¿Cuáles son las pantallas LED de siete segmentos?Comprender la tecnología detrás de los números
Una pantalla de siete segmentos (SSD) es un tipo de pantalla electrónica utilizada para mostrar números y algunas letras.Apareció por primera vez a principios de 1900 y se hizo popular porque es simple y funciona bien.Las pantallas de siete segmentos basadas en LED son ampliamente utilizadas porque son brillantes y fáciles de ver.Vienen en diferentes tamaños, desde pequeños en dispositivos portátiles hasta paneles grandes que se pueden ver desde muy lejos en diferentes condiciones de iluminación.Este artículo analiza los detalles y tipos de pantallas de siete segmentos, incluidas sus piezas, cómo funcionan y sus ventajas sobre otras pantallas como LCD.También explica las diferencias entre el ánodo común y el cátodo y cómo se adaptan a las diferentes necesidades electrónicas.El artículo explora además cómo las pantallas de nueve, catorce y dieciséis segmentos mejoran el reconocimiento de caracteres y expanden sus usos.Catalogar
Figura 1: pantalla LED de siete segmentos
Estructura de un LED de siete segmentos
Una pantalla LED de siete segmentos consta de ocho partes: siete segmentos etiquetados de 'A' a 'G', y un punto decimal (DP).Cada segmento es un pequeño LED configurado para formar partes de números y algunas letras cuando se ilumina en combinación.Aquí hay una mirada detallada a cada segmento y su función:
Segmento 'a':
Este segmento horizontal se encuentra en la parte superior de la pantalla.Se ilumina para formar la parte superior de los números y letras como 0, 2, 3, 5, 6, 7, 8, 9, A, E y F.
Segmento 'B':
Encontrado en el lado superior derecho, este segmento vertical es bueno para formar la parte derecha de muchos números y letras.Aparece en 0, 1, 2, 3, 4, 7, 8, 9, A, B, D y E.
Segmento 'C':
Ubicado en el lado inferior derecho, este segmento vertical funciona con el segmento 'B' para completar el lado derecho de los personajes.Se usa en 0, 1, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 y A, D.
Segmento 'D':
Este segmento horizontal está en la parte inferior de la pantalla.Forma la base de la mayoría de los números y algunas letras, iluminando en 0, 2, 3, 5, 6, 8, 9, A, D, E y G.
Segmento 'E':
Encontrado en el lado inferior izquierdo, este segmento vertical ayuda a formar la parte inferior izquierda de los caracteres.Se ilumina en 0, 2, 6, 8, E y F.
Segmento 'f':
Ubicado en el lado superior izquierdo, este segmento vertical se combina con el segmento 'E' para completar el lado izquierdo de los caracteres.Está activo en 0, 4, 5, 6, 8, 9, E y F.
Segmento 'G':
Este segmento horizontal medio cruza la pantalla.Agrega trazos a formar números y letras de manera efectiva, apareciendo en 2, 3, 4, 5, 6, 8, 9, A, E y G.
Punto decimal (DP):
Posicionado en la parte inferior derecha de los segmentos y el punto decimal se usa para mostrar valores decimales.Esto mejora la capacidad de la pantalla para mostrar valores numéricos precisos como cantidades o mediciones monetarias.
Cada segmento se puede controlar individualmente o en combinación para representar una amplia gama de datos numéricos y algo alfabéticos.Esto hace que la pantalla de siete segmentos sea mejor para lecturas digitales simples.
Figura 2: piezas de pantalla LED de siete segmentos
Comparación de pantallas LED y LCD
Uso de energía y eficiencia
Pantallas LED: Use más potencia porque emiten luz directamente de diodos.Son muy visibles, incluso en lugares brillantes.
LCD: Use menos potencia ya que no emiten luz directamente.Necesitan retroiluminación o una superficie reflectante, lo que los hace más eficientes en energía y buenos para dispositivos con batería.
