Displays de LED de 7 segmentos

displays de led de 7 segmentos

Displays de LED de 7 Segmentos

 

Displays de LED de 7 segmentos foram largamente utilizados como elementos de comunicação visual em painéis, instrumentos etc.  A vantagem de se utilizar esse tipo de componente é que  a disposição dos segmentos de LEDs, os tamanhos dos displays e a disposição e numeração dos pinos é na sua maioria padronizada, permitindo assim que se utilize displays de múltiplos fabricantes, sem prejuízos. São intercambiáveis.

 

 

O que são Displays de LED de 7 segmentos?

 

Na Figura 1 pode-se observar um exemplo típico de display de 7 segmentos e os detalhes de sua arquitetura interna. Com os sete segmentos de LED é possível representar números de 0 a 9 e algumas letras rudimentares.

 

Display de LED de 7 segmentos
Figura 1: Display de 7 segmentos com detalhes internos e simulação de operação

        

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 125px-Seven_segment_display-animated 

 

Note que os segmentos são identificados por letras de "a" a "g" e o ponto decimal como "dp". A organização interna dos displays de 7 segmentos pode ser na forma de catodo comum, ou anodo comum, conforme ilustrado na Figura 1. Essa arquitetura facilita o projeto dos circuitos de acionamento desses displays. Os detalhes desses circuitos serão mostrados mais adiante. Para formar um dígito é necessário acender os segmentos correspondentes. Veja as sequências listadas a seguir para a formação dos números e caracteres mais comuns:

  • 0 (Zero) - a, b, c, d, e, f
  • 1 (Um) - b, c
  • 2 (dois) - a, b, d, e, g
  • 3 (três) - a, b, c, d, g
  • 4 (quatro) - b, c, f, g
  • 5 (cinco) - a, c, d, f, g
  • 6 (seis) - a, c, d, e, f, g
  • 7 (sete) - a, b, c
  • 8 (oito) - a, b, c, d, e, f, g (todos)
  • 9 (nove) - a, b, c, f, g
  • A (maiúsculo) - a, b, c, e, f, g
  • B (minúsculo) - c, d, e, f, g
  • C (maiúsculo) - a, d, e, f
  • D (minúsculo) - b, c, d, e, g
  • E (maiúsculo) - a, d, e, f, g
  • F (maiúsculo) - a, e, f, g

 

Se você observar a simulação de operação de um display de 7 segmentos, como mostrado na Figura 1, poderá perceber que as letras formadas nesse tipo de display deixam muito a desejar. Para melhorar isso, foram criados os displays de 16 segmentos ou alfanuméricos, que já permitem representar de forma razoavelmente boa todas as letras do alfabeto. Os displays alfanuméricos serão apresentados resumidamente no final.

 

Os circuitos que serão apresentados mais adiante, foram desenvolvidos para displays de 7 segmentos, mas podem ser facilmente adaptados para os displays alfanuméricos.

 

 

Como acionar um display de LED de 7 segmentos

 

Os circuitos para o acionamento dos displays de 7 segmentos são simples. É necessário ter um elemento de habilitação para permitir o fluxo de energia através dos LEDs, resistores para limitar a corrente em cada LED e assegurar que o brilho seja o suficiente, e um seletor de segmentos, que determina quais os segmentos que deverão ser ligados. Na Figura 2 estão ilustrados esses elementos de forma simplificada. 

 

Aciona_DisplayFigura 2: Configuração típica para acionamento de um display de 7 segmentos de anodo comum

 

 

Dependendo da sua solução, do circuito lógico ou microcontrolador que você for utilizar, pode-se dispensar a utilização de Q1 e do seletor de segmentos. Porém, é boa prática de projeto não ligar o display direto no microcontrolador, para protegê-lo contra eventuais falhas do display. O seletor de segmentos pode ser implementado com um array de transistores, como por exemplo o uln2003 [1] ou uln2004 [2].

 

 Para exemplificar o cálculo de alguns parâmetros desse circuito, vamos supor que será utilizado o display da Kingbright de código SA36-11CGKWA [3].

 

Do datasheet do display, temos as seguintes informações:

  • Vf = 2,1V (típico) , para If = 20 mA;
  • Máxima corrente If = 30 mAcc;
  • Corrente de Pico = 150 mA, com duty cycle de 1/10 e largura de pulso de 100 ms.

