7セグメントLEDディスプレイとは何ですか？数字の背後にあるテクノロジーを理解する

7セグメントディスプレイ（SSD）は、数字といくつかの文字を表示するために使用される電子画面の一種です。1900年代初期に初めて登場し、シンプルでうまく機能しているため、人気が高まりました。LEDベースの7セグメントディスプレイは、明るくて見やすいため、広く使用されています。ハンドヘルドガジェットの小さなものから、さまざまな照明条件で遠くから見ることができる大きなパネルまで、さまざまなサイズがあります。この記事では、部品、どのように動作するか、LCDなどの他のディスプレイよりもその利点を含む7セグメントディスプレイの詳細と種類について説明します。また、共通のアノードとカソードの違いと、これらが異なる電子ニーズにどのように適しているかを説明します。この記事では、9、14、および16セグメントのディスプレイが文字認識を改善し、使用を拡大する方法をさらに調査します。

カタログ

図1：セグメントLEDディスプレイ

7セグメントLEDの構造

7セグメントLEDディスプレイは、「A」から「G」からラベル付けされた7つのセグメントと10進点（DP）の8つの部分で構成されています。各セグメントは、数字の部分を形成するように構成された小さなLEDであり、組み合わせて照らされたときにいくつかの文字があります。各セグメントとその機能の詳細な見方は次のとおりです。

セグメント「A」：

この水平セグメントは、ディスプレイの上部にあります。数字の上部と0、2、3、5、6、7、8、9、A、E、Fなどの文字を形成するために点灯します。

セグメント「B」：

右側にあるこの垂直セグメントは、多くの数字と文字の右側の部分を形成するのに適しています。0、1、2、3、4、7、8、9、A、B、D、およびEに表示されます。

セグメント 'C'：

右下にあるこの垂直セグメントは、セグメント「B」で動作し、文字の右側を完成させます。0、1、3、4、5、6、7、8、9、およびA、Dで使用されます。

セグメント「D」：

この水平セグメントは、ディスプレイの下部にあります。ほとんどの数字といくつかの文字のベースを形成し、0、2、3、5、6、8、9、a、d、e、およびgで照明します。

セグメント「E」：

左下にあるこの垂直セグメントは、文字の左下部分を形成するのに役立ちます。0、2、6、8、E、およびFで点灯します。

セグメント「F」：

左上に位置するこの垂直セグメントは、文字の左側を完成させるためのセグメント「E」と組み合わせます。0、4、5、6、8、9、E、およびFでアクティブです。

セグメント「G」：

この中央の水平セグメントは、ディスプレイを横断します。ストロークを追加して数字と文字を効果的に形成し、2、3、4、5、6、8、9、A、E、およびGに表示されます。

小数点（DP）：

セグメントと小数点の右下に配置され、小数値を表示するために使用されます。これにより、金額や測定などの正確な数値値を表示するディスプレイの機能が向上します。

各セグメントは、個別に制御または組み合わせて、数値データといくつかのアルファベットデータの幅広い配列を表すことができます。これにより、7セグメントディスプレイがシンプルなデジタル読み取りに最適になります。

図2：7セグメントLEDディスプレイパーツ

LEDディスプレイとLCDの比較

電力使用と効率

LEDディスプレイ： ダイオードから直接光を放出するため、より多くのパワーを使用します。明るい場所であっても、非常に目立ちます。

LCDS： 彼らは直接光を放出しないので、より少ない電力を使用します。バックライトまたは反射面が必要であるため、バッテリー駆動のデバイスによりエネルギー効率が高く、適切になります。

可視性と明るさ

LEDディスプレイ：非常に明るく明確で、屋外で明るいエリアに適しています。彼らは品質を失うことなく、異なる角度から明確なままです。

•LCD：モダンなものは、バックライトと色が改善されたため、視界と明るさで優れていますが、LEDと比較して視聴角度が限られており、明るさが低いことがよくあります。

料金

LEDディスプレイ：シンプルなデザイン、限られた数字とキャラクターを表示するのが簡単で安価です。

LCDS：フィルターや液晶セルなどの余分な層と部品を備えたより複雑です。これにより、より高価になりますが、詳細な画像やテキストを表示できます。

寿命

LEDディスプレイ：耐久性があり、長持ちし、困難な条件を処理できます。温度や湿度などの影響を受けません。

LCDS：耐久性がありますが、極端な温度で問題を抱えている可能性があり、時間の経過とともに画像保持または「バーンイン」に苦しむ可能性があります。

図3：LEDディスプレイとLCD

7セグメントディスプレイの種類

一般的なアノード

一般的なアノードのセットアップでは、すべてのLED（またはダイオード）のアノードは、通常正の電圧供給を共有ポイントに接続します。次に、各LEDまたはダイオードのカソードは、抵抗器を介して個別に制御回路または接地に接続されます。特定のLEDを照らすために、そのカソードに低電圧（地面近く）を適用します。カソードにより高い電圧（正の供給の近く）を適用すると、LEDがオフになります。