Visibilidad y brillo
Pantallas LED: muy luminosas y claras, buenas para áreas al aire libre y bien iluminadas.Se mantienen despejados desde diferentes ángulos sin perder calidad.
• LCD: los modernos son mejores con la visibilidad y el brillo debido a la mejora de la luz de fondo y el color, pero a menudo tienen ángulos de visión limitados y un menor brillo en comparación con los LED.
Costo
Pantallas LED: diseño simple, más fácil y más barato para mostrar números y caracteres limitados.
LCD: más complejo con capas adicionales y piezas como filtros y células de cristal líquido.Esto los hace más caros pero capaces de mostrar imágenes y textos detallados.
Esperanza de vida
Pantallas LED: duradera y duradera, puede manejar condiciones difíciles.Menos afectado por cosas como la temperatura y la humedad.
LCD: duraderos pero puede tener problemas en temperaturas extremas y puede sufrir retención de imágenes o "quemar" con el tiempo.
Figura 3: pantallas LED y LCD
Tipos de pantallas de siete segmentos
Ánodo común
En una configuración del ánodo común, los ánodos de todos los LED (o diodos) están conectados a un punto compartido, generalmente el suministro de voltaje positivo.El cátodo de cada LED o diodo se conecta al circuito de control o tierra a través de una resistencia individualmente.Para iluminar un LED específico, aplica un bajo voltaje (cerca de tierra) a su cátodo.La aplicación de un voltaje más alto (cerca del suministro positivo) al cátodo apaga el LED.
¿Cómo funciona?
Cuando se usa una pantalla de ánodo común con un microcontrolador, los segmentos individuales se iluminan conectando a tierra sus respectivos cátodos.El microcontrolador envía una señal baja (0 V o tierra) al cátodo del segmento para iluminar.Esto permite que la corriente fluya desde el ánodo común a través del segmento a tierra, iluminándola.Para apagar un segmento, el microcontrolador envía una señal alta (cerca del voltaje de suministro) y detiene el flujo de corriente y mantiene el segmento oscuro.
En una pantalla común de siete segmentos, todas las conexiones del ánodo de los segmentos LED están conectadas a un solo pasador común y luego se vinculan al suministro de voltaje positivo (lógica "1").Como resultado, todos los ánodos tienen un alto potencial.Para iluminar un segmento en particular, se aplica un bajo voltaje (lógica "0") a su cátodo y a tierra.Esto completa el circuito entre el alto potencial en el ánodo y el bajo potencial en el cátodo, lo que hace que el segmento se ilumine.
Ventajas
Las pantallas del ánodo funcionan bien con circuitos lógicos positivos donde una alta salida (lógica 1) significa que el segmento está apagado, y una salida baja (lógica 0) significa que el segmento está encendido.Además, esto es simple para muchos diseñadores digitales.Con el ánodo conectado a un solo punto de suministro positivo, el cableado es sencillo y reduce la complejidad general del circuito.
Desventajas
El microcontrolador o circuito del controlador debe obtener corriente para iluminar los segmentos que pueden ser difíciles para aplicaciones o controladores de baja potencia con capacidades de abastecimiento de corriente limitadas.
Figura 4: Ánodo común y cátodo común
Cátodo común
Una configuración de cátodo común conecta los cátodos de todos los LED a un punto compartido y vinculado al suelo o suministro de voltaje negativo.Los ánodos están conectados al suministro positivo a través de resistencias individuales.Para iluminar un LED, aplica un alto voltaje (cerca del suministro positivo) a su ánodo.Bajar el voltaje del ánodo al nivel del suelo cercano apaga el LED.
¿Cómo funciona?
Cuando se usa una pantalla de cátodo común con un microcontrolador, los segmentos individuales se iluminan aplicando una señal alta a sus respectivos ánodos.El microcontrolador envía una señal alta (cerca del voltaje de suministro) al ánodo del segmento a iluminar.Esto permite que la corriente fluya desde el ánodo a través del segmento al cátodo común (tierra), iluminándola.Para apagar un segmento, el microcontrolador envía una señal baja, deteniendo el flujo de corriente y manteniendo el segmento oscuro.