 

Devemos tomar alguns cuidados na hora de dimensionar os elementos de acionamento do display:

  • O transistor Q1 deverá suportar no pior caso 8 x If;
  • R = (Vcc - Vf + VceQ1) / If, se desprezarmos a queda no seletor.

 

Se Vcc = 5 Vcc, If = 10 mA, e Vce = -0,2V temos:

         ====> IcQ1 = 8 x 10 mA = 80 mA;

         ====> R = (5 - 2,1 - 0,2)V/ 10 mA = 270 Ohms.

 

Na Figura 2 pode-se observar que o circuito de acionamento de um único display de 7 segmentos é bastante simples e fácil de se conectar o circuito a um microcontrolador. E se necessitarmos de mais displays para formar números com mais dígitos?

 

 

Como acionar um arranjo com vários displays de 7 segmentos?

 

Se quisermos mostrar, por exemplo, 4 dígitos num arranjo de displays de 7 segmentos e utilizarmos a solução mostrada na Figura 2, serão necessários pelo menos 32 bits para acionar os quatro dígitos e eventualmente mais 4 linhas de habilitação individual para cada display. Esse arranjo provavelmente inviabilizaria o seu projeto, especialmente se for utilizar microcontroladores de 8 bits. Então... Como resolver esse problema?

 

A saída para esse problema é utilizar uma configuração multiplexada de acionamento dos displays. Essa solução se aproveita do fato dos nossos olhos, por natureza, reterem a percepção do brilho do LED por algum tempo, de forma que não se percebe uma descontinuidade de brilho se a frequência do chaveamento for alta o suficiente para isso. É o mesmo efeito que nos permite assistir a filmes, onde os quadros do filme são "piscados" numa frequência de 24 vezes por segundo para criar a ilusão de movimento contínuo. Na Figura 3 é mostrado um arranjo desse tipo.

 Aciona_Display_multiplosFigura 3: Circuito para acionamento multiplexado dos displays

 

 

Com o arranjo mostrado na Figura 3, acrescentar mais um dígito implica em acrescentar apenas mais um bit para a seleção do display adicional. O barramento para acionamento dos segmentos é compartilhado.

 

Como calcular os elementos desse circuito? Bem... Neste arranjo devemos considerar mais dois parâmetros: Frequência de multiplexação e número de displays, o que nos dá uma razão entre o período em que o display está ligado e o período em que ele está desligado. No nosso exemplo, essa razão é de 1/4 ou 25% (duty cycle). A frequência de multiplexação deverá ser adotada com valor acima de 24 Hz, por exemplo 30 Hz, para  que os nossos olhos não percebam a cintilação. Outro ponto a considerar, é que a corrente média no display diminui conforme diminui o duty cycle, causando uma diminuição no brilho percebido do display. Assim, para aumentar o brilho, devemos recalcular os resistores de limitação de corrente. Uma boa aproximação, é utilizar o parâmetro de corrente de pico (150 mA, com duty cycle de 1/10) como valor limitante de máximo. Esse parâmetro nos indica como aceitável uma corrente média de 15 mA no período de multiplexação. Se o nosso duty cycle é de 1/4, e quisermos manter uma corrente média de 10 mA, a corrente durante o acionamento deverá assumir o valor de 40 mA e os resistores deverão assumir o seguinte valor:

 

R = (Vcc - Vf + VceQ1) / If, se desprezarmos a queda no seletor. Ou seja,

R = (5 - 2,1 - 0,2) /40 mA = 67,5 Ohms ou então 68 Ohms (valor comercial para resistores de 5%)

 

A percepção do brilho do display é bastante subjetiva. Nos cálculos acima, foi realizada a suposição de que o brilho e os demais parâmetros do display variam de forma linear, o que não é exatamente verdadeiro, mas pode ser aproximado dessa forma. No final das contas, sempre será necessário visualmente realizar pequenos ajustes nos valores calculados.

 

Há mais um detalhe importante que devemos considerar para que o circuito apresentado na Figura 3 funcione corretamente: a dinâmica de acionamento dos displays. Essa dinâmica está ilustrada na Figura 4.

 Diagrama de tempos

 

Figura 4: Diagrama de tempos referente à multiplexação dos displays

 

Para evitar um fenômeno conhecido como "vazamento" ou "transbordo" de dígito é necessário desligar o display antes de preparar o barramento de dados para o próximo dígito, e só depois atualizar o barramento e ligar o próximo dígito.