どのように機能しますか？

マイクロコントローラーを使用して一般的なアノードディスプレイを使用する場合、個々のセグメントがそれぞれのカソードを接地することで点灯します。マイクロコントローラーは、照らされるセグメントのカソードに低信号（0Vまたはグランド）を送信します。これにより、電流はセグメントを介して共通のアノードからグラウンドに流れ、照明を行うことができます。セグメントをオフにするために、マイクロコントローラーは高い信号（電源電圧に近い）を送信し、電流の流れを停止し、セグメントを暗くします。

一般的なアノード7セグメントディスプレイでは、LEDセグメントのすべてのアノード接続が単一の共通ピンに接続され、正の電圧供給（ロジック "1"）にリンクされます。その結果、すべてのアノードは高い可能性があります。特定のセグメントを照らすために、低電圧（ロジック "0"）がカソードに適用され、接地されます。これにより、アノードでの高電位とカソードでの低電位の間の回路が完了し、セグメントが点灯します。

利点

アノードは、高出力（ロジック1）がセグメントがオフになっていることを意味し、低い出力（ロジック0）がセグメントがオンになっていることを意味する正のロジック回路でうまく機能します。また、これは多くのデジタルデザイナーにとって簡単です。アノードが単一の正の供給ポイントに接続されていると、配線は簡単で、回路全体の複雑さが減少します。

短所

マイクロコントローラーまたはドライバー回路は、低電力アプリケーションまたは電流ソーシング機能が限られているために困難になる可能性のあるセグメントを照らすために電流を調達する必要があります。

図4：一般的なアノードと一般的なカソード

一般的なカソード

一般的なカソード構成は、すべてのLEDのカソードを共有ポイントに接続し、地面または負の電圧供給にリンクします。アノードは、個々の抵抗器を介して正の供給に接続されています。LEDを照らすために、そのアノードに高電圧（正の供給の近く）を適用します。アノード電圧を地上レベルに近づけると、LEDがオフになります。

どのように機能しますか？

マイクロコントローラーで一般的なカソードディスプレイを使用する場合、個々のセグメントは、それぞれのアノードに高い信号を適用することで点灯します。マイクロコントローラーは、照らされるセグメントのアノードに高い信号（供給電圧に近い）を送信します。これにより、電流はセグメントを介してアノードから共通のカソード（地面）に流れ、それを照らします。セグメントをオフにするために、マイクロコントローラーは低信号を送信し、電流の流れを止めてセグメントを暗く保ちます。

一般的なカソード7セグメントディスプレイでは、LEDセグメントのすべてのカソード接続は、グランドまたはゼロの電圧レベル（ロジック "0"）に接続された共通のピンに結び付けられています。この構成では、カソードは低い可能性があります。セグメントを照らすために、高電圧（ロジック "1"）がその陽極に適用され、カソードに比べて潜在能力が高まります。カソードに対するアノードでのこのより高いポテンシャルにより、セグメントが点灯することができます。

利点

一般的なカソードディスプレイは、高い出力（ロジック1）がセグメントがオンになることを意味する負のロジック回路でうまく機能し、低い出力（ロジック0）はセグメントがオフになっていることを意味します。さらに、マイクロコントローラーまたはドライバー回路は、電流を沈めてセグメントを照らす必要があり、多くの場合、多くのコントローラー、特に高電流の沈没能力で設計されたコントローラーにとってより効率的で管理しやすいものです。

短所

各セグメントのアノードは制御回路に個別に接続し、回路設計をより複雑にする必要があるため、一般的なカソードにはより多くの配線接続が必要です。

一般的なアノードと一般的なカソードディスプレイの違い

側面	一般的なアノードが表示されます	一般的なカソード表示
ドライビングロジック	カソードを引くことによってアクティブ化されたセグメント 地面に（ロジック "0"）。	アノードを駆動することでアクティブ化されたセグメント high（rogic "1"）。
ロジックファミリとの互換性	そのソースのロジックファミリでベスト 現在（高い論理レベル）。	沈むロジックファミリで最高のもの 現在（ロジックレベルが低い）。
回路の設計と複雑さ	インターフェースがより複雑になる可能性があります マイクロコントローラー。	マイクロコントローラーとのインターフェースが簡単です ロジック「1」の出力高電圧。
ドライバーの可用性と選択	一部のドライバーは共通のために最適化されています アノード構成。	一部のドライバーは共通のために最適化されています カソード構成。
消費電力	電圧管理は電力に影響を与える可能性があります さまざまな輝度レベルでの消費および多重化中。