En una pantalla de siete segmentos de cátodo común, todas las conexiones de cátodo de los segmentos LED están vinculados a un pin común conectado al suelo o el nivel de voltaje cero (lógica "0").En esta configuración, los cátodos tienen un bajo potencial.Para iluminar un segmento, se aplica un alto voltaje (lógica "1") a su ánodo, aumentando su potencial en relación con el cátodo.Este mayor potencial en el ánodo en relación con el cátodo permite que el segmento se ilumine.
Ventajas
Las pantallas de cátodo común funcionan bien con circuitos lógicos negativos donde una salida alta (lógica 1) significa que el segmento está encendido, y una salida baja (lógica 0) significa que el segmento está apagado.Además, el microcontrolador o circuito de controlador necesita hundir la corriente para iluminar los segmentos y, a menudo, más eficiente y manejable para muchos controladores, especialmente aquellos diseñados con altas capacidades de hundimiento de corriente.
Desventajas
El cátodo común requiere más conexiones de cableado, ya que el ánodo de cada segmento debe conectarse individualmente a los circuitos de control, lo que hace que el diseño del circuito sea más complejo.
Diferencias entre el ánodo común y las pantallas de cátodo comunes
|
Aspecto |
Pantallas del ánodo común |
Pantallas de cátodo comunes |
|
Lógica de conducción |
Segmentos activados tirando del cátodo
a tierra (lógica "0"). |
Segmentos activados conduciendo el ánodo
alto (lógica "1"). |
|
Compatibilidad con familias lógicas |
Lo mejor con familias lógicas que fuente
actual (nivel lógico alto). |
Lo mejor con familias lógicas que se hunden
actual (nivel lógico bajo). |
|
Diseño y complejidad del circuito |
Puede ser más complejo de interactuar con
Microcontroladores. |
Más fácil de interactuar con los microcontroladores
Esa salida de alto voltaje para la lógica "1". |
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Disponibilidad y elección de conductores |
Algunos conductores están optimizados para común
Configuración del ánodo. |
Algunos conductores están optimizados para común
Configuración del cátodo. |
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Consumo de energía |
La gestión de voltaje puede afectar la energía
consumo a diferentes niveles de brillo y durante la multiplexación. |
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¿Cómo funcionan las pantallas de siete segmentos?
Las pantallas de siete segmentos funcionan iluminando LED.Un LED se ilumina cuando su ánodo está a un voltaje más alto que su cátodo.El brillo depende de la corriente a través de ella, regulada por un circuito del controlador para garantizar una visibilidad óptima sin sobrecargar los LED.
El control de los segmentos implica activarlos o apagar enviando señales.Las señales se pueden enviar manual o digitalmente a través de un microcontrolador o un IC de controlador como el decodificador/controlador 4511 BCD a segmento de siete, que convierte la entrada de decimal codificado (BCD) en las señales correspondientes para controlar los segmentos.
Figura 5: pantallas de siete segmentos
Mesa de verdad
Una tabla de verdad muestra qué segmentos iluminar para cada personaje.Aquí hay un ejemplo para los dígitos 0 a 9 y algunas letras (A, B, C, D, E, F):
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Personaje |
A |
B |
do |
D |
mi |
F |
GRAMO |
DP |
|
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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A |
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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do |
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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mi |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
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F |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
¿Cómo usar esta tabla para programar pantallas de siete segmentos?
Cada columna bajo un segmento (A a G y DP para el punto decimal) muestra el estado necesario para que ese segmento muestre el carácter.
• "1" significa que el segmento está activado (iluminado).
• "0" significa que el segmento está apagado.
Almacenar valores
• Almacene estos valores en un byte o una matriz de valores booleanos.
• Cada bit o booleano representa un segmento.
