7세그먼트 디스플레이는 숫자, 몇 글자, 심지어 16진수 값까지 표시하는 7개의 LED 막대로 구성된 간단한 전자 부품입니다. 저전력, 신뢰성 및 사용하기 쉽기 때문에 시계, 계산기, 계량기 및 가전 제품에 사용됩니다. 이 기사에서는 핀아웃, 사양, 구동 방법 및 설계 팁에 대해 자세히 설명합니다.
씨1. 7-세그먼트 디스플레이 개요
씨2. 7 세그먼트 디스플레이 핀아웃 구성
씨3. 7세그먼트 디스플레이의 다양한 용도
7세그먼트 디스플레이 오버view
7세그먼트 디스플레이는 숫자 데이터와 제한된 문자를 표시하는 데 가장 간단하면서도 가장 많이 사용되는 전자 디스플레이 장치 중 하나입니다. 8자 모양으로 배열된 7개의 LED 막대로 구성되어 있으며, 다양한 조합으로 조명을 켜서 0부터 9까지의 숫자와 몇 개의 알파벳 문자를 형성할 수 있습니다. 또한 많은 버전에는 부동 소수점 숫자를 표시하기 위한 추가 소수점(dp) 세그먼트가 포함되어 있어 계산기, 시계, 미터 및 전자 제품에 적합합니다. 단순성, 낮은 전력 소비 및 마이크로컨트롤러와의 쉬운 인터페이스로 인해 LCD 및 OLED의 등장에도 관련성이 유지되었습니다. 견고한 설계 덕분에 신뢰성이 요구되는 산업 장비, 테스트 장비 및 임베디드 시스템에서도 볼 수 있습니다.
7 세그먼트 디스플레이 핀아웃 구성
| 핀 번호 | 핀 이름 | 핀 역할 |
|---|---|---|
| 1 | 핀 E | 왼쪽 하단의 LED 세그먼트를 관리합니다. |
| 2 | 핀 D | 가장 낮은 부분의 LED 세그먼트를 담당합니다. |
| 3 | 공통 핀 | 디스플레이 유형에 따라 VCC 또는 접지에 연결합니다. |
| 4 | 핀 C | 오른쪽 하단 위치의 LED 세그먼트를 제어합니다. |
| 5 | DP 핀 | 소수점 LED 세그먼트를 제어합니다. |
| 6 | 핀 B | 오른쪽 상단의 LED 세그먼트를 관리합니다. |
| 7 | 핀 A | 최상위 LED 세그먼트의 작동을 안내합니다. |
| 8 | 공통 핀 | 핀 3과 유사합니다. VCC 또는 접지에 연결합니다. |
| 9 | 핀 F | 왼쪽 상단 끝에서 LED 세그먼트를 실행합니다. |
| 10 | 핀 G | 중간 LED 세그먼트의 전환을 제어합니다. |
각 숫자는 A에서 G까지 표시된 7개의 LED 세그먼트와 선택적 소수점(DP)으로 구성됩니다. 이러한 세그먼트의 다양한 조합을 켜면 숫자와 일부 문자를 표시할 수 있습니다. 하단의 핀은 각 세그먼트, 소수점 및 공통 단자(COM)에 연결되며, 디스플레이가 공통 음극인지 공통 양극인지에 따라 접지 또는 공급 전압에 연결할 수 있습니다.
7세그먼트 디스플레이의 다양한 용도
디지털 시계
7세그먼트 디스플레이는 디지털 시계에 사용되어 읽기 쉬운 숫자 형식으로 시, 분, 초를 표시합니다. 명확한 가시성으로 인해 소비자 및 산업용 시간 측정 장치 모두에 적합합니다.
계산기
포켓 및 데스크탑 계산기는 7세그먼트 디스플레이를 사용하여 숫자 결과를 표시합니다. 낮은 전력 요구 사항은 소형 장치에서도 긴 배터리 수명을 보장합니다.
측정 장비
멀티미터, 전압계, 전류계 및 주파수 카운터는 종종 7세그먼트 디스플레이를 사용하여 정확한 수치 판독값을 제공하여 엔지니어와 기술자에게 명확성을 보장합니다.
