Quali sono i display a LED a sette segmenti?Comprendere la tecnologia dietro i numeri
Un display a sette segmenti (SSD) è un tipo di schermo elettronico utilizzato per mostrare numeri e alcune lettere.È apparso per la prima volta nei primi anni del 1900 ed è diventato popolare perché è semplice e funziona bene.I display a sette segmenti a LED sono ampiamente utilizzati perché sono luminosi e facili da vedere.Vengono in diverse dimensioni, da piccole in gadget portatili a grandi pannelli che possono essere visti da lontano in diverse condizioni di illuminazione.Questo articolo esamina i dettagli e i tipi di display a sette segmenti, comprese le loro parti, il modo in cui funzionano e i loro vantaggi rispetto ad altri display come LCD.Spiega anche le differenze tra anodo comune e catodo e come si adattano a diverse esigenze elettroniche.L'articolo esplora inoltre come i display di nove, quattordici e sedici segmenti migliorano il riconoscimento dei personaggi ed espandono i loro usi.Catalogare
Figura 1: display a LED a sette segmenti
Struttura di un LED a sette segmenti
Un display LED a sette segmenti è costituito da otto parti: sette segmenti etichettati da "A" a "G" e un punto decimale (DP).Ogni segmento è un piccolo LED configurato per formare parti di numeri e alcune lettere se illuminate in combinazione.Ecco uno sguardo dettagliato a ogni segmento e alla sua funzione:
Segmento 'a':
Questo segmento orizzontale si trova nella parte superiore del display.Si illumina per formare la parte superiore di numeri e lettere come 0, 2, 3, 5, 6, 7, 8, 9, 9, A, E e F.
Segmento 'B':
Trovato nella parte superiore destra, questo segmento verticale è utile per formare la parte giusta di molti numeri e lettere.Appare in 0, 1, 2, 3, 4, 7, 8, 9, A, B, D ed E.
Segmento 'C':
Situato nella parte inferiore destra, questo segmento verticale funziona con il segmento "B" per completare il lato destro dei caratteri.È usato in 0, 1, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 e A, D.
Segmento 'd':
Questo segmento orizzontale è nella parte inferiore del display.Forma la base della maggior parte dei numeri e alcune lettere, illuminando in 0, 2, 3, 5, 6, 8, 9, A, D, E e G.
Segmento 'E':
Trovato sul lato in basso a sinistra, questo segmento verticale aiuta a formare la parte inferiore sinistra dei caratteri.Si illumina in 0, 2, 6, 8, E e F.
Segmento 'f':
Situato nella parte superiore sinistra, questo segmento verticale si accoppia con il segmento "E" per completare il lato sinistro dei caratteri.È attivo in 0, 4, 5, 6, 8, 9, E e F.
Segmento 'g':
Questo segmento orizzontale medio attraversa il display.Aggiunge colpi per formare numeri e lettere in modo efficace, che appare in 2, 3, 4, 5, 6, 8, 9, 9, A, E e G.
DECIMAL POINT (DP):
Posizionato in basso a destra dei segmenti e il punto decimale viene utilizzato per visualizzare valori decimali.Ciò migliora la capacità del display di mostrare valori numerici precisi come quantità monetarie o misurazioni.
Ogni segmento può essere controllato individualmente o in combinazione per rappresentare una vasta gamma di dati numerici e alcuni alfabetici.Questo rende il display a sette segmenti migliore per le semplici letture digitali.
Figura 2: parti del display LED a sette segmenti
Confronto di display a LED e LCD
Uso di energia ed efficienza
Display a LED: Usa più potenza perché emettono la luce direttamente dai diodi.Sono molto visibili, anche in luoghi luminosi.
LCD: Usa meno energia poiché non emettono direttamente la luce.Hanno bisogno di retroilluminazione o di una superficie riflettente, rendendoli più efficienti dal punto di vista energetico e buoni per i dispositivi a batteria.
