Display de 7 segmentos

El display de 7 segmentos es un dispositivo que permite representar datos numéricos (en algunos casos también letras), está compuesto por un arreglo de leds ubicados de tal manera que al encender los segmentos correspondientes podemos formar la figura del número que queremos mostrar.

Como los diodos led, estos diplay cuentan con ánodo y cátodo por cada segmento, los cuales deben ser conectados a la alimentación para para poder encender, pero con el fin de disminuir al máximo la cantidad de pines al exterior, se construyen de dos tipos, los de ánodo común y los de cátodo común, como lo indica el nombre, en su interior todos los ánodos o cátodos de los leds están unidos de tal manera que solo basta conectar ese pin a la alimentación correspondiente (ánodo a positivo y cátodo a negativo), y los restantes se conectan o desconectan según se quiera encender o apagar.

En la siguiente imagen vemos la correspondencia de cada segmento a cada pin según el caso si es ánodo común o cátodo común.

Como se ve, cada segmento tiene asignada una letra, conectando cualquiera de los pines comunes y el pin correspondiente al segmento a la alimentación, este se iluminará.

Por ejemplo, si conectamos un display de cátodo común, su pin común será GND, este va a GND (valga la redundancia) y los demás deben ir a positivo, +3V, si queremos representar el número 2, basta con conectar a positivo los pines correspondientes a los segmentos a, b, g, e y d.

El mismo ejemplo aplica para uno de ánodo común, solo que para tal caso cambia la polaridad de los pines, el común es positivo y los segmentos GND.

En todas las gráficas anteriores se muestra un segmento adicional señalado como “p”, este se usa cuando tenemos varios de estos display unidos y queremos representar un valor con punto decimal. Aunque unir varios individuales no tiene sentido existiendo en el mercado display de siete segmentos de 2, 3, 4 y más dígitos.

En la gráfica se muestra uno de 4 dígitos, en este display todos los segmentos están unidos a un pin común, a, b, c, d, e, f, g y p. Se presentan tanto de ánodo común como de cátodo común, cada pin de ánodo o cátodo común está representado por los números 1, 2, 3 y 4, que corresponden a cada digito numerado de izquierda a derecha, este orden no aplica igualmente para los display de 2, 3 o más dígitos, lo recomendable es remitirse a la hoja de datos (datasheet) o también con el método que explicamos más adelante.

Por ahora ocupémonos de cómo mostrar un valor numérico en un display de siete segmentos de 4 dígitos, si tenemos tan pocos pines. Asumamos que queremos mostrar el valor 5678, como no tenemos forma de enviar los cuatro dígitos a la vez, tenemos que separarlos y enviar uno a uno, es decir, primero el 5, luego 6, seguido el 7 y por último el 8. Pero no podemos alimentar todos lo pines comunes al tiempo puesto que se mostraran los mismos valores en todos los dígitos.

En la imagen anterior mostramos como teniendo conectados a la alimentación los pines a, b y c, generamos el número 7, pero al tiempo tenemos también conectados todos los pines comunes 1, 2, 3 y 4. De ese modo los cuatro dígitos estarán mostrando el mismo número y no cumpliremos nuestro objetivo de presentar el 5678. Es por eso que para estos casos se aplica una técnica llamada Multiplexación, con ella encendemos el digito correspondiente al número que estamos enviando al display mientras mantenemos los demás dígitos apagados y se van alternando a una velocidad lo suficiente mente rápida para que el ojo humanos no detecte el cambio.

La secuencia de activación es similar a la siguiente:

Enviamos un digito a la vez mientras activamos su pin común, en las gráficas no se ha especificado si son de ánodo o cátodo común, puesto que funciona igual, para cualquiera de los dos, ya depende de cada uno conocer su polaridad.

Al final dejamos enlaces a ejemplos donde se usa la técnica de la multiplexación para que se pueda ver en acción el funcionamiento.

Cómo conocer la distribución de los pines de un display

No siempre se tiene a la mano la hoja de datos de un componente, en este caso de un display de 7 segmentos, así que el modo más sencillo de conocer su distribución de pines es tener a la mano un multímetro (o también llamado tester), ubicado en la posición para medir diodos o una batería de 3 o 9 voltios.

ATENCIÓN: si se va a usar una batería superior a 3 voltios, hay que tener la precaución de usar una resistencia que este entre los 330 ohmios a 1 kilo ohmio, desde su nodo positivo a el pin donde se vaya a conectar al display, de lo contrario, el alto voltaje puede destruir el display.

Para iniciar la prueba debemos fijar una de las puntas en un pin cualquiera y con la otra tocar una a una las demás hasta que alguno de los segmentos se encienda, si al final ningún segmento enciende, cambiamos la punta fija al siguiente pin y de nuevo probamos todos los demás uno a uno.