 

 

Displays alfanuméricos

 

Os displays de 16 segmentos ou alfanuméricos permitem representar os dígitos numéricos e, de forma razoavelmente boa, todas as letras do alfabeto. A organização interna típica de um display de 16 segmentos pode ser observada na Figura 5. O arranjo interno, tal como os displays de 7 segmentos, também pode ser de anodo comum ou catodo comum.

 .

  Display_16_Segmentos_a        Sixteen-segment_display_animated
 

 Figura 5: Organização interna de display de LED de 16 segmentos e simulação de operação

 

 

Como acionar um display alfanumérico?

 

Na comparação dos displays mostrados na Figura 1 e na Figura 5,  é possível constatar que a principal diferença do display de 7 segmentos e do alfanumérico é obviamente o número de segmentos de LEDs. Enquanto o primeiro tem 7 segmentos para formar os dígitos e mais um para ativar o ponto decimal, o segundo tem 16 segmentos mais o ponto decimal. Naturalmente o circuito de acionamento é mais complexo, especialmente quando se utilizam microcontroladores de 8 bits. Na Figura 5 pode-se observar essa complexidade.

 Aciona_Display_16 segmentos

Figura 5: Acionamento de um display alfanumérico

 

O acionamento de um display alfanumérico, por sua complexidade, requer que seja realizadas algumas atividades adicionais de preparação antes que ele seja acionado. Supondo que seja utilizado um barramento de 8 bits, é necessário que se transfira a primeira metade da seleção dos segmentos dos displays para o primeiro seletor / driver, que deve obrigatoriamente possuir algum tipo de memória, 8 flip-flops por exemplo. Em seguida, transfere-se  a segunda metade da seleção para o barrramento e depois liga-se o display. A seleção do ponto decimal é feita por um bit adicional.

 

 No caso da necessidade de se utilizar displays alfanuméricos em arranjos com vários dígitos / caracteres, também pode ser utilizada a solução de multiplexação mostrada na Figura 3, observadas as particularidades do acionamento para esse tipo de display.

  

Resumo sobre Displays de LED

 

Este artigo apresentou os display de LED de 7 segmentos e algumas formas mais comuns para utilizá-los. É importante conhecer e entender a multiplexação dos dígitos como solução prática e tradicional para prover o seu projeto de sinalização visual. Este artigo também serve de embasamento teórico para que se possa compreender melhor os arranjos e soluções desenvolvidas no próximo artigo técnico da série de Bibliotecas padronizadas em C para o MCS-51 sobre  Displays.

 

Referências

 

Datasheet do componente TI ULN2003

Datasheet do componente TI ULN2004 

Datasheet do componente KingBright SA36-11CGKWA

 

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Alexandre Pinto
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Alexandre Pinto

Perfeito

carlos humberto rodrigues araujo
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carlos humberto rodrigues araujo

Bom dia. Estou tendo um problema com um mini painel de led que uso para monitoramento de temperatura em um servidor, aonde os caracteres apresentam falhas, ou ficam piscando. E pesquisando no google, acabei achando a sua publicação, e como conhecimento nunca é demais, li sua publicação toda e me trouxe algumas possibilidades para o futuro. Mas minha duvida sobre meu problema, é possível resolver essa falha dos caracteres? Tendo em vista que em alguns momentos eles funcionam de forma correta, e em outra ficam piscando ou com falhas.
Agradeço e parabéns pela publicação.

Evan
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Evan

Ótima explicação professor!

Henrique Frank Werner Puhlmann
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Henrique Puhlmann

Fico feliz que tenha gostado.
Abraço!

jose
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jose

boa noite professor, eu pretendo fazer um display de 7 seguimentos, um painel para contar os dias do ano, pra eu colocar no painel da cipa no meu trabalho com um temporizador automatico. o professor desenvolve esse tipo de trabalho? ou me ajuda nas fontes pra eu tentar. obrigado professor

Pedro
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Pedro

Boa noite José. Se ainda tiver interesse posso desenvolver esse projeto . Pode entrar em contato pelo e-mail [email protected] e me passar mais detalhes do que precisa !
att.

Cassiano
Visitante
Cassiano

Jose;
não sei se é bem isso que você está procurando, mas tive que fazer um projeto parecido pra faculdade., Achei esse site , bem completo o material deles:
https://eugostodeinventar.wordpress.com/projetos/
abraço

Eder Angelo Soares
Visitante
Eder Angelo Soares

Professor, obrigado pelo brilhante post.
Meu engenheiro fez uma confusão na hora de fazer a listagem de compra de peças, e compramos display 7 segmentos de 3 digitos, todos anodos... porem descobrimos depois que é tudo catodo, gostaria de saber se tem como fazer algum tipo de conversão ?