Visibilità e luminosità
Display a LED: molto luminoso e chiaro, buono per le aree esterne e ben illuminate.Rimangono chiari da diverse angolazioni senza perdere qualità.
• LCD: quelli moderni sono migliori con la visibilità e la luminosità a causa di una migliore retroilluminazione e colore, ma spesso hanno angoli di visione limitati e una luminosità inferiore rispetto ai LED.
Costo
Display a LED: design semplice, più facile ed economico da realizzare per mostrare numeri e caratteri limitati.
LCD: più complessi con strati extra e parti come filtri e cellule di cristallo liquido.Questo li rende più costosi ma in grado di mostrare immagini e testi dettagliati.
Durata
Display a LED: durevoli e di lunga durata, possono gestire condizioni difficili.Meno colpiti da cose come la temperatura e l'umidità.
LCD: durevole ma può avere problemi a temperature estreme e potrebbero soffrire di ritenzione di immagini o "bruciatura" nel tempo.
Figura 3: display LED e LCD
Tipi di display a sette segmenti
Anodo comune
In una configurazione di anodo comune, gli anodi di tutti i LED (o diodi) sono collegati a un punto condiviso di solito l'alimentazione di tensione positiva.Il catodo di ciascun LED o diodo viene quindi collegato al circuito di controllo o a terra attraverso una resistenza singolarmente.Per illuminare un LED specifico, si applica una bassa tensione (vicino a terra) al suo catodo.L'applicazione di una tensione più elevata (vicino all'alimentazione positiva) al catodo disattiva il LED.
Come funziona?
Quando si utilizza un display di anodo comune con un microcontrollore, i singoli segmenti si illuminano radicando i rispettivi catodi.Il microcontrollore invia un segnale basso (0 V o terra) al catodo del segmento per essere illuminato.Ciò consente alla corrente di fluire dall'anodo comune attraverso il segmento a terra, illuminandolo.Per disattivare un segmento, il microcontrollore invia un segnale elevato (vicino alla tensione di alimentazione) e arrestando il flusso di corrente e mantenendo il segmento buio.
In un display a sette segmenti di anodo comune, tutte le connessioni anodi dei segmenti LED sono collegate a un singolo pin comune e quindi collegate alla fornitura di tensione positiva (logica "1").Di conseguenza, tutti gli anodi sono ad alto potenziale.Per illuminare un particolare segmento, una bassa tensione (logica "0") viene applicata al suo catodo e mettendolo a terra.Questo completa il circuito tra l'alto potenziale all'anodo e il basso potenziale al catodo che fa illuminare il segmento.
Vantaggi
L'ANODE Visualizza funziona bene con circuiti logici positivi in cui un'uscita elevata (logica 1) indica che il segmento è spento e un output basso (logica 0) significa che il segmento è acceso.Inoltre, questo è semplice per molti designer digitali.Con l'anodo collegato a un singolo punto di approvvigionamento positivo, il cablaggio è semplice e riduce la complessità complessiva del circuito.
Svantaggi
Il microcontrollore o il circuito del driver deve procurarsi la corrente per illuminare i segmenti che possono essere difficili per applicazioni a bassa potenza o controller con funzionalità di approvvigionamento di corrente limitate.
Figura 4: anodo comune e catodo comune
Catodo comune
Una configurazione di catodo comune collega i catodi di tutti i LED a un punto condiviso e collegata al suolo a terra o al fornitura di tensione negativa.Gli anodi sono collegati all'offerta positiva attraverso i singoli resistori.Per illuminare un LED, si applica un'alta tensione (vicino all'alimentazione positiva) al suo anodo.Abbassare la tensione dell'anodo a livello del suolo vicino spegne il LED.
Come funziona?