7セグメントディスプレイはどのように機能しますか？

7セグメントは、LEDを点灯することにより作業を表示します。LEDは、アノードがカソードよりも高い電圧にあるときに点灯します。明るさは、LEDを過負荷にかけずに最適な可視性を確保するために、ドライバー回路によって規制されている電流に依存します。

セグメントを制御するには、信号を送信することにより、セグメントをオンまたはオフにすることが含まれます。信号は、マイクロコントローラーまたは4511 BCDからセグメントのデコーダー/ドライバーなどのドライバーICを介して手動またはデジタルで送信できます。これにより、バイナリコード化された小数（BCD）入力を対応する信号に変換してセグメントを制御できます。

図5：セグメントディスプレイ

真実のテーブル

真実の表は、各キャラクターにどのセグメントを照らすかを示しています。数字0〜9の例といくつかの文字（a、b、c、d、e、f）の例は次のとおりです。

キャラクター	a	b	c	d	e	f	g	DP
0	1	1	1	1	1	1	0	0
1	0	1	1	0	0	0	0	0
2	1	1	0	1	1	0	1	0
3	1	1	1	1	0	0	1	0
4	0	1	1	0	0	1	1	0
5	1	0	1	1	0	1	1	0
6	1	0	1	1	1	1	1	0
7	1	1	1	0	0	0	0	0
8	1	1	1	1	1	1	1	0
9	1	1	1	1	0	1	1	0
a	1	1	1	0	1	1	1	0
b	0	0	1	1	1	1	1	0
c	1	0	0	1	1	1	0	0
d	0	1	1	1	1	0	1	0
e	1	0	0	1	1	1	1	0
f	1	0	0	0	1	1	1	0

このテーブルを使用するには、セグメントディスプレイをプログラミングするにはどうすればよいですか？

セグメントの下の各列（小数点の場合はaからg、dp）は、そのセグメントがキャラクターを表示するために必要な状態を示しています。

•「1」とは、セグメントがオン（照らされている）を意味します。

•「0」とは、セグメントがオフになっていることを意味します。

値を保存します

•これらの値をバイトまたはブール値の配列に保存します。

•各ビットまたはブール値はセグメントを表します。

例 - 「5」の表示

•テーブルで「5」の行を見つけます。

•セグメントA、C、D、F、およびGを1に設定します。

•セグメントB、E、およびDPを0に設定します。

表示にデータを送信します

•マイクロコントローラーで直接GPIO PINコントロールを使用します。

•または、信号を解釈して正しい電圧をセグメントに出力するドライバーICを使用します。

正しい行を見て、示されているようにセグメントを設定すると、ディスプレイをプログラムして異なる文字を表示できます。

4511ドライバーは、7セグメントディスプレイでどのように動作しますか？

4511ドライバーは、7セグメントディスプレイに数値を表示するのに役立つチップです。ディスプレイ上の適切なセグメントを点灯するシグナルにバイナリコードされた小数（BCD）入力を変換します。このチップは、すべてのセグメントカソードが地面に接続されている一般的なカソードディスプレイでうまく機能します。

使用している場合、4511ドライバーは4ビットBCD入力を取得し、10〜9の小数点以下の数字を表します。各ビットは高（1）または低（0）になります。ドライバーはこの入力を読み取り、ディスプレイ上の正しいセグメントを照らします。たとえば、番号5を表示するには、BCD入力は0101です。ドライバーはセグメントA、C、D、F、およびGを照らします。ドライバーの内部では、ロジックゲートはBCD入力をデコードして各セグメントを制御します。出力は、必要な電圧レベルを提供して、一般的なカソードセットアップでセグメントを点灯します。このセットアップでは、高出力がセグメントを回転させます。

4511ドライバーをマイクロコントローラーに接続すると、7セグメントディスプレイがより機能的で自動化されたデジタルシステムで自動化されます。マイクロコントローラーは、デジタルI/Oピンを介して4511ドライバーにBCD値を送信し、対応する数値を表示できます。このセットアップは、複数の数値ディスプレイが同時制御を必要とするシステムに役立ちます。マイクロコントローラーは、センサーデータ、ユーザー入力、または内部計算に基づいて表示値を更新できます。

