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儿童电子学(八):七段LED显示器

2022-09-21 11:54:27 Giovanni Di Maria 阅读:
在本文中,我们将分析一种由单个LED二极管所构成的更复杂有用的器件,即7段LED显示器。它的功能是再现十个数字和字母表中的一些字母。

在之前的文章中,我们探讨了将LED二极管用作小光源的行为。我们已经了解了保护电阻对点亮这种器件的重要性。在本文中,我们将分析一种由单个LED二极管所构成的更复杂有用的器件,即7段LED显示器。它的功能是再现十个数字和字母表中的一些字母。ekfednc

什么是7LED显示器

7段显示器是能够显示数字0到9(0、1、2、3、4、5、6、7、8、9)以及一些图形和字母符号的发光器件。ekfednc

这种器件是根据待显示数字的形状,通过点亮七个灯段来进行显示的。这种方案简单明了,价格合理。ekfednc

由于其多功能性,这种器件使用已有几十年了。数字和字母通过打开七个LED灯段,相互适当组合来进行显示(参见图1中的操作图)。该器件广泛用于手表、测量仪器、收音机等;近年来已被液晶显示器(LCD)所取代,因为后者的能耗要低几千倍。但是,7段LED显示器是不可替代的——因为这种器件能够自我发光,所以可以在绝对黑暗的环境中看到。一个LED二极管对应一个段,必须用一个小的保护电阻来驱动。从接线图可以看出,在结构上,它还多了一个LED二极管,呈点状,也就构成了小数点。它的工作原理与其他七个LED完全相同。ekfednc

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图1:7段LED显示器及其接线图、封装和引脚排列ekfednc

为了形成数字和一些字母,必须向显示器的各个端子提供电压,从而创建各种内部LED二极管的发光组合。特别是,必须要激活以下显示器输入:ekfednc

  • 数字0:a、b、c、d、e、f段;
  • 数字1:b、c段;
  • 数字2:a、b、d、e、g段;
  • 数字3:a、b、c、d、g段;
  • 数字4:b、c、f、g段;
  • 数字5:a、c、d、f、g段;
  • 数字6:a、c、d、e、f、g段;
  • 数字7:a、b、c段;
  • 数字8:a、b、c、d、e、f、g段;
  • 数字9:a、b、c、d、f、g段。

其他可以组成的字母有:A、b、C、d、E、F。有些必须大写,有些必须小写。最终,只有七个灯段可用。ekfednc

让我们打开数字6

我们现在准备点亮显示器,例如,让它显示数字6。从上面的列表中,可以看到数字6是由a、c、d、e、f和g六个段的组合形成的。因此,就可以创建图2所示的接线图。至于与公共端(COM)的连接,使用上端或下端就无所谓。在本例中,没有使用小数点,因此不需要将其连接到电路;“b”段的端子也不需要连接。电路可立即工作,一旦连接电池,构成数字6的段就立即亮起。有趣的是,每个七段显示器所消耗的电流与打开LED的数量相等。换言之,显示器显示数字“1”时能耗最低,而显示器显示数字“8”时能耗最高。市场为用户提供了不同类型的显示器,包括可显示的位数和颜色范围。ekfednc

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图2:如何在显示器上创建和打开数字6。ekfednc

构建手动可编程LED显示器

可以构建一个小型的手动可编程显示器原型来获得更多的电子经验。在这种情况下,我们要了解面包板,这是一种特殊的穿孔板,可以在其上放置电子元器件而无需进行任何焊接。电子元器件可以通过插入由刚性电线组成的电气跳线相互连接。接线看起来很复杂,但实际上非常简单,遵循图3中所示的元器件排列就足够了。ekfednc

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图3:简单的手动可编程显示器ekfednc

该电路由9V电池供电。它的电流通过七个保护电阻,这次的值为470Ω;然后会遇到控制单个显示器段的开关。如果开关闭合,电流会流过它,然后到达显示器。否则,就不会有电子循环,光段保持关闭。通过组合开关的不同位置,可以形成所有的数字、字母表中的一些字母,甚至一些花哨的符号。ekfednc

敢于冒险的孩子们还可以使用大量的LED二极管,当然还有更强大的电源,来构建更宽的显示器。需要以下电子元器件,如4的接线图所示:ekfednc

  • 9V电池;
  • 7个220Ω电阻器;
  • 21个普通红色LED二极管。

在实践中,需要一个巨大的显示器,每段包含三个LED二极管,总共有21个发光器件。LED可以安装在纸板、木头或塑料支架上。在前侧,应只能看到LED二极管的头部,而连接则应隐藏在该结构的后部。在这种情况下,实现也很简单。只需要最大程度地注意整个布线系统的正确与否以及结构的设计即可。ekfednc

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图4:举行显示器接线图ekfednc

总结

电子学有助于引起孩子们的好奇心和学习更多知识的欲望。循序渐进的成长路径能够让孩子们以愉快而轻松的方式熟悉这一研究领域的基础知识。最好在遵守所有安全程序并仅使用电池和电池为电路供电的同时进行任何类型的实验。ekfednc

另请阅读:

儿童电子学(一):LED ekfednc

儿童电子学(二):电容器ekfednc

儿童电子学(三):电气测量ekfednc

儿童电子学(四):连接电路ekfednc

儿童电子学(五):生产清洁能源ekfednc

儿童电子学(六):降低电源电压ekfednc

儿童电子学(七):电位器ekfednc

(原文刊登于EDN姊妹网站EEWeb,参考链接:Electronics for Kids: Part 8 – Seven-segment LED Display,由Franklin Zhao编译。)ekfednc

责编:Franklin
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