Quando si utilizza un display di catodo comune con un microcontrollore, i singoli segmenti si illuminano applicando un segnale elevato ai rispettivi anodi.Il microcontrollore invia un segnale elevato (vicino alla tensione di alimentazione) all'anodo del segmento per essere illuminato.Ciò consente alla corrente di fluire dall'anodo attraverso il segmento al catodo comune (terra), illuminandolo.Per disattivare un segmento, il microcontrollore invia un segnale basso, arrestando il flusso di corrente e mantenendo il segmento buio.
In un display a sette segmenti di catodo comune, tutte le connessioni del catodo dei segmenti LED sono legate a un pin comune collegato a terra o livello di tensione zero (logica "0").In questa configurazione, i catodi sono a basso potenziale.Per illuminare un segmento, un'alta tensione (logica "1") viene applicata al suo anodo, aumentando il suo potenziale rispetto al catodo.Questo potenziale più elevato sull'anodo rispetto al catodo consente al segmento di illuminare.
Vantaggi
Il catodo comune funziona bene con circuiti logici negativi in cui un'uscita elevata (logica 1) indica che il segmento è acceso e un output basso (logica 0) significa che il segmento è spento.Inoltre, il microcontrollore o il circuito del driver devono affondare la corrente per illuminare i segmenti e spesso più efficiente e gestibile per molti controller, in particolare quelli progettati con capacità di affondamento ad alta corrente.
Svantaggi
Il catodo comune richiede più connessioni di cablaggio, poiché l'anodo di ciascun segmento deve essere collegato individualmente ai circuiti di controllo, rendendo il design del circuito più complesso.
Differenze tra anodo comune e catodo comune visualizzati
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Aspetto |
Visualizza anodo comuni |
Display di catodo comuni |
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Logica di guida |
Segmenti attivati tirando il catodo
a terra (logica "0"). |
Segmenti attivati guidando l'anodo
alto (logica "1"). |
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Compatibilità con le famiglie logiche |
Meglio con le famiglie logiche che fondono
corrente (livello logico elevato). |
Meglio con le famiglie logiche che affondano
corrente (basso livello logico). |
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Design e complessità del circuito |
Può essere più complesso con cui interfacciarsi
MicroController. |
Più facile da interfacciarsi con i microcontrollori
Quell'output Alta tensione per la logica "1". |
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Disponibilità e scelta dei driver |
Alcuni driver sono ottimizzati per il comune
Configurazione anodo. |
Alcuni driver sono ottimizzati per il comune
Configurazione catodica. |
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Consumo energetico |
La gestione della tensione può influire sull'energia
Consumo a diversi livelli di luminosità e durante il multiplexing. |
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Come funzionano i display a sette segmenti?
I visualizzazioni di sette segmenti funzionano illuminando i LED.Un LED si illumina quando il suo anodo è a una tensione più elevata rispetto al suo catodo.La luminosità dipende dalla corrente attraverso di essa, regolata da un circuito del driver per garantire una visibilità ottimale senza sovraccaricare i LED.
Il controllo dei segmenti implica l'accenderli o lo spegnimento inviando segnali.I segnali possono essere inviati manualmente o digitalmente tramite un microcontrollore o un driver IC come il decodificatore/driver da 4511 da BCD a sette segmenti, che converte l'input decimale codificato binario (BCD) nei segnali corrispondenti per controllare i segmenti.
Figura 5: display a sette segmenti
Tabella della verità
Una tabella di verità mostra quali segmenti illuminarsi per ogni personaggio.Ecco un esempio per le cifre da 0 a 9 e alcune lettere (a, b, c, d, e, f):
|
Carattere |
UN |
B |
C |
D |
E |
F |
G |
Dp |
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0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
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1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
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2 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
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3 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
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4 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
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5 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
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6 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
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7 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
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8 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
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9 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
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UN |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
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B |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
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C |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
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D |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
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E |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
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F |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
Come utilizzare questa tabella per la programmazione di display a sette segmenti?
Ogni colonna sotto un segmento (da A a G e DP per il punto decimale) mostra lo stato necessario affinché quel segmento visualizzi il carattere.