Ejemplo - Mostrar "5"
• Encuentre la fila para "5" en la tabla.
• Establezca segmentos A, C, D, F y G a 1.
• Establezca segmentos B, E y DP a 0.
Enviar datos a la pantalla
• Use el control directo del pin GPIO en un microcontrolador.
• Alternativamente, use un IC de controlador que interpreta las señales y emite los voltajes correctos a los segmentos.
Mirando la fila correcta y establecer los segmentos como se indica, puede programar la pantalla para mostrar diferentes caracteres.
¿Cómo funciona el controlador 4511 con pantallas de siete segmentos?
El controlador 4511 es un chip que ayuda a mostrar números en pantallas de siete segmentos.Convierte la entrada decimal codificada binaria (BCD) en señales que iluminan los segmentos correctos en la pantalla.Este chip funciona bien con pantallas de cátodo comunes, donde todos los cátodos de segmento están conectados al suelo.
Cuando está en uso, el controlador 4511 obtiene una entrada BCD de cuatro bits, representa un número decimal de 0 a 9. Cada bit puede ser alto (1) o bajo (0).El controlador lee esta entrada y ilumina los segmentos correctos en la pantalla.Por ejemplo, para mostrar el número 5, la entrada BCD es 0101. El controlador luego ilumina segmentos A, C, D, F y G.Dentro del controlador, las puertas lógicas decodifican la entrada BCD para controlar cada segmento.Las salidas proporcionan los niveles de voltaje necesarios para iluminar los segmentos en una configuración de cátodo común, donde una alta salida se convierte en un segmento.
La conexión de un controlador 4511 a los microcontroladores hace que las pantallas de siete segmentos sean más funcionales y automatizadas en los sistemas digitales.Los microcontroladores pueden enviar valores BCD a través de sus pines de E/S digitales al controlador 4511, luego muestra el número correspondiente.Esta configuración es útil para sistemas con múltiples pantallas numéricas que necesitan control simultáneo.El microcontrolador puede actualizar los valores de visualización basados en datos del sensor, entradas del usuario o cálculos internos.
Para integrar el controlador con un microcontrolador, conecte los pines de salida BCD del microcontrolador a los pines de entrada BCD del controlador 4511.Otras conexiones pueden controlar la función de habilitar o deshabilitar la pantalla y el punto decimal, dependiendo de la aplicación.En un reloj digital, un microcontrolador puede enviar datos de tiempo a varios controladores 4511 para mostrar horas, minutos y segundos.Los microcontroladores pueden funcionar con otros dispositivos de control como interruptores, teclados o interfaces de red, lo que hace interfaces de usuario complejas que usan pantallas de siete segmentos.
Figura 6: el controlador 4511 funciona con pantallas de siete segmentos
Aplicaciones de pantallas de siete segmentos
Relojes digitales: Muestre el tiempo con alta visibilidad.
Figura 7: reloj de visualización de siete segmentos
Electrodomésticos: se usa en microondas y hornos para mostrar los tiempos de cocción y las temperaturas para convenientes y eficientes.
Industria automotriz: utilizado en paneles de automóviles para velocímetros y medidores de combustible para lecturas rápidas y claras.
Figura 8: Speedómetros de visualización de siete segmentos y medidores de combustible
Pantallas de información pública: Común en ascensores y plataformas de transporte público, mostrando números o mensajes simples en un formato que todos pueden entender.
Juegos y entretenimiento: las máquinas de pinball y tragamonedas los usan para mostrar puntajes e información del juego dinámicamente.
Paneles de control industrial: preferidos en entornos difíciles para mostrar lecturas como temperaturas y presiones porque son duraderas y fáciles de conectar con circuitos electrónicos.
Papel de estas pantallas en Internet de las cosas (IoT)
Las pantallas de siete segmentos son importantes en el diseño de interfaces para muchos dispositivos inteligentes en Internet de las cosas (IoT).
