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Curso de Licenciatura em Engenharia Eléctrica 3º. Ano 6º. Semestre Cadeira de Electrónica Digital Mostradores de Sete Segmentos Discente: Cristóvão Salomão Sumbane Docente: Eng. Igídio D. Mutemba Songo, 01 de Agosto de 2018 Curso de Engenharia Eléctrica 3º. Ano 6º. Semestre Cadeira de Electrónica Digital Mostradores de Sete Segmentos Discente: Cristóvão Salomão Sumbane Docente: Eng. Igídio D. Mutemba Songo, 01 de Agosto de 2018 O presente trabalho foi elaborado por um estudante do Instituto Superior Politécnico de Songo, do curso de licenciatura em Engenharia Eléctrica, como uma forma de avaliação da cadeira de Electrónica Digital. Índice 1. Objectivos ............................................................................................................................. 4 2. Introdução ............................................................................................................................. 5 3. Mostradores (Displays) de Sete Segmentos .......................................................................... 6 3.1. Mostradores de LED (Light Emitting Diode) ............................................................... 6 3.1.1. Displays de 7 segmentos de ânodo comum e cátodo comum................................ 7 3.2. Aplicações dos displays de Sete Segmentos .............................................................. 10 3.3. Vantagens e desvantagens dos displays de sete segmentos......................................... 11 4. Conclusão ............................................................................................................................ 12 5. Bibliografia ......................................................................................................................... 13 1. Objectivos Objectivo geral: Falar dos displays de sete segmentos; Objectivos específicos: Definir o display de sete segmentos; Falar dos tipos de tecnologia dos displays sete segmentos existentes; Aboradar a construção do display de LED de sete segmentos; Descrever algumas aplicações deste dispositivo; Apontar suas vantagens e desvantagens; Mostradores De Sete Segmentos 5 2. Introdução Com o objectivo de exibir caracteres alfa-numéricos de forma eficiente, barata e, claro, com um certo perfil que atraia os olhos de quem os veja, a ciência preocupou-se em desenvolver dispositivos que atendam a essas exigências todas. Uma forma popular de exibir números é utilizando um mostrador (display) de sete segmentos, mas, hoje em dia é também utlizado em aplicações domésticas, em painéis de carros, instrumentos de medição, em letreiros para publicidades, sinalizadores e várias outras aplicações. O presente trabalho fala sobre o display de sete segmentos, uma solução que mostrou-se viável para fins de exibição de letras e números. Ao longo do seu desenvolvimento será apresentada a forma como o mostrador de sete segmentos é construído, os tipos de mostradores existentes, algumas aplicações e também as vantagens e desvantagens desta tecnologia. ISPSongo Engenharia Eléctrica Electrónica Digital Mostradores De Sete Segmentos 6 3. Mostradores (Displays) de Sete Segmentos Mostradores (displays) de sete segmentos são mostradores electrónicos utilizados como uma forma simples de exibir números e letras, sendo também uma alternativa aos mais complexos mostradores de matriz de pontos. O display é formado pelo arranjo de LEDs (diodos emissores de luz) em um invólucro apropriado, acessíveis individualmente, que formam os segmentos (cada LED é um segmento), que podem ser controlados (acesos ou apagados) de modo a formar o caractere desejado. Existem várias tecnologias de displays de sete segmentos, sendo abaixo listadas as principais: Displays incandescentes: disponíveis em variados tamanhos e cores e são os que oferecem maior intensidade de brilho; Displays néon ou displays de plasma: disponíveis na cor laranja-avermelhada. Estes exigem uma tensão muito alta, o que dificulta a multiplexação; Displays fluorescentes: são “azulados” que exigem tensões um pouco reduzidas que as anteriores, facilitando a multiplexação. Displays LED (Light Emitting Diodie): esta tecnologia utiliza dispositivos de estado sólido. A vantagem destes dipslays assenta-se no facto de serem de um tamanho menor, fiabilidade de operação em ambientes hostis, e compatibilidade de tensão e corrente com as tecnologias de circuitos integrados disponíveis. Os LEDs geralmente são vermelhos, mas podem se apresentar também em amarelo e verde; Displays de cristal líquido: estão disponíveis em dois tipos, reflexivo, que necessita iluminação frontal, e transmissivo, que requer iluminação na parte traseira. Estes são os dispositivos que menos corrente consomem. No presente trabalho será mais destacado o display de LED de sete segmentos dada a sua maior popularidade e aplicação. 