نمایشگر سون سگمنت ( 7Segment)، از هفت LED (علت نامگذاری آن) تشکیل شده است که به شکل مستطیل شکل مطابق شکل، چیده شده‌اند.
LED یا دیود ساطع نور، یک دیود نوری حالت جامد با پیوند pn است که انرژی نور را به شکل فوتون ساتع می‌کند.
انتشار این فوتون‌ها زمانی اتفاق می‌افتد که پیوند دیود توسط یک ولتاژ خارجی بایاس مستقیم میشود که به جریان اجازه میدهد از محل اتصال آن عبور کند، و در الکترونیک به این فرآیند نورتابی الکتریکی (electroluminescence) می‌گویند.
رنگ واقعی نور مرئی ساتع شده توسط LED، از آبی تا قرمز تا نارنجی، با طول موج طیف نور ساطع شده تعیین میشود که خود به ناخالصی‌های مختلف اضافه شده به مواد نیمه هادی مورد استفاده برای تولید آن، بستگی دارد.
دیودهای ساتع کننده نور نسبت به لامپ‌ها و چراغ‌های سنتی مزایای زیادی دارند که از جمله مهمترین آنها می‌توان به اندازه کوچک، عمر طولانی، رنگ‌های متنوع، ارزان بودن و به آسانی در دسترس بودن و همچنین اتصال آسان با سایر قطعات الکترونیکی و مدارهای دیجیتال اشاره کرد.
اما مزیت اصلی دیودهای انتشار دهنده نور این است که به دلیل اندازه قالب کوچک آنها، می‌توان تعدادی از آنها را در یک پکیج کوچک و جمع و جور به هم متصل کرد و چیزی را تولید کرد که به طور کلی نمایشگر سون سگمنت نامیده میشود.
نمایشگر سون سگمنت، از هفت LED تشکیل شده است که به شکل مستطیل شکل مطابق شکل، چیده شده‌اند. هر یک از این هفت LED یک قسمت (segment) نامیده میشود و وقتی که یک قسمت روشن میشود، بخشی از یک رقم عددی (اعم از دهدهی و شش بیتی) را تشکیل داده و نمایش داده میشود.
گاهی اوقات یک LED هشتم اضافی در بسته استفاده میشود و زمانی که دو یا چند نمایشگر سون سگمنت به هم متصل میشوند تا اعداد بزرگتر از ده را نمایش دهند، یک نقطه اعشار (DP) نشان داده شود.
به هر یک از هفت LED در نمایشگر، یک موقعیت داده میشود که یکی از پایه‌های اتصال آن مستقیماً از بسته پلاستیکی مستطیلی بیرون آورده شده است. این پین‌های ال‌ای‌دی جداگانه که از a تا g نامگذاری میشوند، نشان‌دهنده هر LED جداگانه هستند. پین‌های دیگر LED به هم متصل شده و سیم‌کشی میشوند تا یک پین مشترک را تشکیل دهند.
بنابراین، با بایاس مستقیم کردن پین‌های مناسب سگمنت‌های LED، برخی از بخش‌ها روشن و برخی دیگر تیره میشوند و اجازه می‌دهند الگوی کاراکتر مورد نظر عدد روی نمایشگر ایجاد شود. بنابراین به ما این امکان را میدهد که هر یک از ده رقم 0 تا 9 را در صفحه نمایش سون سگمنت، نمایش دهیم.
انواع نمایشگر سون سگمنت
پین مشترک نمایشگر معمولاً برای شناسایی نوع نمایشگر سون سگمنت استفاده میشود. از آنجایی که هر LED دارای دو پین اتصال است که یکی آند و دیگری کاتد نامیده میشود.
بنابراین دو نوع نمایشگر LED سون سگمنت 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 7 قسمت را مستقیماً به هم متصل می‌کند و آند مشترک تمام آندهای 7 قسمت را به هم متصل کرده و به صورت زیر روشن میشود.
- کاتد مشترک (CC) – در صفحه نمایش کاتد مشترک، تمام اتصالات کاتد سگمنت‌های LED به منطق “0” یا زمین متصل میشوند. بخشهای جداگانه با اعمال سیگنال “High” یا منطقی “1” از طریق یک مقاومت محدودکننده جریان برای بایاس مستقیم پایانه‌های آند جداگانه (a-g)، روشن میشوند.
