ماژول نمایشگر هفت قطعه ای آند مشترک
A Common Anode 7segment Module

نمایشگر هفت قسمتی است که به صورت الکترونیکی است صفحه نمایش دستگاه برای نمایش اعشاری اعداد است که یک جایگزین برای پیچیده تر صفحه نمایش ماتریس نقطه. نمایشگرهای هفت قسمتی به طور گسترده در ساعت های دیجیتال ، مترهای الکترونیکی ، ماشین حساب های اصلی و سایر دستگاه های الکترونیکی که اطلاعات عددی را نمایش می دهند ، استفاده می شود. راحتی در استفاده از این ماژول در کنار هزینه کم و حجم کم آنرا به یکی از کاربردی ترین ماژول علاوه بر ده رقم، از نمایشگرهای هفت قسمتی می توان برای نشان دادن بیشتر حروف الفبای لاتین ، سیریلیک و یونانی از جمله علائم نگارشی استفاده کرد. که در آن یک ترانزیستور بعنوان درایور قرار داده شده تا بتوانید به راحتی و آسودگی خاطر آنرا به خروجی هر نوع میکروکنترلر / MCU دیگری متصل نمایید. و با اتصال هر یک از ورودی ها به زمین یا همان صفر منطقی سگمنت مربوطه را روشن نمایید.

مبحث نمایش هفت قسمتی کاراکترها حول اشکال مختلف ارقام عددی ، حروف و علائم نگارشی قابل استفاده در نمایشگرهای هفت قسمتی می چرخد . چنین نمایشی از شخصیت ها توسط هیچ نهاد مربوطه استاندارد نشده است (به عنوان مثال ISO ، IEEE یا IEC ). یونیکد کد رمز برای ارقام قطعه بندی شده در یونیکد 13.0 در بلوک نمادها برای محاسبات قدیمی ارائه می دهد.

رنگ واقعی نور مرئی ساطع شده از یک LED، از آبی تا قرمز و نارنجی وجود دارد. این رنگ‌ها، با طول موج طیفی نور ساطع شده تعیین می‌شوند که خود این طول موج‌ها به ترکیب ناخالصی‌هایی بستگی دارد که به مواد نیمه ‌رسانای تشکیل دهنده آن افزوده می‌شود.

دیودهای نورانی یا LEDها، مزایای مختلفی نسبت به لامپ‌های سنتی دارند که از مهم‌ترین آن‌ها می‌توان به اندازه کوچک، طول عمر بالا، داشتن رنگ‌های مختلف، ارزان بودن و به آسانی در دسترس بودن اشاره کرد. این دیودها را می‌توان به آسانی با قطعات الکترونیک دیگر و مدارهای دیجیتال ترکیب کرد.

ویژگی کوچک بودن LEDها سبب می‌شود تعدادی از آن‌ها را در کنار یکدیگر قرار داده و بسته‌هایی تشکیل شوند که نمایشگر هفت قسمتی یا سون سگمنت (7−Segment) نامیده می‌شوند.

نمایشگر سون سگمنت، از هفت LED تشکیل شده که مطابق شکل زیر در کنار یکدیگر قرار گرفته‌اند.

هر یک از این LEDها یک قسمت یا سگمنت نامیده می‌شوند، زیرا وقتی هر یک از آن‌ها روشن می‌شود، بخشی از یک عدد یا حرف را روشن می‌کند. گاهی اوقات یک LED هشتم نیز در سون سگمنت وجود دارد که نقطه دسیمال (DP) را مشخص می‌کند. واضح است که این نقطه وقتی کاربرد دارد که دو سون سگمنت در کنار یکدیگر قرار گیرند.

پایه‌های LEDهای سون‌ سگمنت، در کنار یکدیگر و در زیر قطعه چیده شده‌اند. این پایه‌ها به گونه‌ای نام‌گذاری شده‌اند که ارتباط هر کدام از پایه‌ها به LED متناظر با خود مشخص است. یکی از پایه‌ها، نوع سون سگمنت را مشخص می‌کند. همان‌طور که می‌دانیم، هر LED دو پایه دارد که یکی از آن‌ها آند و دیگری کاتد نامیده می‌شود. بر همین اساس، دو نوع سون سگمنت نیز خواهیم داشت: کاتد مشترک (Common Cathode) یا CC و آند مشترک (Common Anode) یا CA.

تفاوت بین این دو نمایشگر، همان‌ گونه که از نامشان پیداست، این است که در نوع کاتد مشترک، کاتد دیودها به یکدیگر متصل است و در نوع آند مشترک، آند آن‌ها به یکدیگر وصل شده است.

