Siebensegmentanzeige

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Dieser Artikel behandelt die Verwendung und Ansteuerungen von LED-Siebensegmentanzeigen.

verschiedene LED-Siebensegmentanzeigen

Siebensegmentanzeigen bestehen meist aus einer großen Anzahl von LEDs, die so in einem Gehäuse angeordnet sind, um mit einer entsprechenden Ansteuerung damit Zahlen oder auch einfache Buchstaben oder Symbole darstellen zu können.

Verschiendene Typen und wichtige Daten

Es sind viele verschiedene LED-Anzeigen erhältlich, man sollte sich jedoch an gewissen technischen Daten orientieren.

• gemeinsame Kathode/Anode : In Siebensegmentanzeigen sind nicht alle Anschlüsse der LEDs einzeln herausgeführt, sondern es werden üblicherweise alle Kathoden (Minuspole) oder alle Anoden (Pluspole) der LEDs zusammengeschaltet. Die Entscheidung für gemeinsame Anode/Kathode muss mit der geplanten Schaltung zur Ansteuerung aber abgestimmt sein. Die englische Bezeichnung lautet Common Cathode oder Common Anode.
• Daten der LEDs : wichtig ist hierbei die Vorwärtsspannung der LEDs (meist 2V) und der empfohlene Strom durch die LEDs (meist 20mA). Es existieren auch Anzeigen mit Low-Current-LEDs, die mit nur 2mA auskommen. Große Anzeigen mit Ziffernhöhen über 20mm haben häufig mehrere LEDs pro Segment eingebaut, die elektrisch in Reihe geschaltet sind. Dann ist eine höhere Spannung zur Ansteuerung notwendig. Die Farbe der Anzeige kann nach Belieben gewählt werden, inzwischen sind auch blaue Anzeigen erhältlich, leider sind diese noch deutlich teurer als rote, gelbe oder grüne LED-Anzeigen.
• Ziffernhöhe : üblich sind 10mm, 13mm und 20mm. Es sind aber auch größere Anzeigen erhältlich, bis etwa 10cm Ziffernhöhe!
• Bauform : Es sind "normale", also bedrahtete Anzeigen, als auch SMD-Anzeigen erhältlich. Die Pins bei den bedrahteten Anzeigen können unterschiedlich angeordnet sein, dafür lieber vorher im Datenblatt nachsehen.

Die Segmente werden im Datenblatt üblicherweise mit Kleinbuchstaben benannt (von a bis g), DP steht für den Dezimalpunkt.

Varianten der Ansteuerung mit Mikrocontroller

direkte Ansteuerung

Diese Variante eignet sich vor allem dann, wenn nur wenige Ziffern (1 oder 2) angesteuert werden sollen.

Der gemeinsame Anschluss (gemeinsame Kathode oder Anode) wird hierbei mit dem entsprechenden Anschluss der Versorgungsspannung verbunden. Eine gemeinsame Kathode wird mit GND verbunden, eine gemeinsame Anode mit z.B. +5V. Die einzelnen Leitungen der LEDs werden dann über Vorwiderstände mit beliebigen freien Mikrocontrollerports verbunden.

Im Schaltplan ist die Ansteuerung für eine Anzeige mit gemeinsamer Kathode gezeigt. Die Widerstände wurden für einen Storm von 20mA berechnet. Ein Segment wird zum Leuchten gebracht, indem die entsprechende Mikrocontrollerleitung als Ausgang und auf +5V geschaltet wird.

Soll eine Anzeige mit gemeinsamer Anode verwendet werden, so muss diese mit +5V verbunden werden. Ein Segment leuchtet dann auf, wenn die entsprechende Mikrocontrollerleitung als Ausgang und auf GND geschaltet wird.

Anmerkung: Der Dezimalpunkt muss nur dann verbunden werden, wenn er auch später benötigt wird!

Vorteil der Variante:

• Sehr einfach umzusetzen, es sind nur die Siebensegmentanzeigen und Widerstände notwendig!
• Hat der Mikrocontroller die Leitungen zu den LEDs ein Mal gesetzt, so leuchten die ensprechenden Segmente ständig. (Vergleiche mit Multiplexing!)

Nachteil der Variante:

• nur für wenige Stellen vernünftig machbar, weil sonst zu viele Leitungen zu den LEDs benötigt werden
• Mikrocontroller verträgt nur einen bestimmten Gesamtstrom, der insgesamt über seine Ausgangsleitungen fließen darf. Könnte bei mehr als einer Stelle schon kritisch werden!

Multiplexing

Sollen viele Stellen angezeigt werden können, würde eine direkte Ansteuerung sehr viele Pins in Anspruch nehmen. Eine bessere Möglichkeit ist dann, so genanntes Multiplexing zu verwenden. Damit werden die Stellen einzeln schnell nacheinander angesteuert. Für das menschliche Auge sind dann aber trotzdem alle Stellen gleichzeitig erkennbar.

Vergleich mit LC-Displays

Siebensegmentanzeigen eignen sich vor allem dazu, Zahlen darzustellen. Sie haben den Vorteil, dass sie auch aus größerer Entfernung oder schlechten Lichtverhältnissen noch deutlich erkennbar sind. Außerdem bietet sich die Möglichkeit, mit wenigen ICs auch ohne Mikrocontroller Zähler oder Uhren aufbauen zu können. Die Anzeige kann darüber hinaus rasch aktualisiert werden und sind wesentlich günstiger als LC-Textdisplays.

Vergleicht man Siebensegmentanzeigen mit handelsüblichen LC-Dotmatrix-Displays (für Text) ergeben sich allerdings deutliche Nachteile der Segmentanzeigen:

• wesentlich höherer Stromverbrauch der Siebensegmentanzeige (20mA pro Segment!, LC-Display: ca 60mA inkl. Beleuchtung)
• werden die Anzeigen mit einem Mikrocontroller über Multiplexing gesteuert, so ist dieser mit der Ansteuerung der Segmentanzeigen ständig beschäftigt
• erhöhter Bauteileaufwand (Vorwiderstände, Transistoren oder Segmenttreiber usw.)
• es können weniger Zeichen dargestellt werden als auf einem Display (sowohl Anzahl der Zeichen als auch Komplexität, z.B. Buchstaben, Umlaute, Symbole)

Autoren

• BMS