En primer lugar, perfecto para sistemas pequeños, con baterías o ahorro de energía utilizados en aplicaciones IoT.
Luego, proporciona salidas de estado claras o configuraciones de temperatura en dispositivos domésticos inteligentes como termostatos y sistemas de seguridad, lo que hace que la interacción del usuario sea simple y económica.
A continuación, fácil de integrar con sensores y microcontroladores utilizados en dispositivos IoT.
Finalmente, se utiliza para aplicaciones como medidores inteligentes y otros dispositivos de monitoreo, especialmente en áreas remotas o difíciles de alcanzar, proporcionando comentarios visuales inmediatos para alertar a los usuarios de cambios o problemas.
Ventajas y limitaciones
Simplicidad y facilidad de uso
Las pantallas de siete segmentos son fáciles de usar porque muestran números y algunos caracteres directamente.No necesitan programación compleja o software adicional y perfectos para sistemas que necesitan pantallas numéricas básicas.
Rentabilidad
Estas pantallas son más baratas en comparación con las tecnologías de visualización avanzadas.Utilizan menos componentes y mecanismos de control más simples, reduce el costo general del dispositivo.
Alta visibilidad
El diseño asegura la legibilidad incluso en condiciones de poca luz.Cada segmento emite una luz brillante y distinta, proporcionando un alto contraste contra el fondo y mejora la visibilidad.
Durabilidad
Hechas de materiales resistentes, las pantallas de siete segmentos pueden manejar variaciones de temperatura y estrés físico.
Funcionalidad limitada
El principal inconveniente es su funcionalidad limitada.Solo pueden mostrar números y algunos caracteres, haciéndolos inadecuados para aplicaciones que necesitan texto o gráficos complejos.
Ángulos de visión restringidos
Estas pantallas a menudo tienen ángulos de visualización limitados, una desventaja en situaciones en las que la información debe ser visible desde diferentes perspectivas, como aplicaciones al aire libre o de área grande.
Mayor consumo de energía
Las pantallas de siete segmentos usan más potencia que otros tipos, como LCD.Cada segmento encendido necesita energía continua y menos ideal para aplicaciones operadas por batería o sensibles a la energía.
Personalización limitada
El diseño y la funcionalidad se fijan que los restringen a dígitos y caracteres estándar.Esta falta de flexibilidad puede ser un problema en las aplicaciones que requieren más personalización.
Variedades extendidas de pantallas segmentadas
Nueve pantallas de segmento
La pantalla de nueve segmentos se basa en el modelo estándar de siete segmentos agregando dos segmentos diagonales, colocados en las partes superior e inferior de la pantalla.Estas pantallas ganaron popularidad en la década de 1970, especialmente en calculadoras, relojes digitales y dispositivos electrónicos tempranos.
Figura 9: pantalla de nueve segmentos
Catorce pantallas de segmento
La pantalla de catorce segmentos, a menudo llamada visualización de "Jack Union" debido a su semejanza con la bandera británica cuando todos los segmentos están encendidos, expande la estructura de siete segmentos con cuatro segmentos diagonales, dos verticales y un segmento horizontal medio dividido.Este intrincado diseño permite una gama más amplia de símbolos y letras, mejorando en gran medida la capacidad de la pantalla para transmitir información.Estas pantallas se usan comúnmente en entretenimiento y dispositivos domésticos como máquinas de pinball, máquinas tragamonedas, videograbadoras, hornos de microondas y calculadoras.
Figura 10: pantalla de catorce segmentos
Dieciséis pantallas de segmento
La pantalla de dieciséis segmentos va un paso más allá de la versión de catorce segmentos dividiendo los segmentos horizontales superior e inferior en dos segmentos adicionales.Este diseño ofrece una flexibilidad aún mayor en la representación de caracteres y permitiendo la visualización de símbolos complejos y una mejora de la visibilidad alfanumérica.Las pantallas de dieciséis segmentos a menudo se usan en estereos de automóviles, pantallas de identificación de llamadas telefónicas y otras interfaces multimedia que requieren visualización de caracteres detallada.