가전 제품
전자레인지, 세탁기, 에어컨 등의 기기는 7세그먼트 디스플레이를 사용하여 시간, 온도, 프로그램 설정을 표시합니다.
연료 펌프
연료 디스펜서는 7세그먼트 디스플레이를 사용하여 연료량과 비용을 표시하여 고객에게 명확한 실시간 데이터를 제공합니다.
스코어보드
스포츠 스코어보드는 대형 7세그먼트 디스플레이를 사용하여 멀리서도 볼 수 있는 점수, 타이머 및 카운트다운을 표시합니다.
7세그먼트 디스플레이의 공통 음극 대 공통 양극
공통 음극(CC)
LED의 모든 음극(음극) 단자는 함께 연결되어 접지(GND)에 연결됩니다. HIGH 전압이 해당 핀에 인가되면 세그먼트가 켜집니다.
이 유형은 전류를 직접 공급하는 마이크로컨트롤러 또는 드라이버 IC와 함께 사용하기 쉽습니다.
공통 양극(CA)
모든 양극(양극) 단자는 함께 연결되어 VCC에 연결됩니다. 세그먼트는 핀이 LOW(접지로)로 당겨지면 켜집니다. 전류 침하 드라이버와 가장 잘 작동합니다.
유형 식별
다이오드 모드에서 멀티미터를 사용하십시오. 공통 양극의 경우 빨간색 프로브를 공통 핀에 연결하고 검은색 프로브를 세그먼트 핀에 연결하고, 세그먼트에 불이 들어오면 CA입니다. 프로브를 반대로 하여 공통 음극을 테스트합니다.
7세그먼트 디스플레이의 전기적 사양
| 매개변수 | 범위 |
|---|---|
| 순방향 전압(Vf) | 1.8–2.4 V (빨간색/노란색: \~1.8–2.0 V, 녹색/파란색: \~2.0–2.4 V) |
| 순방향 전류(If) | 10–30mA(세그먼트당 20mA가 표준임) |
| 피크 전류 | 최대 100 mA (펄스/다중화 작동만 해당) |
| 광도 | 1–10 mcd(더 높은 값 = 더 밝음) |
| 파장(컬러) | 빨간색: 620–630 nm, 녹색: 565 nm |
| 시야각 | 50–120° |
7세그먼트 디스플레이의 저항 계산
7세그먼트 디스플레이는 과도한 전류 흐름과 고르지 않은 밝기를 방지하기 위해 각 LED 세그먼트에 전류 제한 저항이 필요합니다. 저항 값은 옴의 법칙을 사용하여 결정되며, R = (Vcc – Vf) / If로 표현되며, 여기서 Vcc는 공급 전압, Vf는 LED의 순방향 전압, If는 원하는 순방향 전류입니다. 예를 들어, 5V 전원, 세그먼트당 2.0V의 순방향 전압, 10mA의 목표 전류에서 계산은 (5 – 2) ÷ 0.01 = 300 Ω가 됩니다. 저항은 표준 값으로 제공되므로 안전을 보장하기 위해 330 Ω와 같은 다음 상위 옵션을 선택하는 것이 가장 좋습니다. 각 세그먼트에는 공통 핀에서 저항을 공유하면 밝기 수준이 고르지 않게 되므로 자체 저항이 있어야 합니다. 다중화 디스플레이의 경우 저항 값을 조정할 때 펄스 작동도 고려해야 합니다.
디코더 IC로 7세그먼트 디스플레이 구동
마이크로컨트롤러에서 직접 7세그먼트 디스플레이를 제어하면 한 자리에 최대 8개의 핀(7세그먼트 플러스 소수점)이 필요하기 때문에 I/O 핀을 빠르게 소모할 수 있습니다. GPIO를 절약하고 배선을 단순화하기 위해 디코더 IC가 사용됩니다. 이 칩은 4비트 BCD(Binary-Coded Decimal) 입력을 디스플레이 세그먼트를 구동하는 데 필요한 7개의 출력으로 변환하여 요구 사항을 단 4개의 데이터 라인으로 줄입니다.
74HC4511은 공통 음극(CC) 디스플레이용으로 설계되었으며 액티브 하이 출력을 제공합니다. 여기에는 래치 활성화, 램프 테스트, 블랭킹 제어 (blanking control) 와 같은 유용한 기능이 포함되어 있어 안정적인 디스플레이 제어 및 테스트가 가능합니다. 반면, SN7447/LS47은 공통 양극(CA) 디스플레이와 함께 작동하며 액티브 LOW 신호를 출력합니다. 또한 램프 테스트 (lamp test) 및 파급 블랭킹 (ripple-blanking) 기능을 지원하므로 캐스케이드 디스플레이에서 여러 자리를 구동하는 데 적합합니다.
7세그먼트 디스플레이의 구동 방법
다이렉트 드라이브
이 접근 방식에서 각 LED 세그먼트는 저항을 통해 MCU 핀에서 직접 연결됩니다. 간단하지만 숫자당 최대 8개의 핀이 필요합니다. 이는 한 자리 디스플레이에는 실용적이지만 여러 자리 설정에는 비효율적입니다.
디코더 IC
디코더는 4비트 바이너리 입력을 디스플레이에 필요한 7개의 출력으로 변환하여 핀 사용량을 줄입니다. 이 접근 방식은 한 자릿수 또는 소형 디스플레이에 탁월하여 필요한 MCU 핀을 단 4개로 줄입니다. 더 큰 다자리 어레이를 구동할 때 효율성이 떨어집니다.
시프트 레지스터
시프트 레지스터는 MCU에서 직렬 데이터를 가져와 병렬 출력으로 변환합니다. 쉽게 캐스케이드되므로 MCU 핀을 거의 사용하지 않으면서 여러 자리 7세그먼트 모듈에 적합합니다. 이 방법은 가장 확장 가능하며 디지털 시계, 카운터 및 다중화 디스플레이에 사용됩니다.
다중화 다자리 7세그먼트 디스플레이
여러 자리 7세그먼트 디스플레이를 사용할 때 다중화는 너무 많은 핀을 사용하지 않고 제어하는 일반적인 방법입니다. 이 접근 방식에서는 한 번에 한 자리만 켜지지만 전환이 너무 빨리 발생하여 모든 숫자가 함께 켜져 있는 것처럼 보입니다. 이렇게 하면 올바른 숫자를 표시하면서 디스플레이를 더 쉽게 관리할 수 있습니다.
디스플레이가 안정적으로 보이려면 각 숫자를 초당 약 200회 정도의 충분히 빠른 속도로 새로 고쳐야 눈이 깜박임을 느끼지 못할 수 있습니다. 각 숫자가 활성화되는 시간을 듀티 사이클이라고 하며, 이는 제어되는 숫자 수에 따라 다릅니다. 듀티 사이클이 작을수록 숫자가 밝지 않으므로 가시성을 유지하기 위해 안전한 한계 내에서 전류를 조정해야 할 수도 있습니다.
다중화에서 발생할 수 있는 한 가지 문제는 원치 않는 세그먼트가 희미하게 나타나는 고스팅입니다. 세그먼트 신호를 업데이트하기 전에 모든 숫자를 끄고 더 깨끗한 작동을 위해 상태를 빠르게 변경할 수 있는 드라이버를 사용하여 이를 방지할 수 있습니다.
트랜지스터 및 MOSFET 드라이버로 7세그먼트 디스플레이 구동
달링턴 트랜지스터 어레이
이 IC는 공통 음극(CC) 디스플레이에서 전류를 싱킹하는 데 사용됩니다. 각 채널은 세그먼트 또는 숫자를 구동할 수 있으므로 중대형 디스플레이에 적합합니다.
PNP 트랜지스터 및 P채널 MOSFET
공통 양극(CA) 디스플레이의 경우 소싱 전류가 필요합니다. PNP 트랜지스터 또는 P-MOSFET은 양극에 필요한 전류를 공급하는 동시에 MCU가 스위칭을 효율적으로 제어할 수 있도록 합니다.
전용 LED 드라이버 IC
MAX7219와 같은 특수 IC는 다중화, 전류 조정 및 밝기 제어를 단일 칩에 통합합니다. 이러한 드라이버는 배선 복잡성을 크게 줄이고 MCU 리소스를 확보합니다.
