지하십시오.

4 단계 ：220–470Ω 저항을 통해 핀 9–15 (출력 A – G)를 디스플레이에 연결하십시오.

5 단계 ：디스플레이의 일반적인 캐소드 핀을 접지에 묶습니다.

이제 스위치를 뒤집 으면 BCD 입력이 변경되고 디스플레이가 업데이트됩니다.실습을 위해 소수점 또는 두 번째 숫자와 같은 기능을 추가 할 수 있습니다.DIP 스위치 대신 마이크로 컨트롤러를 사용하면 멀티플렉싱 및 동적 디스플레이 컨트롤을 탐색 할 수 있습니다.

7 세그먼트 표시의 장점과 단점

장점

• 사용하기 쉬운 : 7 세그먼트 디스플레이는 매우 간단합니다.그것은 0에서 9까지의 숫자를 보여줄 수있는 7 개의 작은 조명 (LED라고 함)이 있습니다. 각 숫자를 만들기 위해 올바른 조명을 켜는 것입니다.이것은 초보자와 디지털 시계 나 카운터와 같은 소규모 프로젝트에 좋습니다.

• 저렴한 비용 :이 디스플레이는 제작 및 구매가 저렴합니다.간단하고 기본 기술을 사용하기 때문에 비용이 많이 들지 않습니다.이를 통해 저렴한 예산 프로젝트 나 저렴한 가격으로 유지 해야하는 제품에 적합합니다.

• 전력을 거의 사용하지 않습니다 : 7 세그먼트 디스플레이는 특히 LCD를 작동시키기 위해 전기를 많이 필요로하지 않습니다.LED 버전조차도 올바른 방식으로 사용하는 경우 전력을 너무 많이 사용하지 않습니다.그렇기 때문에 배터리에서 실행되는 장치에 적합합니다.

• 읽기 쉬운 : 7 세그먼트 디스플레이의 숫자는 밝고 명확합니다.LED 유형은 강하게 빛나고 어둠 속이나 멀리서도 볼 수 있습니다.그렇기 때문에 알람 시계와 기본 측정 장치에서 볼 수 있습니다.

• 강력하고 오래 지속됩니다 :이 디스플레이에는 움직이는 부품이 없으므로 쉽게 파손되지 않습니다.내부의 조명 (LED)은 매우 오랫동안 지속될 수 있습니다.또한 뜨겁고 차갑거나 장치가 부딪 치는 경우에도 잘 작동합니다.

• 작고 공간 절약 : 7 세그먼트 디스플레이는 작고 단단한 공간에서 잘 맞습니다.많은 공간이 필요하지 않고 더 긴 숫자를 보여주기 위해 몇 가지 나란히 놓을 수 있습니다.그들은 소형 장치에 적합합니다.

단점

• 전체 단어 나 기호를 표시 할 수 없습니다.이 디스플레이는 전체 문자 나 기호가 아닌 숫자를 표시하도록 만들어집니다.그들은 몇 가지 간단한 글자 (a, b, c와 같은)를 보여줄 수 있지만 전부는 아닙니다.따라서 전체 단어 나 문장을 보여주는 데 좋지 않습니다.

• 디자인이 유연하지 않음 : 세그먼트의 모양이 고정되어 있으므로 숫자의 모양을 변경할 수 없습니다.또한 사진이나 특별한 아이콘을 보여줄 수 없습니다.이것은보다 세련되거나 현대적인 제품에 대한 설계 옵션을 제한합니다.

• 일부 각도에서보기가 어렵습니다. LED 유형의 경우 똑바로 보지 않으면 숫자를 읽기가 어려울 수 있습니다.옆에서 보거나 외부에서 매우 밝은 경우 숫자를보기가 어려울 수 있습니다.

• LED 유형은 더 많은 전력을 사용할 수 있습니다. LED 디스플레이는 LCD보다 전기를 더 많이 사용합니다. 특히 많은 세그먼트가 항상있는 경우.이것은 절약 전원이 중요한 배터리 구동 기기에 문제가 될 수 있습니다.

• 한 부분이 파손되면 읽기가 어렵습니다. 조명 (세그먼트) 중 하나가 작동이 중지되면 숫자가 잘못 보일 수 있습니다.예를 들어, 중간 세그먼트가 실패하면 숫자 8이 0처럼 보일 수 있습니다.이것은 다른 사람들을 혼동 할 수 있습니다.

• 배선은 많은 숫자에 복잡해집니다. 둘 이상의 숫자를 보여 주면 더 많은 전선과 부품이 있습니다.모든 것을 연결하려면 특별한 칩과 추가 작업이 필요할 수 있습니다.이로 인해 특히 초보자에게는 디자인과 프로그래밍이 더 어려워 질 수 있습니다.

결론

7 세그먼트 디스플레이는 숫자를 보여주는 간단하고 유용한 도구입니다.그들은 특정 부품 (세그먼트라고 함)을 밝히기 위해 0에서 9까지의 숫자를 형성합니다. 세그먼트가 어떻게 연결되는지에 따라 두 가지 유형이 있습니다.이 디스플레이는 연결하기 쉽고 전력을 많이 사용하지 않으며 시계, 미터 및 주방 기기와 같은 기본 장치에 적합합니다.직접 배선에서 공간을 절약하고 물건을 더 쉽게 할 수있는 칩 사용에 이르기까지 다양한 방식으로 제어 할 수 있습니다.전체 단어 나 멋진 이미지를 보여줄 수는 없지만 명확하고 간단한 숫자 디스플레이가 필요할 때 여전히 좋은 선택입니다.