• "1" indica che il segmento è ON (illuminato).
• "0" indica che il segmento è spento.
Archiviare i valori
• Conservare questi valori in un byte o in una serie di valori booleani.
• Ogni bit o booleano rappresenta un segmento.
Esempio - Visualizzazione di "5"
• Trova la riga per "5" nella tabella.
• Imposta segmenti A, C, D, F e G a 1.
• Imposta i segmenti B, E e DP a 0.
Invia dati da visualizzare
• Utilizzare il controllo del pin GPIO diretto su un microcontrollore.
• In alternativa, utilizzare un driver IC che interpreta i segnali e emette le tensioni corrette ai segmenti.
Guardando la riga giusta e impostando i segmenti come indicato, è possibile programmare il display per mostrare caratteri diversi.
Come funziona il driver 4511 con visualizzazioni a sette segmenti?
Il driver 4511 è un chip che aiuta a mostrare numeri su display a sette segmenti.Converte l'ingresso decimale (BCD) con codice binario in segnali che illuminano i segmenti giusti sul display.Questo chip funziona bene con display di catodo comuni, in cui tutti i catodi di segmento sono collegati a terra.
Quando è in uso, il driver 4511 ottiene un input BCD a quattro bit, rappresenta un numero decimale da 0 a 9. Ogni bit può essere alto (1) o basso (0).Il driver legge questo input e illumina i segmenti corretti sul display.Ad esempio, per mostrare il numero 5, l'ingresso BCD è 0101. Il driver illumina quindi i segmenti A, C, D, F e G.All'interno del driver, le porte della logica decodificano l'ingresso BCD per controllare ciascun segmento.Le uscite forniscono i livelli di tensione necessari per illuminare i segmenti in una configurazione di catodo comune, in cui un'uscita elevata gira su un segmento.
La connessione di un driver 4511 ai microcontroller rende i visualizzazioni a sette segmenti più funzionali e automatizzati nei sistemi digitali.I microcontroller possono inviare valori BCD attraverso i loro pin I/O digitali al driver 4511, quindi mostra il numero corrispondente.Questa configurazione è utile per i sistemi con più visualizzazioni numeriche che necessitano di controllo simultaneo.Il microcontrollore può aggiornare i valori di visualizzazione in base a dati del sensore, input utente o calcoli interni.
Per integrare il driver con un microcontrollore, collegare i pin di uscita BCD del microcontrollore ai pin di ingresso BCD del driver 4511.Altre connessioni possono controllare la funzione Abilita o disabilitare il display e il punto decimale, a seconda dell'applicazione.In un orologio digitale, un microcontrollore può inviare dati temporali a diversi 4511 driver per mostrare ore, minuti e secondi.I microcontroller possono funzionare con altri dispositivi di controllo come switch, tastie o interfacce di rete, realizzando interfacce utente complesse che utilizzano display a sette segmenti.
Figura 6: il driver 4511 funziona con display a sette segmenti
Applicazioni di display a sette segmenti
Orologi digitali: mostra il tempo con alta visibilità.
Figura 7: orologio display a sette segmenti
Elettrodomestici: utilizzati in microonde e forni per visualizzare tempi di cottura e temperature per comodi ed efficienti.
Industria automobilistica: utilizzato nei cruscotti per auto per speedometri e calibri per letture rapide e chiare.
Figura 8: Speedometri di visualizzazione a sette segmenti e calibri di carburante
Visualizzazioni di informazioni pubbliche: comune negli ascensori e nelle piattaforme di trasporto pubblico, visualizzando numeri o messaggi semplici in un formato che tutti possono capire.
Giochi e intrattenimento: flipper e slot machine li usano per visualizzare i punteggi e le informazioni sul gioco in modo dinamico.
Pannelli di controllo industriali: preferiti in ambienti difficili per mostrare letture come temperature e pressioni perché sono durevoli e facili da connettersi con i circuiti elettronici.