ドライバーをマイクロコントローラーと統合するには、マイクロコントローラーのBCD出力ピンを4511ドライバーのBCD入力ピンに接続します。他の接続は、アプリケーションに応じて、ディスプレイを有効または無効にする機能と小数点を制御できます。デジタル時計では、マイクロコントローラーは時間データをいくつかの4511ドライバーに送信して、時間、分、秒を表示できます。マイクロコントローラーは、スイッチ、キーパッド、ネットワークインターフェイスなどの他の制御デバイスと連携して、7セグメントディスプレイを使用する複雑なユーザーインターフェイスを作成できます。

図6：4511ドライバーは、7セグメントディスプレイで動作します

7セグメントディスプレイのアプリケーション

デジタル時計：視認性が高い時間を表示します。

図7：7セグメントディスプレイクロック

家電製品：マイクロ波とオーブンで使用されて、便利で効率的に調理時間と温度を表示します。

自動車産業：速度計および燃料ゲージには、迅速かつ明確な読み取り値のために車のダッシュボードで使用されます。

図8：7セグメントディスプレイスピードメーターと燃料ゲージ

公開情報の表示：エレベーターや公共交通機関のプラットフォームで一般的なもので、誰もが理解できる形式で数字または簡単なメッセージを表示します。

ゲームとエンターテイメント：ピンボールとスロットマシンは、それらを使用してスコアとゲーム情報を動的に表示します。

産業制御パネル：耐久性があり、電子回路に接続しやすいため、温度や圧力などの測定値を示すために困難な環境で好まれています。

モノのインターネット（IoT）におけるこれらのディスプレイの役割

7セグメントディスプレイは、モノのインターネット（IoT）の多くのスマートデバイスのインターフェイスの設計において重要です。

第一に、IoTアプリケーションで使用される、小型、バッテリー駆動、または省エネシステムに最適です。

次に、サーモスタットやセキュリティシステムなどのスマートホームデバイスで明確なステータス出力または温度設定を提供し、ユーザーインタラクションをシンプルで安価にします。

次に、IoTデバイスで使用されるセンサーやマイクロコントローラーと簡単に統合できます。

最後に、特にリモートや到達が困難な領域で、スマートメーターやその他の監視デバイスなどのアプリケーションに使用され、ユーザーに変更や問題を警告するための視覚的なフィードバックを即座に提供します。

利点と制限

シンプルさと使いやすさ

7セグメントディスプレイは、数字と数文字を直接表示するため、使いやすいです。複雑なプログラミングや追加のソフトウェアは必要ありませんし、基本的な数値ディスプレイが必要なシステムに最適です。

費用対効果

これらのディスプレイは、高度なディスプレイテクノロジーと比較して安価です。より少ないコンポーネントを使用し、より単純な制御メカニズムにより、デバイスの全体的なコストが削減されます。

高い視認性

この設計により、低光の状態でも読みやすさが保証されます。各セグメントは明るく明確な光を放出し、背景との高いコントラストを提供し、可視性を向上させます。

耐久性

頑丈な素材で作られた7セグメントディスプレイは、温度の変動と物理的ストレスを処理できます。

限られた機能

主な欠点は、機能が限られていることです。数字と数文字のみを表示でき、テキストや複雑なグラフィックを必要とするアプリケーションには適さないものになります。

制限された視聴角

これらのディスプレイには、視聴角が限られていることが多く、屋外や大型のアプリケーションなどのさまざまな視点から情報を表示する必要がある状況では不利です。

より高い消費電力

7セグメントディスプレイは、LCDSなどの他のタイプよりも多くの電力を使用します。各照明セグメントには、継続的な電力が必要であり、バッテリー操作または電力に敏感なアプリケーションに理想的ではありません。

限られたカスタマイズ

設計と機能は、それらを標準の数字と文字に制限する固定されています。この柔軟性の欠如は、より多くのカスタマイズを必要とするアプリケーションでは問題になる可能性があります。

セグメント化されたディスプレイの拡張品種

9つのセグメントディスプレイ

9セグメントディスプレイは、ディスプレイの上部と下部に配置された2つの対角線セグメントを追加することにより、標準の7セグメントモデルに基づいています。これらのディスプレイは、特に計算機、デジタル時計、初期の電子デバイスで、1970年代に人気を博しました。

図9：9セグメントディスプレイ

14のセグメントディスプレイ

すべてのセグメントが点灯しているときにイギリスの旗に似ているために「ユニオンジャック」ディスプレイと呼ばれることが多い14セグメントディスプレイは、4つの対角線セグメント、2つの垂直セグメント、および分割された中央の水平セグメントで7セグメント構造を拡張します。この複雑なデザインは、より広い範囲のシンボルと文字を可能にし、情報を伝えるディスプレイの能力を大幅に改善します。これらのディスプレイは、一般的に、ピンボールマシン、スロットマシン、VCR、マイクロ波オーブン、電卓などのエンターテイメントや家庭用デバイスで使用されます。