O problema é que já esta tudo soldado na placa os displays.

Achei esse site aqui relacionado, porem sou fraco no ingles, pode me ajudar ? Ou acha mais fácil sacar um e colocar o outro ?

http://www.edaboard.com/thread85787.html

Henrique Frank Werner Puhlmann
Visitante

Cara Eder,

é possível utilizar os displays com catodo comum, porém há de se modificar todos os circuitos em torno dos displays. Na minha modesta opinião, acho mais fácil trocar os displays. De qualquer maneira, se você quiser espiar uma possível solução sem troca, veja o link a seguir.

https://goo.gl/BqgCqh

Ainda teria que se inverter os dados. Também não gosto de ligar o display direto no port, porém com algum cuidado pode-se fazer isso.

Abraço

Henrique Frank Werner Puhlmann
Visitante

Caro Eder,

é possível utilizar os displays com catodo comum,
porém há de se modificar todos os circuitos em torno dos displays. Na
minha modesta opinião, acho mais fácil trocar os displays. De qualquer
maneira, se você quiser espiar uma possível solução sem troca, veja o
link a seguir.

https://goo.gl/BqgCqh

Ainda
teria que se inverter os dados. Também não gosto de ligar o display
direto no port, porém com algum cuidado pode-se fazer isso.

Abraço

Souza
Visitante
Souza

Que bom que encontrei essa seção.
Já acompanho outros tão bons quanto no embarcados.
Vou ficar de olho em seus posts aqui.

Henrique Frank Werner Puhlmann
Visitante

Obrigado, Souza!
Fico feliz que tenha gostado. Abraço!

Rogerio Pessanha
Visitante
Rogerio Pessanha

Henrique, eu sou seu fã! voce arrasa!

Henrique Frank Werner Puhlmann
Visitante

Valeu, Rogério!

Obrigado pelo seu entusiasmo.

Rogerio Pessanha
Visitante
Rogerio Pessanha

Prezado Henrique, preciso muito de uma ajuda sua com um projeto aqui...não sou bom em formulas, por isso eu preciso de um circuito com op amp, em que eu varie de 0 a 9 volts num potenciometro de 1k ou 5k e que me entregue de 0 a 30 volts na saida! OBS: não é fonte simétrica!!! e, só uma pergunta: existem operacionais que trabalhem com mais de 30volts? tipo assim, uns 35v.?????? pois eu gostaria de usar esse circuito num controle de sintonia, e a corrente é baxíssima...o que me animou muito, VEJA ESSE DIAGRAMA ABAIXO! achei essa configuração… Leia mais »

Henrique Frank Werner Puhlmann
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Caro Rogerio,

o Haroldo já respondeu a maior parte da sua questão. O restante:

- No desenho, a tensão de controle é de 7,5 V e o Zener é de 8,2 V (BZX85C8V2 ou 1N4738);
- Quanto aos operacionais, tem sim, com tensões até acima de 100V vejo o link a seguir:
https://goo.gl/CuVy8L ( Observe que precisa ser "single supply") - Para encontrar fornecimento local pesquise na Farnell ou na Mouser
- Será necessário trocar ou recalcular o regulador chaveado de 30 para 35 V (ou mais).

Boa sorte!

Rogerio Pessanha
Visitante
Rogerio Pessanha

amigo Henrique, agradeço a sua atenção! agradeci também ao nosso amigo Haroldo que me deu uma dica importantissima e acabei de matar minha duvida com a complementação da sua explicação!!!!, muito sucesso a voces.e grande abraço!!!

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[…] Para controlar os displays foi usado o CI 74HC595, um registrador de deslocamento usado como conversor serial – paralelo para controlar os 7 segmentos de 4 displays com poucos pinos do Arduino. O CI 74HC595 envia o sinal para cada segmento dos displays, enquanto o Arduino controla que display irá acender. Esse método é conhecido como varredura e pode ser mais bem compreendido nesta matéria do Henrique Pulman [1]. […]

Fábio Correia
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Fábio Correia

Gente, adoro esses displays de 7 sementos, ate criei um no meu atocad, fico brinando com ele, fiz um relogio com ele !!!!! Desde pequeno me amarro nisso, eu tinha um relogio digital que no display algumas partes ficavam apagadas por um tempo, ou seja o numero 8 quando a parte debaixo queimava, parecia a letra A, era muito legal !!!!

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