7세그먼트 디스플레이에 표시할 수 있는 캐릭터
자리(0–9)
7세그먼트 디스플레이의 주요 목적은 십진수를 표시하는 것입니다. 0부터 9까지의 모든 숫자는 명확하고 정확하게 표시될 수 있으므로 계산기, 시계 및 미터에 사용됩니다.
16진수 문자(A–F)
7세그먼트 디스플레이는 16진수 값을 나타낼 수도 있습니다. 지원되는 문자에는 A, b, C, d, E 및 F가 포함됩니다. 따라서 16진수 표현이 필요한 디지털 전자 장치 및 임베디드 시스템에 유용합니다.
제한된 알파벳 문자
P, U, L, H와 같은 일부 문자는 7개의 세그먼트를 사용하여 근사화할 수 있습니다. 많은 문자에는 디스플레이가 제공하는 것보다 더 많은 세그먼트가 필요하기 때문에 가독성이 항상 가장 좋은 것은 아닙니다.
전체 텍스트에 적합하지 않음
제한된 구조로 인해 7세그먼트 디스플레이는 단어나 복잡한 문자를 표시하는 데 실용적이지 않습니다. 텍스트가 많은 애플리케이션의 경우 설계자는 도트 매트릭스 디스플레이 또는 영숫자 LCD/LED 모듈을 대신 사용하는 경우가 많습니다.
7세그먼트 디스플레이용 PCB 및 배선 팁
• 전류 제한 저항을 LED 핀 가까이에 배치하여 안정적인 밝기를 유지하고 트레이스 전체의 전압 강하를 줄입니다.
• 공통 양극 또는 음극 라인에는 한 번에 여러 세그먼트에 대해 더 높은 전류를 전달하므로 넓은 PCB 트레이스를 사용합니다.
• 견고한 접지면을 추가하여 안정적인 리턴 경로를 제공하고 노이즈를 최소화하며 전체 회로 성능을 향상시킵니다.
• 노이즈 문제를 방지하고 원활한 멀티플렉싱을 위해 빠른 전환을 보장하기 위해 숫자 활성화 라인을 짧고 잘 라우팅합니다.
결론
7세그먼트 디스플레이는 실용적이고 내구성이 뛰어나며 시계, 계산기, 미터, 연료 펌프와 같은 장치에 숫자를 표시하는 데 널리 사용됩니다. 공통 음극 또는 공통 양극으로 작동할 수 있으며 마이크로컨트롤러, 디코더 IC 또는 시프트 레지스터에 의해 구동될 수 있습니다. 전체 텍스트에는 적합하지 않지만 효율성과 신뢰성으로 인해 많은 응용 분야에서 요구됩니다.
자주 묻는 질문 [FAQ]
7세그먼트 디스플레이에는 어떤 재료가 사용됩니까?
보호 및 조명 성형을 위해 에폭시 수지에 내장된 반도체 LED(빨간색/주황색의 경우 GaAsP, 녹색의 경우 GaP)로 만들어집니다.
7세그먼트 디스플레이를 실외에서 사용할 수 있습니까?
예, 하지만 고휘도 또는 대형 세그먼트 버전만 적합합니다. 표준 디스플레이는 직사광선이 닿지 않는 데 너무 어둡습니다.
7세그먼트 디스플레이는 얼마나 오래 지속됩니까?
잘 구동되는 디스플레이는 50,000시간에서 100,000시간 동안 지속됩니다. 과전류 또는 과열은 수명을 단축시킵니다.
다중화 디스플레이에 가장 적합한 재생률은 얼마입니까?
대부분은 100Hz에서 1kHz 사이에서 가장 잘 작동합니다. 100Hz 미만의 주파수는 깜박임을 유발하고 1kHz 이상의 주파수는 자원을 낭비합니다.
다색 7세그먼트 디스플레이가 존재합니까?
예. 일부 모델은 2색 또는 RGB LED를 사용하여 하나의 디스플레이에서 여러 색상 옵션을 허용합니다.
7세그먼트 디스플레이와 LCD 중 어느 것이 더 많은 전력을 소비합니까?
7세그먼트 LED는 LCD보다 더 많은 전력을 소비합니다. LCD는 저전력 장치에 선호되는 반면 LED는 더 밝고 견고합니다.