Kiến thức về Led 7 đoạn

Cơ bản về LED 7 đoạn

– Trong các thiết bị, để báo trạng thái hoạt động của thiết bị đó cho người sử dụng với thông số chỉ là các dãy số đơn thuần, thường người ta sử dụng “led 7 đoạn”. Led 7 đoạn được sử dụng khi các dãy số không đòi hỏi quá phức tạp, chỉ cần hiện thị số là đủ, chẳng hạn led 7 đoạn được dùng để hiển thị nhiệt độ phòng, trong các đồng hồ treo tường bằng điện tử, hiển thị số lượng sản phẩm được kiểm tra sau một công đoạn nào đó…

1. Cấu tạo:

– Led 7 đoạn có cấu tạo bao gồm 7 led đơn có dạng thanh xếp theo hình dạng số 8 và có thêm một led đơn hình tròn nhỏ thể hiện dấu chấm tròn ở góc dưới, bên phải của led 7 đoạn 8 led đơn trên led 7 đoạn có Anode(cực +) hoặc Cathode(cực -) được nối chung với nhau vào một điểm, được đưa chân ra ngoài để kết nối với mạch điện. 8 cực còn lại trên mỗi led đơn được đưa thành 8 chân riêng, cũng được đưa ra ngoài để kết nối với mạch điện. Nếu led 7 đoạn có Anode(cực +) chung, đầu chung này được nối với +Vcc, các chân còn lại dùng để điều khiển trạng thái sáng tắt của các led đơn, led chỉ sáng khi tín hiệu đặt vào các chân này ở mức 0. Nếu led 7 đoạn có Cathode(cực -) chung, đầu chung này được nối xuống Ground (hay Mass), các chân còn lại dùng để điều khiển trạng thái sáng tắt của các led đơn, led chỉ sáng khi tín hiệu đặt vào các chân này ở mức 1

– Vì led 7 đoạn chứa bên trong nó các led đơn, do đó khi kết nối cần đảm bảo dòng qua mỗi led đơn trong khoảng 10mA-20mA để bảo vệ led. Nếu kết nối với nguồn 5V có thể hạn dòng bằng điện trở 330Ω trước các chân nhận tín hiệu điều khiển.
Sơ đồ vị trí các led được trình bày như hình dưới

– Các điện trở 330Ω là các điện trở bên ngoài được kết nối để giới hạn dòng điện qua led nếu led 7 đoạn được nối với nguồn 5V. Chân nhận tín hiệu a điều khiển led a sáng tắt, ngõ vào b để điều khiển led b. Tương tự với các chân và các led còn lại.

2. Kết nối với Vi điều khiển và điều khiển

– Ngõ nhận tín hiệu điều khiển của led 7 đoạn có 8 đường, vì vậy có thể dùng 1 Port nào đó của Vi điều khiển để điều khiển led 7 đoạn. Như vậy led 7 đoạn nhận một dữ liệu 8 bit từ Vi điều khiển để điều khiển hoạt động sáng tắt của từng led led đơn trong nó, dữ liệu được xuất ra điều khiển led 7 đoạn thường được gọi là “mã hiển thị led 7 đoạn”.

Có hai kiểu mã hiển thị led 7 đoạn: mã dành cho led 7 đoạn có Anode(cực +) chung và mã dành cho led 7 đoạn có Cathode(cực -) chung. Chẳng hạn, để hiện thị số 1 cần làm cho các led ở vị trí b và c sáng, nếu sử dụng led 7 đoạn có Anode chung thì phải đặt vào hai chân b và c điện áp là 0V(mức 0) các chân còn lại được đặt điện áp là 5V(mức 1), nếu sử dụng led 7 đoạn có Cathode chung thì điện áp(hay mức logic) hoàn toàn ngược lại, tức là phải đặt vào chân b và c điện áp là 5V(mức 1).

Nếu kết nối mỗi một Port của Vi điều khiển với 1 led 7 đoạn thì tối đa kết nối được 4 led 7 đoạn. Mặt khác nếu kết nối như trên sẽ hạn chế khả năng thực hiện các công việc khác của Vi điều khiển. Cho nên cần phải kết nối, điều khiển nhiều led 7 đoạn với số lượng chân điều khiển từ Vi điều khiển càng ít càng tốt.