Ruolo di questi display in Internet of Things (IoT)
I display a sette segmenti sono importanti nella progettazione di interfacce per molti dispositivi intelligenti in Internet of Things (IoT).
Innanzitutto, perfetto per sistemi piccoli, alimentati a batteria o di risparmio energetico utilizzati nelle applicazioni IoT.
Quindi, fornisce chiare uscite di stato o impostazioni di temperatura in dispositivi domestici intelligenti come i termostati e i sistemi di sicurezza, rendendo l'interazione dell'utente semplice ed economica.
Successivamente, facile da integrare con sensori e microcontrollori utilizzati nei dispositivi IoT.
Infine, utilizzati per applicazioni come contatori intelligenti e altri dispositivi di monitoraggio, in particolare in aree remote o difficili da raggiungere, fornendo feedback visivi immediati per avvisare gli utenti di cambiamenti o problemi.
Vantaggi e limitazioni
Semplicità e facilità d'uso
I display a sette segmenti sono facili da usare perché mostrano numeri e alcuni caratteri direttamente.Non hanno bisogno di una programmazione complessa o software extra e perfetti per i sistemi che richiedono display numerici di base.
Costo-efficacia
Questi display sono più economici rispetto alle tecnologie di visualizzazione avanzate.Usano meno componenti e meccanismi di controllo più semplici, riduce il costo complessivo del dispositivo.
Alta visibilità
Il design garantisce la leggibilità anche in condizioni di scarsa illuminazione.Ogni segmento emette una luce luminosa e distinta, fornendo elevato contrasto sullo sfondo e migliora la visibilità.
Durata
Realizzati con materiali robusti, i display a sette segmenti possono gestire variazioni di temperatura e stress fisico.
Funzionalità limitata
Lo svantaggio principale è la loro funzionalità limitata.Possono visualizzare solo numeri e pochi caratteri, rendendoli inadatti per applicazioni che necessitano di testo o grafica complessa.
Angoli di visione limitati
Questi display hanno spesso angoli di visualizzazione limitati, uno svantaggio in situazioni in cui le informazioni devono essere visibili da diverse prospettive, come applicazioni esterne o di grande area.
Più consumo di energia
I display a sette segmenti utilizzano più potenza di altri tipi, come LCD.Ogni segmento LIT necessita di energia continua e meno ideale per applicazioni a batteria o sensibili alla potenza.
Personalizzazione limitata
Il design e la funzionalità sono fissi che li limitano alle cifre e ai caratteri standard.Questa mancanza di flessibilità può essere un problema nelle applicazioni che richiedono una maggiore personalizzazione.
Varietà estese di display segmentati
Nine display di segmento
Il display a nove segmenti si basa sul modello standard a sette segmenti aggiungendo due segmenti diagonali, posizionati nelle parti superiori e inferiori del display.Questi display hanno guadagnato popolarità negli anni '70, in particolare nei calcolatori, negli orologi digitali e nei primi dispositivi elettronici.
Figura 9: display a nove segmenti
Display di quattordici segmenti
Il display di quattordici segmenti, spesso chiamato display "Union Jack" a causa della sua somiglianza con la bandiera britannica quando tutti i segmenti sono accesi, espande la struttura a sette segmenti con quattro segmenti diagonali, due verticali e un segmento orizzontale medio diviso.Questo intricato design consente una gamma più ampia di simboli e lettere, migliorando notevolmente la capacità del display di trasmettere informazioni.Questi display sono comunemente usati in dispositivi di intrattenimento e domestici come flipper, slot machine, videoregistratori, forni a microonde e calcolatori.
Figura 10: display di quattordici segmenti
Sedici display segmenti
Il display di sedici settori fa un passo oltre la versione di quattordici segmenti suddivendo i segmenti orizzontali superiore e inferiore in due segmenti aggiuntivi.Questo layout offre ancora maggiore flessibilità nella rappresentazione del personaggio e consentendo la visualizzazione di simboli complessi e il miglioramento della visibilità alfanumerica.I display di sedici segmenti vengono spesso utilizzati in stereo per auto, display ID chiamante di telefono e altre interfacce multimediali che richiedono una visualizzazione dei caratteri dettagliati.