- . آند مشترک (CA) – در صفحه نمایش آند مشترک، تمام اتصالات آند سگمنت‌های LED به منطق “1” و به هم متصل میشوند. قسمتهای جداگانه با اعمال زمین، سیگنال منطقی “0” یا “کم” از طریق یک مقاومت محدود کننده جریان مناسب به کاتد قسمت خاص (a-g)، روشن میشوند.
سون سگمنت کاتد مشترک و آند مشترک
به طور کلی، نمایشگرهای آند مشترک از محبوبیت بیشتری برخوردار هستند، زیرا بسیاری از مدارهای منطقی می‌توانند جریان را بیشتر از آنچه تولید کنند، جذب کنند. همچنین توجه داشته باشید که نمایشگر کاتد مشترک جایگزین مستقیمی در مدار برای نمایشگر آند مشترک نیست و بالعکس، زیرا مانند اتصال معکوس LED ها است و از این رو تابش نور صورت نمی‌گیرد.
بسته به رقمی که باید نمایش داده شود، مجموعه خاصی از LED ها بایاس مستقیم میشوند. به عنوان مثال برای نمایش رقم عددی 0، باید شش قسمت 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 سون سگمنت همانطور که نشان داده شده است، نمایش داد.
نمایش اعداد با سون سگمنت
برای نمایشگر سون سگمنت، می‌توانیم یک جدول ایجاد کنیم که قسمتهای جداگانه‌ای را که باید برای تولید رقم مورد نیاز از 0 تا 9 روشن شوند را مطابق زیر مشخص کند:
جدول صحت نمایشگر سون سگمنت
راه اندازی نمایشگر سون سگمنت
اگرچه یک صفحه نمایش سون سگمنت را می‌توان به عنوان یک نمایشگر واحد در نظر گرفت، اما هنوز هفت LED جداگانه در یک پکیچ واحد وجود دارند و به این ترتیب این LED ها نیاز به محافظت در برابر جریان بیش از حد دارند. LED ها تنها زمانی نور تولید می‌کنند که بایاس مستقیم باشند و مقدار نور ساتع شده متناسب با جریان مستقیم است.
این بدان معناست که شدت نور LED به صورت تقریباً خطی با افزایش جریان افزایش مییابد. بنابراین، این جریان مستقیم باید توسط یک مقاومت خارجی کنترل شده و به مقدار ایمن محدود شود تا از آسیب به بخشهای LED جلوگیری شود.
افت ولتاژ مستقیم در یک قسمت LED قرمز، بسیار کم است و در حدود 2 تا 2.2 ولت است (در LED های آبی و سفید میتواند تا 3.6 ولت باشد). بنابراین برای روشن شدن صحیح، قسمتهای LED باید به منبع ولتاژ وصل شوند و علاوه بر این ولتاژ مستقیم، یک مقاومت سری برای محدود کردن جریان مستقیم به مقدار مطلوب، استفاده میشود.
به طور معمول برای یک صفحه نمایش سون سگمنت قرمز رنگ استاندارد، هر قسمت LED میتواند حدود 15 میلی‌آمپر را بکشد تا به درستی روشن شود. بنابراین در یک مدار منطقی دیجیتال 5 ولت، مقدار مقاومت محدودکننده جریان حدود 200Ω (5v – 2v)/15mA، یا 220Ω نزدیکترین مقدار ترجیحی بالاتر خواهد بود.
برای درک نحوه اتصال قسمتهای نمایشگر به مقاومت محدودکننده جریان 220Ω، مدار زیر را در نظر بگیرید.
در این مثال، قسمتهای نمایشگر آند مشترک با استفاده از سوئیچ‌ها روشن میشوند. اگر کلید a بسته باشد، جریان از طریق قسمت “”a LED به مقاومت محدودکننده جریان متصل شده به پایه a و 0 ولت، جریان مییابد و مدار را می‌سازد. بنابراین فقط قسمت a روشن میشود. در نتیجه یک شرط LOW (تغییر به زمین) برای فعال کردن قسمتهای LED در این نمایشگر آند مشترک مورد نیاز است.