3.1. Mostradores de LED (Light Emitting Diode) O display de de LED de sete segmentos é formado por sete LEDs, posicionados de modo a permitirem representar os algarismos de 0 a 9 e alguns outros caracteres alfabéticos. ISPSongo Engenharia Eléctrica Electrónica Digital Mostradores De Sete Segmentos 7 Os segmentos são nomeados de a a g, em sentido horário, a partir do segmento superior do componente. Cada segmento corresponde a um LED que pode ser aceso individualmente Na figura 1 está representada uma unidade genérica do display de sete segmentos com a nomenclatura que identifica os segmentos. Figura 1: Perfil do display de 7 segmentos. Fonte: Adaptado de [1] Os displays de sete segmentos podem ser encontrados em várias opções de encapsulamento, contendo um, dois, três ou mais dígitos por componente, além de serem comercializados com LEDs de cores variadas, como verde, vermelho ou azul. Também existem versões de alto brilho, e com tamanhos físicos diferentes. A figura 2 mostra algumas das formas de encapsulamento disponíveis. Figura 2: Diferentes formas de encapsulamento dos displyas de LED de sete segmentos. Fonte: [4] 3.1.1. Displays de 7 segmentos de ânodo comum e cátodo comum Quando se lida com displays de LED de sete segmentos, existem dois tipos a considerar: ânodo comum e cátodo comum. Em um display de cátodo comum, os cátodos de todos os LEDs (segmentos) são conectados juntos à terra. Ele é accionado por nível lógico alto em cada segmento. A forma de ligação dos segmentos em cátodo comum juntamente com as conexões e pinagem ilustram-se na figura 3. Os números correspondem aos pinos que accionam cada ISPSongo Engenharia Eléctrica Electrónica Digital Mostradores De Sete Segmentos 8 um dos segmentos. Note-se que o comum (terra / GND) pode ser ligado tanto usando o pino 3 quanto o pino 8. Figura 3: Ligação de um display de LED de sete segmentos de cátodo comum. Fonte: [4] Na figura a seguir podem se ver as conexões e pinagem de um display de LED de sete segmentos de cátodo comum no seu perfil usual. Figura 4: Conexão e pinagem de um display de LED de cátodo comum. Fonte:[4] Enumeram-se os pinos do display a partir do primeiro pino do lado inferior esquerdo, que é o pino 1 do componente, e segue-se em sentido anti-horário, conforme a figura 5. Figura 5: Enumeração dos pinos de um display de sete segmentos de LEDs. Fonte:[4] ISPSongo Engenharia Eléctrica Electrónica Digital Mostradores De Sete Segmentos 9 Nos displays de ânodo comum, todos os ânodos são conectados a um pino comum, tipicamente o da fonte de alimentação (+Vcc), sendo accionados por nível lógico 0 em cada segmento. Pode-se ver a ligação em ânodo comum na figura 6. Figura 6: Ligação de um displayde Sete Segmentos de ânodo comum. Fonte:[4] Na figura 7 mostram-se as conexões e pinagem de um display de LED de ânodo comum no seu perfil usual. Figura 7: Conexão e pinagem de um display de LED de ânodo comum. Fonte: [4] Para o controlo deste dispositivo, vários circuitos integrados de descodificadores estão disponíveis. Os descodificadores/controladores de displays de sete segmentos recebem como entrada 4 bits (codificados em BCD ou código 8421) e produzem saídas apropriadas para seleção dos segmentos da matriz de sete segmentos, ou seja, o descodificador tem a função de interpretar um código (BCD) e gerar os sinais para ligar o dígito correspondente a este código no display de sete segmentos. ISPSongo Engenharia Eléctrica Electrónica Digital Mostradores De Sete Segmentos 10 A figura 8 ilustra alguns exemplos de números que podem ser reproduzidos no display de sete segmentos. Figura 8: Exemplo de accionamento do display de 7 segmentos. Fonte: [1] Na figura 9 está mostrado o circuito integrado 7447 – descodificador/driver BCD para sete segmentos, activo em nível baixo e o respectivo esquema de ligação em ânodo comum. É importante salientar que os LEDs que compõem o display suportam no máximo 2V/20mA, portanto não devem ser ligados directamente na saída das portas lógicas. É necessário uma resistência limitadora em série com os LEDs. Figura 9: Esquema de ligação em ânodo comum (à esquerda) e descodificador BDC 7447 (à direita). Fonte: [3] 3.2. Aplicações dos displays de Sete Segmentos Displays de sete segmentos são muito comuns e têm sido comuns por muito tempo. Eles podem ser encontrados em todos os lugares desde os sinais de