1.2 7段显示
在本教程中，我们将对七段显示器（7-Segment Displays）进行基本介绍。它们常用于显示从 0 到 9 的数字以及部分字母（通常是 A 到 F）。
七段显示器介绍
七段显示器是用于显示数字和字母的最常见设备。你可以在电视节目中看到七段显示器倒计时至“0”。在七段显示器中使用 LED 使其更加流行。
二进制信息可以通过七段显示器以十进制形式显示。其广泛应用于微波炉、计算器、洗衣机、收音机、数字时钟等领域。
七段显示器由 LED（发光二极管）或 LCD（液晶显示器）组成。LED 或发光二极管是 P-N 结二极管，它以光的形式 发射能量，与普通 P-N 结二极管（以热的形式发射能量）不同。
液晶显示器（LCD）利用液晶的特性进行显示。LCD 不会直接发光。这些 LED 或 LCD 用于显示所需的数字或字母。单个七段显示器或按顺序排列的多个段可以满足我们的需求。
七段显示器的历史
七段显示器的历史可以追溯到一个世纪以前。1908 年，F.W. Wood 发明了八段显示器，通过使用对角线条显示数字“4”。1910 年，七段显示器被发明，并使用白炽灯泡进行照明。它们被用于发电厂，但并未获得太多声誉。
后来，在 1970 年代，随着 LED 的出现，七段显示器的使用大幅增加。
七段显示器通常有 10 个引脚的封装。七段显示器的引脚图如上图所示。七段显示器是一个包含 10 个引脚的电子电路。
在 10 个引脚中，8 个是 LED 引脚，这些引脚是自由的。中间的 2 个引脚是公共引脚，它们在内部短接。根据公共引脚是阴极还是阳极，七段显示器分别被称为共阴极或共阳极显示器。
这些显示器由不同的供应商提供。它们的形状类似于 IC 的矩形盒，但尺寸更大。
七段显示器的顶视图和底视图
从顶视图可以看到 8 个段（7 个显示段和一个用于小数点的段），它们排列成数字“8”的形状。
在这里，7 个 LED（称为段）被分配了从 A 到 G 的字母。对特定段或 LED 进行正向偏置将发射光能，从而照亮数字的一部分。还有一个被分配为 H 的段，用于显示小数点。
小数点或点用于表示数字中的小数点。例如，为了显示 2.5，点用于表示该数字中的小数点。
一般来说，在 LED 封装中，所有段的阴极或阳极被组合在一起形成一个公共引脚。因此，每个七段显示器有 7 个引脚用于显示数字，一个公共引脚，以及另一个引脚用于小数点/点。
七段显示器的底视图如下所示。段的底视图显示了段的 10 个引脚。这些引脚是七段显示器中 LED 的阴极或阳极引脚。通过这些引脚点亮七段显示器。
七段显示器的内部结构
显示器的内部结构非常复杂。内部，该设备将有 SMD LED。这可以分为两部分，即内部电路和显示部分。内部电路将有排列成矩形的 LED。这两部分被玻璃、陶瓷和塑料包围，以保护它们。
七段显示器的工作原理
七段显示器通过点亮所需的相应 LED 来工作。通过自由引脚控制显示。以顺序对这些引脚进行正向偏置将显示特定的数字或字母。根据七段显示器的类型，段引脚被施加逻辑高或逻辑低，公共引脚也是如此。
例如，为了显示数字“1”，需要点亮 b 和 c 段，而其余段需要关闭。为了显示两位数字，需要使用两个七段显示器。
根据公共引脚是阳极还是阴极，七段显示器分为以下两种类型：
- 共阳极（CA）
- 共阴极（CC）
1. 共阳极七段显示器
在共阳极类型中，8 个 LED 的所有阳极都连接到公共端子，而阴极是自由的。因此，为了点亮 LED，这些阴极需要连接到逻辑“0”，阳极连接到逻辑“1”。
下面的真值表提供了驱动共阳极七段显示器所需的信息。
为了在该段上显示零，需要在 a、b、c、d、e 和 f 段上启用逻辑高，在“g”段上启用逻辑低。因此，上述表格提供了用于显示 0-9 数字的七段显示器的数据。
2. 共阴极七段显示器
顾名思义，这种类型的七段显示器的公共引脚是阴极，其余 8 个引脚是自由的。在这里，公共引脚施加逻辑低，其余引脚施加逻辑高。
真值表：七段显示器的真值表如下所示。
上述真值表显示了要显示数字需要施加到七段显示器的数据。为了在七段显示器上显示数字“0”，需要在 a、b、c、d、e 和 f 段上施加逻辑高，在 g 段上施加逻辑低。
驱动七段显示器
七段显示器可以通过电阻、晶体管和集成电路来驱动。然而，由于集成电路易于操作，大多数情况下是由集成电路来驱动的。
驱动七段显示器的必要性
七段显示器通常由 LED 组成。当 LED 正向偏置时，它们会发光。LED 的亮度取决于正向电流。因此，需要为这些 LED 提供足够的正向电流，以使其以全亮度发光。这由驱动器提供，并应用于七段显示器。以下是驱动七段显示器的几种方法。
使用电阻驱动七段显示器
使用电阻驱动七段显示器是最常见的方法。在这种情况下，通常使用电阻作为驱动元件。一般来说，LED 需要 20 毫安的电流。超过该值的电流可能会损坏 LED。为了限制该电流，使用了电阻。这被称为限流电阻。电路如下图所示。
七段显示器的段引脚通过电阻和开关连接。8 个开关连接到 8 个限流电阻，并连接到显示的 a 到 g 段。让我们看看这个电路是如何驱动数字显示的。
为了点亮段“a”，闭合开关“a”。电流通过电阻，限流电阻上会发生一定的电压降。因此，足够的电流会传递到 LED。假设要显示数字 7，闭合 a、b、c 三个开关。但这里的缺点是，同时点亮所有 LED 会降低电流。
使用晶体管驱动七段显示器
驱动七段显示器的另一种方法是通过晶体管。在这种情况下，晶体管用于放大输入电流。晶体管的集电极连接到七段显示器的公共引脚，发射极连接到地，基极连接到 Vcc。连接到公共引脚的晶体管放大了七段显示器中的电流。
使用集成电路驱动七段显示器
驱动七段显示器的另一种方法是通过集成电路。这通常被称为七段驱动器或解码器。最常用的解码器是 4511。这是一种将 4 位二进制编码的十进制数转换为 8 位七段数据的 CMOS 芯片。连接到七段显示器的 CMOS 七段解码器如下图所示。
上图显示了使用 BCD 到七段解码器驱动七段显示器。在这里，我们需要将 BCD 数据作为输入，以显示 0 到 9 的数字。例如，为了显示数字 7，需要施加的输入是 0111。
解码器解码施加的 BCD 输入，并将适当的输出发送到段。解码器的输出通过电阻连接到七段显示器的输入。这些电阻用于限制电流。
七段显示器的应用
七段显示器的应用主要在数字计算器、电子仪表、数字时钟、里程表、数字时钟、闹钟收音机等领域。
如今，大多数七段显示器的应用都使用了 LCD，因为它们的功耗较低。