فرض کنید میخواهیم عدد “4” روی صفحه نمایش روشن شود. بنابراین کلیدهای b، c، f و g بسته میشوند تا قسمتهای LED مربوطه را روشن کنند. به همین ترتیب برای عدد “7”، سوئیچ‌های a، b، c بسته میشوند. اما روشن کردن نمایشگرهای سون سگمنت با استفاده از سوئیچ‌های جداگانه چندان کاربردی نیست.
نمایشگرهای سون سگمنت معمولاً توسط نوع خاصی از مدار مجتمع (IC) که معمولاً به عنوان دیکدر/راه‌انداز (decoder/driver) سون سگمنت شناخته میشود مانند CMOS 4511، راه‌اندازی میشوند. این راه‌انداز نمایشگر سون سگمنت که به عنوان دودویی کدشده دهدهی (Binary Coded Decimal) یا BCD به راه‌انداز و دیکدر نمایشگر سون سگمنت شناخته میشود، قادر است هم نمایشگرهای آند مشترک و هم نمایشگرهای کاتد مشترک را روشن کند. اما بسیاری از راه‌اندازهای نمایشگر تکی و دوتایی دیگر مانند TTL 7447 محبوب نیز وجود دارند.
این دیکدر/راه انداز BCD به سون سگمنت، یک ورودی BCD چهار بیتی با برچسب A، B، C و D برای ارقام با وزن دودویی 1، 2، 4 و 8 را به ترتیب دریافت کرده و دارای هفت خروجی است که جریان قسمتهای مناسب برای نمایش رقم دهدهی نمایشگر LED عددی را از خود عبور می‌دهند.
خروجی‌های دیجیتال CD4511 با خروجی‌های معمولی CMOS متفاوت است، زیرا می‌توانند هر کدام تا 25 میلی‌آمپر جریان را برای هدایت قسمتهای LED به طور مستقیم فراهم کنند و امکان استفاده و راه‌اندازی نمایشگرهای LED رنگی متفاوت را فراهم می‌کنند.
درایو سون سگمنت با 4511
در این مدار ساده، هر پایانه آند نمایشگر LED کاتد مشترک مستقیماً از طریق یک مقاومت محدودکننده جریان به دیکدر/راه انداز 4511 متصل میشود. کاتدهای هر قسمت LED به صورت داخلی به زمین متصل میشوند. ورودی‌های باینری A، B، C، و D به 4511 از طریق چهار کلید ON/OFF مکانیکی، هستند. هنگامی که تمام کلیدها در موقعیت باز قرار دارند، ولتاژ چهار مقاومت 1kΩ، صفر (0 ولت) است زیرا آنها مستقیماً به زمین متصل میشوند. این کار از هرگونه تحریک نادرست نمایشگر در هنگام باز بودن هر یک از سوئیچ‌ها جلوگیری می‌کند.
بنابراین می‌توانیم ببینیم که با استفاده از یک درایور نمایشگر BCD به سون سگمنت مانند CMOS 4511 یا TTL 7447، می‌توانیم صفحه نمایش LED را تنها با استفاده از چهار سوئیچ (به جای 8 سوئیچ قبلی) یا یک سیگنال باینری 4 بیتی که 16 ترکیب مختلف را امکان پذیر می‌کند، کنترل کنیم.
اکثر تجهیزات دیجیتال از نمایشگرهای سون سگمنت 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 قسمتهای جداگانه در ترکیبهای مختلف، اعداد مورد نیاز را تولید می‌کنند.
نمایشگرهای سون‌سگمنت مبتنی بر LED در بین علاقه‌مندان الکترونیک بسیار محبوب هستند زیرا دارای استفاده و درک آسان هستند. در بیشتر کاربردهای عملی، نمایشگرهای سون سگمنت توسط یک IC درایور مناسب مانند CMOS 4511 یا TTL 7447 از یک ورودی BCD 4 بیتی تحریک میشوند. امروزه، نمایشگرهای سون سگمنت مبتنی بر LED تا حد زیادی با نمایشگرهای کریستال مایع (LCDها) که جریان کمتری مصرف می‌کنند، جایگزین شده‌اند.