indicação de preços em bombas de combustível, para a indicação do substituído e do substituto em um jogo de futebol, em um forno de micro-ondas ou mesmo no painel de controlo em indústrias. O display de sete segmentos exibe-se em muitos tamanhos. Os requisitos de potência de cada tamanho são diferentes devido aos LEDs maiores instalados em displays de 7 ISPSongo Engenharia Eléctrica Electrónica Digital Mostradores De Sete Segmentos 11 segmentos maiores. Pequenos monitores são usados para visualização em campo próximo. Visores maiores são usados para exibição de campo distante. Displays de LED de sete segmentos vêm em diferentes cores: vermelho, verde, azul, branco e amarelo. Cada cor é usada em diferentes aparelhos. O vermelho é uma cor nítida e é usado para visualização de distâncias maiores. Normalmente os relógios digitais com displays de sete segmentos maiores são de cor vermelha. 3.3. Vantagens e desvantagens dos displays de sete segmentos Displays de LED de sete segmentos tornaram-se muito populares em produtos electrónicos de consumo, principalmente por causa de seu uso de baixa energia e facilidade de produção. Mas como toda tecnologia, displays de LED de sete segmentos também têm vantagens e desvantagens. Algumas passam a ser indicadas abaixo: Custo Díodos (LEDs) são extremamente baratos comparados a outras tecnologias de igual aplicação; Simplicidade Displays de sete segmentos são extremamente simples de construir e utilizar; Fiabilidade Desde que o circuito de sete segmentos é tão simples, há uma diminuição do risco de mau funcionamento do circuito devido a falha de componente. Displays de LED de sete segmentos são usados em uma ampla gama de ambientes desde muito quente até temperaturas bem abaixo do ponto de fusão da água; Eficiência Díodos dissipam muito pouca energia. LEDs emitem ligeiramente mais energia do que um díodo padrão a fim de produzir os fótons (luz) que é visível, mas a queda de tensão através de um LED típico é tão pequena que é insignificante, daí a origem da sua alta eficiência; Limitações Displays de sete segmentos mais limitam-se a exibir os 16 caracteres hexadecimais. ISPSongo Engenharia Eléctrica Electrónica Digital Mostradores De Sete Segmentos 12 4. Conclusão O display de sete segmentos é composto por LEDs dispostos em duas configurações. A primeira configuração tem todos os ânodos do LED conectados juntos e por causa desta configuração é conhecido como display de sete segmentos do ânodo comum. A outra configuração é oposta à primeira, onde todos os cátodos do LED estão conectados e esta configuração é conhecida como display de sete segmentos do cátodo comum. Nessas bases de configuração, sete segmentos são divididos em dois tipos de ânodo comum e cátodo comum. Dada a baixa corrente que os displays de LCD consomem, é previsível uma futura “substituição” dos displays de LED pelos displays de cristais líquidos. Dada a sua natureza construtiva, pode também ser considerado um dispositivo com capacidade de funcionar em qualquer ambiente, desde muito frio a muito quente, ou em ambientes de muita poeira, sem afectar de forma significativa o seu funcionamento. ISPSongo Engenharia Eléctrica Electrónica Digital Mostradores De Sete Segmentos 13 5. Bibliografia [1]. NEUMANN, Nicholas. Seven-Segment LED Displays. [2].https://www.researchgate.net/publication/277954032_Displays_de_LED_de_7_seg mentos. Acessado no dia 26/07/2018 [3]. CLUBE DE ElETRÔNICA. Diodo LED e display de Sete Segmentos (PDF) [4]. http://www.bosontreinamentos.com.br/eletronica/eletronica-digital/como-funciona- um-display-de-leds-de-7-segmentos/. Acessado no dia 27/07/2018 [5]. https://www.microcontroller-project.com/common-anode-and-cathode-7-segment- display.html. Acessado no dia 27/07/2018. [6]. http://www.highpaidjob.net/vantagens-e-desvantagens-de-7-segmentos-led- display_XnLGAxBg/. Acessado no dia 28/07//2018 https://www.researchgate.net/publication/277954032_Displays_de_LED_de_7_segmentos https://www.researchgate.net/publication/277954032_Displays_de_LED_de_7_segmentos http://www.bosontreinamentos.com.br/eletronica/eletronica-digital/como-funciona-um-display-de-leds-de-7-segmentos/ http://www.bosontreinamentos.com.br/eletronica/eletronica-digital/como-funciona-um-display-de-leds-de-7-segmentos/ https://www.microcontroller-project.com/common-anode-and-cathode-7-segment-display.html https://www.microcontroller-project.com/common-anode-and-cathode-7-segment-display.html http://www.highpaidjob.net/vantagens-e-desvantagens-de-7-segmentos-led-display_XnLGAxBg/ http://www.highpaidjob.net/vantagens-e-desvantagens-de-7-segmentos-led-display_XnLGAxBg/