Figura 11: Muestra de dieciséis segmentos
Esta tabla describe diferentes tipos de pantallas segmentadas y sus características:
|
Tipo de visualización |
Descripción |
|
Muestras de nueve segmentos |
Mejor diferenciación de caracteres que
siete segmento. |
|
Pantallas de catorce segmentos |
Más personajes y usados en el consumidor
electrónica. |
|
Pantallas de dieciséis segmentos |
Más detallado y distinguido
personajes. |
Conclusión
Examinar pantallas de siete segmentos y sus versiones avanzadas muestra su importancia en las pantallas digitales.Incluso con las tecnologías más nuevas, las pantallas de siete segmentos siguen siendo valiosas porque son simples, baratas y confiables.Este artículo cubre su estructura básica, cómo funcionan y los compara con LCD.La discusión sobre su uso en Internet de las cosas (IoT) y varias industrias destaca su flexibilidad e importancia duradera.El movimiento de las pantallas de siete segmentos a los dieciséis segmentos muestra el esfuerzo continuo para una mejor funcionalidad y comunicación visual.Al final, las pantallas de siete segmentos demuestran que las soluciones básicas de ingeniería pueden soportar sistemas complejos, equilibrando los viejos métodos con nuevas ideas en el mundo digital.
Preguntas frecuentes [Preguntas frecuentes]
1. ¿Por qué se llama pantalla de 7 segmentos?
Una pantalla de 7 segmentos obtiene su nombre de tener siete segmentos de luz que se pueden activar o desactivar en diferentes patrones para mostrar números y algunas letras.Estos segmentos se organizan en un patrón similar a una figura ocho.
2. ¿Cómo se controla una pantalla LED de 7 segmentos?
Usted controla una pantalla LED de 7 segmentos enviando señales eléctricas a los segmentos que desea iluminar.Esto generalmente se realiza con un microcontrolador o un circuito digital que envía señales de alto o bajo voltaje al pasador de control de cada segmento, encendiéndolas o apagadas según sea necesario.
3. ¿Cómo saber si 7 segmento es cátodo o ánodo?
Para averiguar si una pantalla de 7 segmentos es un cátodo o ánodo común común, verifique el cableado o la hoja de datos.En una pantalla de cátodo común, todos los lados negativos (cátodos) están conectados juntos y se ilumina segmentos aplicando un voltaje positivo.En una pantalla de ánodo común, todos los lados positivos (ánodos) están conectados e ilumina segmentos aplicando tierra o bajo voltaje.
4. ¿Cómo verificar el funcionamiento de una pantalla de siete segmentos?
Para verificar si una pantalla de siete segmentos funciona, aplique la energía a cada segmento uno por uno y vea si se iluminan.Use una fuente de alimentación con las resistencias correctas, conectándola al PIN de cada segmento, mientras que el pasador común (cátodo o ánodo) está conectado a tierra o potencia, respectivamente.Si cada segmento se ilumina, la pantalla funciona.
5. ¿Cómo se prueba una pantalla de 7 segmentos con un multímetro?
Para probar una pantalla de 7 segmentos con un multímetro, configúrelo en modo de prueba de diodo.Conecte el pin común (ánodo o cátodo) al cable multímetro correspondiente (positivo para el ánodo, negativo para el cátodo).Toque el otro cable a cada pasador de segmento.Un segmento de trabajo mostrará una caída de voltaje en el multímetro (alrededor de 1.7 a 2.0 voltios para LED).Si no hay caída de voltaje, el segmento puede ser defectuoso.
6. ¿Cuántos alfileres hay en un LED de siete segmentos?
Una pantalla básica única de siete segmentos tiene 10 pines: siete para cada segmento, uno para el punto decimal y dos para las conexiones comunes (cátodo o ánodo).El número de pines puede variar con pantallas duales o características adicionales.