Có hai giải pháp: một là sử dụng các IC chuyên dụng cho việc hiện thị led 7 đoạn, hai là kết nối nhiều led 7 đoạn vào cùng một đường xuất tín hiệu hiển thị. Nội phần này sẽ đề cập đến cách kết nối nhiều led 7 đoạn theo giải pháp thứ 2.
Mắt người có đặc điểm sinh lí là chỉ thu nhận 24 hình/giây để tổng hợp các hình ảnh về thế giới xung quanh. Nếu một tín hiệu ánh sáng có chu kì sáng tắt hơn 24 lần trong 1 giây, mắt người luôn cảm nhận đó là một nguồn sáng liên tục. Để minh họa cho điều này, bạn hãy lấy các chương trình đã thực hiện với led đơn và làm ngắn thời gian delay lại, đến một giá trị nào đó bạn sẽ thấy các led đều sáng liên tục.

Để kết nối nhiều led 7 đoạn vào vi điều khiển thực hiện như sau: nối tất cả các chân nhận tín hiệu của tất cả các led 7 đoạn (chân abcdefgh) cần sử dụng vào cùng 1 Port, trong ví dụ, 8 led 7 đoạn có các chân nhận tín hiệu cùng được được nối với P0. Dùng các ngõ ra còn lại của Vi điều khiển điều khiển on/off cho led 7 đoạn, mỗi ngõ ra điều khiển ON/OFF cho 1 led 7 đoạn,(ON: led 7 đoạn được cấp nguồn để hiển thị, OFF: led 7 đoạn bị ngắt nguồn nên không hiển thị được).

Ghép nối trực tiếp với vi điều khiển

Ghép nối qua IC giải mã BCD

Ghép nối qua IC dịch 74HC595

– Trong sơ đồ trên, led 7 đoạn được sử dụng là loại có Anode chung, với tất cả các chân nhận tín hiệu được kết nối với Port 0 đã qua điện trở hạn dòng. Để điều khiển ON/OFF cho các led 7 đoạn, sử dụng transitor loại PNP, transitor này nhận dòng điều khiển từ một ngõ ra của Vi điều khiển, led 7 đoạn sẽ được ON khi tín hiệu từ vi điều khiển đến transitor ở mức 0. Có thể sử transitor loại A564 hoặc 2N3905 hoặc một transitor PNP khác có thông số phù hợp. Các điện trở 4.7K và điện trở treo 4.7K đảm bảo transitor luôn hoạt động ở chế độ ngắt/dẫn(đảm bảo khi led 7 đoạn đang ở trạng thái OFF sẽ bị tắt hoàn toàn, không bị sáng mờ mờ).

 – Tại mỗi thời điểm, chỉ nên cho Vi điều khiển điều khiển cho 1 led 7 đoạn hoạt động, do đó tại mỗi thời điểm chỉ nên có 1 ngõ ra duy nhất nối với transitor ở mức 0. Tại mỗi thời điểm chỉ có một led 7 đoạn được ON nên sẽ không xảy ra tình trạng quá tải cho tải và quá tải cho vi điều khiển khi điều khiển nhiều led 7 đoạn.

– Trong sơ đồ kết nối trên, chẳng hạn cần hiển thị số 451, qui ước thứ tự các led 7 được đếm từ phải sang trái, như vậy cần làm cho led 7 đoạn thứ nhất hiển thị số 1, led 7 đoạn thứ hai hiện thị số 5, led 7 đoạn thứ 3 hiện thị số 4, các led còn lại không hiện thị. Đầu tiên OFF tất cả các led 7 đoạn. Kế tiếp xuất mã hiển thị led 7 đoạn để hiển thị số 1, ON led 7 đoạn thứ nhất, lúc này dòng điện chỉ đi qua led 7 đoạn thứ nhất, làm cho led 7 đoạn thứ nhất hiển thị số 1, thời gian ON trong khoảng vài chục µs(1µs=1/10-6s). Kế tiếp xuất mã hiển thị led 7 đoạn hiển thị số 5, OFF led 7 đoạn thứ nhất và đồng thời ON led 7 đoạn thứ 2, lúc này chỉ có led 7 đoạn thứ hai hiển thị và hiển thị số 5. Tiếp theo xuất mã hiển thị led 7 đoạn hiện thị số 4, OFF led 7 đoạn thứ hai và ON led 7 thứ ba, lúc này chỉ duy nhất led 7 đoạn thứ ba hiển thị số 4. Cứ thế lặp lại quá trình trên liên tục.

– Thời gian ON/OFF chỉ trong khoảng vài chục µs, và tại mỗi thời điểm chỉ có mỗi một led 7 đoạn hiện thị số của chính nó, vì vậy mắt người thấy 3 led 7 đoạn không sáng đứt quãng, mà sáng liên tục, mỗi led hiển thị 1 số riêng của nó. Thực hiện tương tự để mở rộng số lượng led 7 đoạn cần sử dụng.