Cuando al fin tengamos un segmento encendido, probamos los demás, si estos encienden sabremos que la punta que tenemos fija corresponde a la conexión común, sea ánodo si es la punta positiva o cátodo si es la negativa, y los demás pines los marcamos como a, b, c, etc, según el segmento que se encienda como aparece en el diagrama mostrado más arriba. Ahora, si por el contrario, manteniendo la punta fija y probando los demás solo encendió un segmento debemos volver a ese segmento que ya encendió y ahora empezar a mover la punta que habíamos fijado en un principio.

De este modo, vamos a conocer si nuestro display es ánodo o cátodo común y donde están ubicados cada uno de sus pines correspondientes a cada segmento.

Alimentación de un display de 7 segmentos

Por lo general el voltaje de alimentación típico de un display es de 3 voltios, y la potencia que consumen es muy baja, es por esto que pueden ser alimentados desde compuertas lógicas o un microcontrolador, teniendo en cuenta que las compuertas lógicas y los microcontroladores comúnmente en sus salidas entregan hasta 5 voltios, se acostumbra conectar el pin común directamente a la alimentación, 5 voltios para ánodo común y GND para cátodo común, y los pines a, b, c, d, e, f, g y p se conectan con resistencias de 220 o 330 ohmios al controlador.

Para el caso de un display de más dígitos, se usan transistores para conectar o desconectar de la alimentación a los pines comunes, PNP para ánodo común y NPN para cátodo común, estos transistores se conectan de su base al controlador a través de una resistencia, comúnmente de 4.7 kilo ohmios (4700 ohmios).

En todos nuestros ejemplos hemos usado uno de 4 dígitos, pero el modelo aplica para display de 2, 3 o más dígitos, lo único que cambia es el número de conexiones.

Tablas de códigos para display 7 segmentos

Cuando vamos a controlar el display desde un microcontrolador, es bueno tener a la mano el código que debemos enviar para que en este se muestre el valor que queremos.

Las tablas siguientes están pensadas para conectar el segmento a al bit menos significativo y avanzar en los demás segmentos hasta llegar al punto, el cual lo ubicaremos en el bit más significativo, en total 8 bits que comúnmente tiene un puerto de un microcontrolador.

Códigos para display de ánodo común (enciende con 0):

Valor Binario Hexadecimal
0 11000000 C0
1 11111001 F9
2 10100100 A4
3 10110000 B0
4 10011001 99
5 10010010 92
6 10000010 82
7 11111000 F8
8 10000000 80
9 10010000 90
A 10001000 88
b 10000011 83
C 11000110 C6
d 10100001 A1
E 10000110 86
F 10001110 8E
0. 01000000 40
1. 01111001 79
2. 00100100 24
3. 00110000 30
4. 00011001 19
5. 00010010 12
6. 00000010 02
7. 01111000 78
8. 00000000 00
9. 00010000 10
A. 00001000 08
b. 00000011 03
C. 01000110 46
d. 00100001 21
E. 00000110 06
F. 00001110 0E

Códigos para display de cátodo común (enciende con 1):

Valor Binario Hexadecimal
0 00111111 3F
1 00000110 06
2 01011011 5B
3 01001111 4F
4 01100110 66
5 01101101 6D
6 01111101 7D
7 00000111 07
8 01111111 7F
9 01101111 6F
A 01110111 77
b 01111100 7C
C 00111001 39
d 01011110 5E
E 01111001 79
F 01110001 71
0. 10111111 BF
1. 10000110 86
2. 11011011 DB
3. 11001111 CF
4. 11100110 E6
5. 11101101 ED
6. 11111101 FD
7. 10000111 87
8. 11111111 FF
9. 11101111 EF
A. 11110111 F7
b. 11111100 FC
C. 10111001 B9
d. 11011110 DE
E. 11111001 F9
F. 11110001 F1

Estas tablas, como dijimos, sirven para enviar el código directamente desde el microcontrolador al display de 7 segmentos, de este modo necesitamos 8 pines del microcontrolador o 7 en caso de que no vayamos a usar el punto, eso sin contar los pines necesarios a la hora de controlar la multiplexación.

Existen circuitos integrados que nos permiten enviar al display el valor que necesitamos con solo conectar 4 pines. Estos circuitos integrados se encargan de convertir un valor entregado en binario de 4 bits al código correspondiente para encender los segmentos que formen ese valor.

Los circuitos integrados mencionados son el 7447 y 7448, para ánodo y cátodo común respectivamente. Con ellos nos podemos ahorrar de 3 a 4 pines de nuestro controlador, pero aumenta el costo de nuestro circuito, es por eso que dependiendo de nuestra necesidad debemos tener o no en cuenta su uso.

Al final dejamos el enlace a la explicación del funcionamiento de estos integrados.

En los siguientes enlaces encontraras ejemplos de cómo usar el Display de 7 segmentos: