Um display de 7 segmentos é um componente eletrônico simples feito de sete barras de LED que mostram números, algumas letras e até valores hexadecimais. É usado em relógios, calculadoras, medidores e eletrodomésticos porque é de baixo consumo de energia, confiável e fácil de usar. Este artigo explica a pinagem, as especificações, os métodos de direção e as dicas de design em detalhes.
Visão geral da exibição de 7 segmentos
Um display de 7 segmentos é um dos dispositivos de display eletrônico mais simples e mais usados para mostrar dados numéricos e caracteres limitados. É composto por sete barras de LED dispostas em forma de oito, que podem ser acesas em várias combinações para formar dígitos de 0 a 9, além de alguns caracteres alfabéticos. Muitas versões também incluem um segmento de ponto decimal (dp) adicional para exibir números de ponto flutuante, tornando-os adequados para calculadoras, relógios, medidores e eletrônicos. Sua simplicidade, baixo consumo de energia e fácil interface com microcontroladores os mantiveram relevantes mesmo com o surgimento de LCDs e OLEDs. Graças ao seu design robusto, eles também são encontrados em equipamentos industriais, instrumentos de teste e sistemas embarcados onde a confiabilidade é necessária.
Configuração da pinagem de exibição de 7 segmentos
| Pin No. | Nome do Pino | Papel do pino |
|---|---|---|
| 1 | Pin E | Gerencia o segmento de LED na extremidade inferior esquerda. |
| 2 | Pino D | Responsável pelo segmento de LED na parte mais baixa. |
| 3 | Pin Comum | Conecta-se ao VCC ou ao terra, dependendo do tipo de exibição. |
| 4 | Pino C | Controla o segmento de LED na posição inferior direita. |
| 5 | Pino DP | Controla o segmento de LED de ponto decimal. |
| 6 | Fixar B | Gerencia o segmento de LED no canto superior direito. |
| 7 | Pino A | Orienta a operação do segmento de LED superior. |
| 8 | Pin Comum | Semelhante ao pino 3; conecta-se ao VCC ou ao terra. |
| 9 | Pino F | Executa o segmento de LED na extremidade superior esquerda. |
| 10 | Pino G | Controla a comutação do segmento de LED do meio. |
Cada dígito é formado por sete segmentos de LED, rotulados de A a G, e um ponto decimal opcional (DP). Ao iluminar diferentes combinações desses segmentos, números e algumas letras podem ser exibidos. Os pinos na parte inferior se conectam a cada segmento, ao ponto decimal e aos terminais comuns (COM), que podem ser vinculados à tensão de aterramento ou de alimentação, dependendo se o display é de cátodo comum ou ânodo comum.
Diferentes usos da exibição de 7 segmentos
Relógios digitais
Os visores de 7 segmentos são usados em relógios digitais para mostrar horas, minutos e segundos em um formato numérico fácil de ler. Sua visibilidade clara os torna adequados para dispositivos de cronometragem industriais e de consumo.
Calculadoras
As calculadoras de bolso e de mesa contam com telas de 7 segmentos para apresentar resultados numéricos. Seu baixo consumo de energia garante uma longa vida útil da bateria, mesmo em dispositivos compactos.
Instrumentos de medição
Multímetros, voltímetros, amperímetros e contadores de frequência geralmente usam displays de 7 segmentos para fornecer leituras numéricas precisas, garantindo clareza para engenheiros e técnicos.
Eletrodomésticos
Dispositivos como fornos de micro-ondas, máquinas de lavar e condicionadores de ar usam displays de 7 segmentos para indicar tempo, temperatura e configurações do programa.
Bombas de combustível
As bombas de combustível empregam displays de 7 segmentos para mostrar a quantidade e o custo do combustível, fornecendo aos clientes dados claros e em tempo real.
Placares
Os placares esportivos usam grandes telas de 7 segmentos para mostrar pontuações, cronômetros e contagens regressivas visíveis à distância.
Cátodo comum vs. ânodo comum em monitores de 7 segmentos
Cátodo Comum (CC)
Todos os terminais catódicos (negativos) dos LEDs são amarrados e conectados ao terra (GND). Um segmento acende quando um ALTO voltage é aplicado ao seu pino correspondente.
Este tipo é fácil de usar com microcontroladores ou ICs de driver que fornecem corrente diretamente.
Ânodo Comum (CA)
Todos os terminais do ânodo (positivos) são amarrados e conectados ao VCC. Um segmento é ativado quando seu pino é puxado para BAIXO (para o solo). Funciona melhor com drivers de dissipação de corrente.
Identificando o tipo
Use um multímetro no modo de diodo. Para um ânodo comum, conecte a sonda vermelha ao pino comum e a sonda preta a um pino de segmento, se o segmento acender, é CA. Inverta as sondas para testar um cátodo comum.
Especificações elétricas de displays de 7 segmentos
| Parâmetro | Gama |
|---|---|
| Tensão direta (Vf) | 1,8–2,4 V (Vermelho/Amarelo: \~1,8–2,0 V, Verde/Azul: \~2,0–2,4 V) |
| Corrente direta (If) | 10–30 mA (20 mA por segmento é padrão) |
| Corrente de pico | Até 100 mA (apenas operação pulsada/multiplexada) |
| Intensidade luminosa | 1–10 mcd (valores mais altos = mais brilhantes) |
| Comprimento de onda (cor) | Vermelho: 620–630 nm, Verde: 565 nm |
| Ângulo de visão | 50–120° |
Cálculo do resistor para monitores de 7 segmentos
Um display de 7 segmentos requer um resistor limitador de corrente para cada segmento de LED para evitar fluxo excessivo de corrente e brilho irregular. O valor do resistor é determinado usando a Lei de Ohm, expresso como R = (Vcc – Vf) / Se, onde Vcc é a tensão de alimentação, Vf é a tensão direta do LED e Se é a corrente direta desejada. Por exemplo, com uma alimentação de 5 V, uma tensão direta de 2,0 V por segmento e uma corrente alvo de 10 mA, o cálculo torna-se (5 – 2) ÷ 0,01 = 300 Ω. Como os resistores vêm em valores padrão, é melhor selecionar a próxima opção mais alta, como 330 Ω, para garantir a segurança. Cada segmento deve ter seu próprio resistor, pois o compartilhamento de um através do pino comum causa níveis de brilho desiguais. Para monitores multiplexados, a operação pulsada também deve ser considerada ao ajustar os valores do resistor.
Condução de monitores de 7 segmentos com ICs decodificadores
Controlar um monitor de 7 segmentos diretamente de um microcontrolador pode consumir rapidamente pinos de E/S, pois um dígito requer até oito pinos (sete segmentos mais ponto decimal). Para economizar GPIOs e simplificar a fiação, são usados CIs decodificadores. Esses chips convertem uma entrada decimal codificada em binário (BCD) de 4 bits nas sete saídas necessárias que acionam os segmentos de exibição, reduzindo o requisito para apenas quatro linhas de dados.
O 74HC4511 foi projetado para monitores de cátodo comum (CC) e fornece saídas ativas ALTAS. Inclui recursos úteis, como habilitação de trava, teste de lâmpada e controle de apagamento, que permitem controle e teste de exibição estáveis. Por outro lado, o SN7447/LS47 funciona com displays de ânodo comum (CA) e emite sinais ativos-LOW. Ele também suporta funções de teste de lâmpada e supressão de ondulação, tornando-o adequado para conduzir vários dígitos em displays em cascata.
Métodos de condução para monitores de 7 segmentos
Acionamento direto
Nessa abordagem, cada segmento de LED se conecta diretamente do pino do MCU por meio de um resistor. Embora simples, requer até 8 pinos por dígito. Isso é prático para telas de um dígito, mas ineficiente para configurações de vários dígitos.
CIs decodificadores
Um decodificador reduz o uso de pinos convertendo uma entrada binária de 4 bits nas sete saídas necessárias para a exibição. Essa abordagem é excelente para telas de um dígito ou pequenas, reduzindo os pinos MCU necessários para apenas quatro. Torna-se menos eficiente ao conduzir matrizes maiores de vários dígitos.
Registros de turno
Os registradores de deslocamento pegam dados seriais do MCU e os convertem em saídas paralelas. Eles são facilmente colocados em cascata, tornando-os perfeitos para módulos de 7 segmentos de vários dígitos usando muito poucos pinos MCU. Este método é o mais escalável e usado em relógios digitais, contadores e monitores multiplexados.
Multiplexação de displays de 7 segmentos de vários dígitos
Ao usar exibições de 7 segmentos de vários dígitos, a multiplexação é um método comum para controlá-las sem usar muitos pinos. Nessa abordagem, apenas um dígito é ativado por vez, mas a troca acontece tão rapidamente que parece que todos os dígitos estão ligados. Isso torna a exibição mais fácil de gerenciar enquanto ainda mostra os números corretos.
Para que a tela pareça estável, cada dígito precisa ser atualizado a uma taxa alta o suficiente, cerca de 200 vezes por segundo, para que o olho não perceba nenhuma cintilação. A quantidade de tempo que cada dígito está ativo é chamada de ciclo de trabalho, que depende de quantos dígitos estão sendo controlados. Um ciclo de trabalho menor significa que os dígitos não são tão brilhantes, portanto, a corrente pode precisar ser ajustada dentro de limites seguros para manter a visibilidade.