Figura 11: display di sedici segmenti
Questa tabella delinea diversi tipi di display segmentati e le loro caratteristiche:
|
Tipo di visualizzazione |
Descrizione |
|
Display a nove segmenti |
Migliore differenziazione del personaggio rispetto a
sette segmenti. |
|
Display di quattordici segmenti |
Più personaggi e usato nel consumatore
elettronica. |
|
Display di sedici segmenti |
Più dettagliato e distingue simili
caratteri. |
Conclusione
L'esame dei display a sette segmenti e le loro versioni avanzate mostra la loro importanza nei display digitali.Anche con le nuove tecnologie, i display a sette segmenti sono ancora preziosi perché sono semplici, economici e affidabili.Questo articolo copre la loro struttura di base, come funzionano e li confronta con LCD.La discussione sul loro uso nell'Internet of Things (IoT) e vari settori evidenziano la loro flessibilità e importanza duratura.Il passaggio da sette segmenti a sedici segmenti mostra lo sforzo in corso per una migliore funzionalità e comunicazione visiva.Alla fine, i display a sette segmenti dimostrano che le soluzioni di ingegneria di base possono supportare sistemi complessi, bilanciando vecchi metodi con nuove idee nel mondo digitale.
Domande frequenti [FAQ]
1. Perché si chiama display a 7 segmenti?
Un display a 7 segmenti ottiene il nome dall'avere sette segmenti di luce che possono essere attivati o spegnali in diversi schemi per mostrare numeri e alcune lettere.Questi segmenti sono disposti in uno schema simile a una figura-otto.
2. Come si controlla un display a LED a 7 segmenti?
Controlli un display LED a 7 segmenti inviando segnali elettrici ai segmenti che si desidera illuminare.Questo di solito viene fatto con un microcontrollore o un circuito digitale che invia segnali di tensione ad alta o bassa al perno di controllo di ciascun segmento, acceso o disattivato se necessario.
3. Come sapere se il 7 segmento è catodo o anodo?
Per scoprire se un display a 7 segmenti è un catodo comune o un anodo comune, controllare il cablaggio o il foglio dati.In un display di catodo comune, tutti i lati negativi (catodi) sono collegati insieme e si illuminano i segmenti applicando una tensione positiva.In un display anodo comune, tutti i lati positivi (anodi) sono collegati e si illuminano i segmenti applicando terra o bassa tensione.
4. Come controllare il funzionamento di un display a sette segmenti?
Per verificare se funziona un display a sette segmenti, applica l'alimentazione a ciascun segmento uno per uno e vedere se si illuminano.Utilizzare una fonte di alimentazione con i resistori giusti, collegandola al pin di ciascun segmento mentre il pin comune (catodo o anodo) è collegato a terra o potenza, rispettivamente.Se ogni segmento si illumina, il display funziona.
5. Come testare un display a 7 segmenti con un multimetro?
Per testare un display a 7 segmenti con un multimetro, impostalo sulla modalità di test del diodo.Collegare il pin comune (anodo o catodo) al piombo multimetro corrispondente (positivo per anodo, negativo per il catodo).Toccare l'altro vantaggio a ciascun pin di segmento.Un segmento di lavoro mostrerà una caduta di tensione sul multimetro (circa 1,7 a 2,0 volt per LED).Se non c'è calo di tensione, il segmento potrebbe essere difettoso.
6. Quanti pin ci sono su un LED a sette segmenti?
Un display a sette segmenti singoli di base ha 10 pin: sette per ciascun segmento, uno per il punto decimale e due per le connessioni comuni (catodo o anodo).Il numero di pin può variare con display doppi o funzionalità aggiuntive.