در سون سگمنت کاتد مشترک، همه کاتدها به یکدیگر متصل شده و با هم به منطق 0

یا زمین وصل می‌شوند. بنابراین، هر سگمنت را می‌توان با اعمال سیگنال HIGH یا 1 منطقی از طریق یک مقاومت محدود کننده به یکی از ترمینال‌های آند (a تا g)، روشن کرد. شکل زیر، نمایشگر سون سگمنت کاتد مشترک را نشان می‌دهد

در سون سگمنت آند مشترک، همه آندها به یکدیگر متصل شده و با هم به منطق 1 وصل می‌شوند. بنابراین، هر سگمنت را می‌توان با اعمال سیگنال LOW یا 0 منطقی از طریق یک مقاومت محدود کننده به یکی از ترمینال‌های کاتد (a تا g) روشن کرد. شکل زیر، نمایشگر سون سگمنت آند مشترک را نشان می‌دهد.

در حالت کلی، نمایشگرهای آند مشترک نسبت به انواع کاتد مشترک، محبوب‌تر هستند؛ زیرا تعداد زیادی از مدارهای منطقی مصرف کننده جریان (و نه منبع آن) هستند. لازم به ذکر است که یک سون سگمنت کاتد مشترک را نمی‌توان مستقیماً به جای سون سگمنت آند مشترک در مدار قرار داد و بالعکس؛ زیرا این کار دقیقاً مانند این است که پایه‌های یک ال ای دی را برعکس متصل کنیم؛ واضح است که در این حالت، LED روشن نمی‌شود و نوری تولید نخواهد کرد.

بسته به عدد دسیمالی که می‌خواهیم نشان دهیم، باید مجموعه مشخص متناظری از LEDهای سون سگمنت را با هم بایاس مستقیم و در نتیجه روشن کنیم. برای مثال، برای نمایش رقم 0 باید شش ال ای دی a تا f را روشن کنیم. به همین ترتیب، ارقام 0 تا 9 را می‌توان مطابق شکل زیر نشان داد.

راه‌اندازی یا درایو سون سگمنت

اگرچه سون سگمنت یک نمایشگر واحد است، اما از هفت LED تشکیل شده که در یک بسته واحد قرار گرفته‌اند و باید آن‌ها را در برابر اضافه جریان محافظت کرد. ال ای دی‌ها تنها زمانی نور تولید می‌کنند که بایاس مستقیم شوند. نور تولیدی آن‌ها نیز متناسب با مقدار جریان مستقیم است. این بدین معناست که شدت نور LED با افزایش جریان رابطه‌ای تقریباً خطی دارد. این جریان مستقیم را می‌توان با یک مقاومت خارجی در مقداری مطمئن کنترل و محدود کرد تا از آسیب دیدن LEDها جلوگیری شود.

افت ولتاژ مستقیم یک سگمنت LED قرمز، بسیار کم و حدود 2 تا 2.2 ولت است. این مقدار برای LEDهای آبی و سفید تقریباً 3.6 ولت است. بنابراین، برای روشن شدن صحیح سگمنت‌ها، باید یک منبع ولتاژ را با یک مقاومت سری برای محدوسازی جریان به LEDها متصل کرد.

معمولاً در یک سون سگمنت استاندارد با رنگ قرمز، هر سگمنت LED برای روشن شدن صحیح، تقریباً 15 میلی‌آمپر جریان می‌کشد؛ بنابراین، در یک مدار منطقی دیجیتال 5‌ولتی، اندازه مقاومت محدود کننده جریان باید در حدود (5v–2v)/15mA=200Ω یا نزدیکترین مقاومت بزرگ‌تر از آن، یعنی 220Ω باشد.

مدار شکل زیر، نحوه اتصال سگمنت های یک سون سگمنت را از طریق مقاومت‌‌های محدود کننده جریان نشان می‌دهد.

در مثال بالا، سگمنت‌های نمایش‌گر کاتد مشترک، با کلید‌ها روشن می‌شوند. اگر کلید a بسته شود، جریان از سگمنت a می‌گذرد و از طریق مقاومت محدود کننده به پتانسیل V0
جریان می‌یابد و مدار بسته می‌شود. در نتیجه، فقط سگمنت a روشن می‌شود. بنابراین، به یک وضعیت LOW (اتصال کلید به زمین) برای فعال کردن سگمنت‌های LED نیاز داریم.
اکنون فرض کنید می‌خواهیم عدد دسیمال 4
را روی نمایشگر نشان دهیم. برای این کار باید کلیدهای f ،c ،b و g را ببندیم تا LEDهای متناظر با آن‌ها روشن شوند. به همین ترتیب، عدد 7
را می‌توان با بستن کلیدهای b ،a و c نمایش داد. اما انجام این کار (بستن چند کلید مشخص برای هر رقم)‌ در عمل کاری منطقی نیست.
به همین دلیل، سون سگمنت‌ها را معمولاً با یک IC کنترل می‌کنند که درایور/دیکدر (Driver/Decoder) سون سگمنت نامیده می‌شود. آی سیِ CMOS4511 یکی از این قطعات است. این درایور سون سگمنت که به عنوان یک دیکدر و درایور دسیمال کد شده به باینری (BCD) به سون سگمنت نامیده می‌شود، قادر است هر دو نوع سون سگمنت کاتد مشترک یا آند مشترک را کنترل کند. البته درایورهای تکی و دوگانه‌ای مانند TTL7447 نیز موجود است که بسیار پرکاربرد هستند.