図10：14セグメントディスプレイ

16のセグメントディスプレイ

16セグメントのディスプレイは、上部と下部の水平セグメントを2つの追加セグメントに分割することにより、14セグメントバージョンよりもさらに一歩進んでいます。このレイアウトは、キャラクター表現の柔軟性をさらに高め、複雑なシンボルを表示し、英数字の視認性を高めることができます。16セグメントのディスプレイは、カーステレオ、電話発信者IDディスプレイ、および詳細な文字ディスプレイを必要とするその他のマルチメディアインターフェイスでよく使用されます。

図11：16のセグメントディスプレイ

このテーブルは、さまざまな種類のセグメント化されたディスプレイとその機能の概要を説明します。

表示タイプ	説明
9セグメントディスプレイ	より良いキャラクターの差別化 7セグメント。
14セグメントディスプレイ	より多くのキャラクターと消費者で使用されます エレクトロニクス。
16セグメントディスプレイ	最も詳細で区別されます 文字。

結論

7セグメントディスプレイとその高度なバージョンを調べることは、デジタルディスプレイでの重要性を示しています。新しいテクノロジーを使用しても、7セグメントディスプレイはシンプルで安価で信頼性が高いため、依然として価値があります。この記事では、基本的な構造、どのように機能するかをカバーし、それらをLCDと比較します。モノのインターネット（IoT）とさまざまな業界での使用に関する議論は、柔軟性と永続的な重要性を強調しています。7セグメントから16セグメントのディスプレイへの移行は、より良い機能と視覚コミュニケーションのための継続的な取り組みを示しています。最終的に、7セグメントディスプレイは、基本的なエンジニアリングソリューションが複雑なシステムをサポートし、古い方法とデジタルの世界で新しいアイデアのバランスをとることができることを証明しています。

よくある質問[FAQ]

1.なぜ7セグメントディスプレイと呼ばれるのですか？

7セグメントのディスプレイは、異なるパターンでオンまたはオフにできる7つの光セグメントを持っていることから、数字といくつかの文字を表示することから名前を取得します。これらのセグメントは、フィギュア8と同様のパターンに配置されています。

2. 7セグメントLEDディスプレイをどのように制御しますか？

点灯したいセグメントに電気信号を送信することにより、7セグメントLEDディスプレイを制御します。これは通常、マイクロコントローラーまたは各セグメントのコントロールピンに高電圧信号または低電圧信号を送信し、必要に応じてオンまたはオフにするデジタル回路で行われます。

3. 7セグメントがカソードまたはアノードであるかどうかを知る方法は？

7セグメントディスプレイが一般的なカソードまたは一般的なアノードであるかどうかを確認するには、配線またはデータシートを確認してください。一般的なカソードディスプレイでは、すべての負の側面（カソード）が一緒に接続され、正の電圧を適用することでセグメントを照らします。一般的なアノードディスプレイでは、すべての正の側面（アノード）が接続されており、接地または低電圧を適用してセグメントを照らします。

4. 7セグメントディスプレイの動作を確認する方法は？

7セグメントディスプレイが機能するかどうかを確認するには、各セグメントに電力を1つずつ適用し、それらが明るくなるかどうかを確認します。正しい抵抗器を持つ電源を使用し、各セグメントのピンに接続し、共通のピン（カソードまたはアノード）がそれぞれ接地または電力に接続されています。各セグメントが点灯すると、ディスプレイが機能しています。

5.マルチメーターで7セグメントディスプレイをどのようにテストしますか？

マルチメーターで7セグメントディスプレイをテストするには、ダイオードテストモードに設定します。一般的なピン（アノードまたはカソード）を対応するマルチメーターリード（アノードでは正、カソードは負）に接続します。他のリードを各セグメントピンにタッチします。作業セグメントでは、マルチメーターの電圧降下が表示されます（LEDで約1.7〜2.0ボルト）。電圧降下がない場合、セグメントに故障している可能性があります。

6. 7つのセグメントLEDにはいくつのピンがありますか？

基本的なシングル7セグメントディスプレイには10個のピンがあります。各セグメントで7、小数点用に1つ、共通の接続（カソードまたはアノードのいずれか）に2つのピンがあります。ピンの数は、デュアルディスプレイまたは追加機能によって異なります。