Um problema que pode ocorrer na multiplexação é o fantasma, em que segmentos indesejados aparecem fracamente iluminados. Isso pode ser evitado desligando todos os dígitos antes de atualizar os sinais do segmento e usando drivers que podem mudar de estado rapidamente para uma operação mais limpa.
Condução de monitores de 7 segmentos com drivers de transistor e MOSFET
Matrizes de transistores Darlington
Esses ICs são usados para dissipar corrente em monitores de cátodo comum (CC). Cada canal pode conduzir um segmento ou dígito, tornando-os adequados para monitores de médio a grande porte.
Transistores PNP e MOSFETs de canal P
Para monitores de ânodo comum (CA), a corrente de origem é necessária. Os transistores PNP ou P-MOSFETs fornecem a corrente necessária para os ânodos, permitindo que o MCU controle a comutação com eficiência.
CIs de driver de LED dedicados
ICs especializados como o MAX7219 integram multiplexação, regulação de corrente e controle de brilho em um único chip. Esses drivers reduzem muito a complexidade da fiação e liberam recursos do MCU.
Caracteres que você pode mostrar em telas de 7 segmentos
Dígitos (0–9)
O objetivo principal dos displays de 7 segmentos é mostrar números decimais. Todos os dígitos de 0 a 9 podem ser exibidos de forma clara e precisa, e é por isso que são usados em calculadoras, relógios e medidores.
Caracteres hexadecimais (A–F)
Exibições de 7 segmentos também podem representar valores hexadecimais. Os caracteres suportados incluem A, b, C, d, E e F. Isso os torna úteis em eletrônicos digitais e sistemas embarcados, onde a representação hexadecimal é necessária.
Letras alfabéticas limitadas
Algumas letras, como P, U, L e H, podem ser aproximadas usando os sete segmentos. A legibilidade nem sempre é a melhor, pois muitas letras exigem mais segmentos do que a tela fornece.
Não é adequado para texto completo
Devido à sua estrutura limitada, os displays de 7 segmentos não são práticos para mostrar palavras ou letras complexas. Para aplicações com muito texto, os projetistas costumam usar telas matriciais ou módulos LCD/LED alfanuméricos.
Pontas de PCB e fiação para monitores de 7 segmentos
• Coloque resistores limitadores de corrente próximos aos pinos de LED para manter o brilho estável e reduzir as quedas de tensão entre os traços.
• Use traços largos de PCB para linhas comuns de ânodo ou cátodo, pois eles transportam correntes mais altas para vários segmentos ao mesmo tempo.
• Adicione um plano de aterramento sólido para fornecer caminhos de retorno estáveis, minimizar o ruído e melhorar o desempenho geral do circuito.
• Mantenha as linhas habilitadas para dígitos curtas e bem roteadas para evitar problemas de ruído e garantir transições rápidas para multiplexação suave.
Conclusão
Os monitores de 7 segmentos são práticos, duráveis e amplamente utilizados para mostrar números em dispositivos como relógios, calculadoras, medidores e bombas de combustível. Eles podem funcionar como um cátodo comum ou um ânodo comum e ser acionados por microcontroladores, CIs decodificadores ou registradores de deslocamento. Embora não sejam adequados para texto completo, sua eficiência e confiabilidade os mantêm necessários em muitas aplicações.
Perguntas frequentes [FAQ]
Quais materiais são usados em displays de 7 segmentos?
Eles são feitos de LEDs semicondutores (GaAsP para vermelho/laranja, GaP para verde) alojados em resina epóxi para proteção e modelagem de luz.
Os monitores de 7 segmentos podem ser usados ao ar livre?
Sim, mas apenas versões de alto brilho ou segmento grande são adequadas. As telas padrão são muito escuras para luz solar direta.
Quanto tempo dura uma tela de 7 segmentos?
Uma tela bem direcionada dura de 50.000 a 100.000 horas. A sobrecorrente ou superaquecimento reduz a vida útil.
Qual é a melhor taxa de atualização para monitores multiplexados?
A maioria funciona melhor entre 100 Hz e 1 kHz. Frequências abaixo de 100 Hz causam cintilação, enquanto frequências acima de 1 kHz desperdiçam recursos.
Existem monitores multicoloridos de 7 segmentos?
Sim. Alguns modelos usam LEDs de duas cores ou RGB, permitindo várias opções de cores em uma tela.
O que consome mais energia, monitores de 7 segmentos ou LCDs?
Os LEDs de 7 segmentos consomem mais energia do que os LCDs. Os LCDs são preferidos para dispositivos de baixo consumo de energia, enquanto os LEDs são mais brilhantes e robustos.