楽しく遊ぶための初心者にもわかる電子工作のヒント

7セグメントLEDをアナログ的に使ってみる

  

数字やアルファベットの一部を表示する7セグメントLEDはよく見かけます。 マイコンなどのデジタル的な使い方では非常にポピュラーですが、アナログ的な使い方をやってみましょう。 

7セグメントLEDは輝度や大きさの違ういろいろなものが販売されています。 ここでは、もっとも一般的な7セグLEDを取り上げてその様子や使い方をみてみましょう。

ただし、最初にお断りしておきますが、アナログ的な使い方では無理があります。 本来は、デジタル的に使うものなので、ここに書いた方法で使うものではないことを承知ください。

デジタル回路で使うものなので、アナログでは、せいぜい固定的な表示が精一杯です。 しかし、使い方のポイントを知っていると、例えば、ガソリンスタンドの金額表示のような大きな表示のように、数字を固定して使う場合などでは、マイコンなどを使うよりも使い勝手がいい場合もあるかもしれませんので、何かの参考にしていただくといいでしょう。

7セグLEDの例

7セグLEDは2種類あることに注意

このようにLEDの7つの棒(セグメント)とドット(小数点)を点灯させることで0-9の数字や、疑似的なアルファベットを表示するのですが、使い方を考える場合は、製品によって電圧のかけ方に違いがあることに注意します。

7セグLEDの結線

ドットをあわせて8つのダイオードでできています。

電流はアノードからカソードに流れることに注意して回路を組めばいいのですが、あとで紹介する「表示用のデコーダIC」などを使う場合には、関連するICは「カソードコモン」用のものが多いようなので、初めて購入する場合は「カソードコモン」のものを購入するのがいいでしょう。

各セグメントを点灯させる

一般的な各セグメントを発光させるには、次のようにします。

各セグメントごとに点灯する方法

これはカソードコモンの7セグLEDを使った例ですが、多くのLEDの仕様は「2V・20mA」程度で点灯させますので、電流制限抵抗は、(5-2)/0.02=150Ω ですが、ここでは220Ωを使っています。


高輝度タイプのものは、特殊なものでなければ 3.5V30mA以下の仕様のものが多いので、計算では (5-3.5)/0.02=75Ω にすればよいのですが、電流をたくさん流してもそんなに明るくならないので、厳密に考えないで、150-330Ω程度の抵抗を使えば良いと考えておきます。

このとき、もしも、次のように「抵抗を1つ」にするとどうでしょうか?

電流制限抵抗を1つにした場合の回路図例

セグメント数でいえば、1を表示させる場合は2セグメントで、8の場合が最も多い7セグメントを使っています。

このとき、抵抗が1つですので、点灯するセグメントが多くなれば電流が分散して、一部が暗くなったり数字によって明るさの差が出ます。

だから、上のような1つの抵抗器ではなく、各セグメントLEDごとに抵抗をつけるのが普通です。

しかし、1つの抵抗にした場合の明るさの違いはそんなには感じません。

抵抗1つで3つの7セグLEDを点灯した様子

少し写真の露光を絞り込むと下の写真のようになって、点灯しているセグメントの数で輝度の差が出ていますが、このように、抵抗1本の回路でも結構使えそうです。

点灯セグメント数での輝度の違い

さてここでは、3・8ピンがコモンですので、各セグメントに抵抗をつけて、4桁のディップスイッチを2つ使って7セグ+小数点を割り当てる回路をブレッドボードに配線してみました。


これはアノードコモンの7セグLEDを使っていますので、3・8のいずれかの端子を+5Vに接続すればいいことになります。

各ビットを点灯させるスイッチ構成

このように、1つの数字を表示させるだけでも、結構配線が多いのに驚きます。

数字の3を表示させる時の様子 数字の5を表示させる時の様子

表示したい数字のセグメント部分を同時にONにします。Dpは小数点です。

3・8はどちらか一方をコモンとして(この場合は+5Vに)つなぎ、例えば、左の「3と小数点」を表示したいのであれば、下の表にあるように、2・4・6・7・10ピンに対応するスイッチをONにすればいい…ということです。

数字とスイッチの対応表

しかしこのように、各セグメントを点灯させる方法は結構複雑ですし煩雑です。

これを、1桁の数字だけでこの程度ですが、桁数が増えると大変です。 そこで次に、スイッチの数を減らすことを考えてみましょう。

7セグデコーダIC「TC4511BP」を使ってみる

ここではデジタル用のICの「TC4511BP」というICを使います。

デジタルが入ってきてややこしい感じですが、「これを使うとこんなことが出来る」・・・ということを説明しているだけですので、読み流していただいてもいいでしょう。

このような目的で使うICは、「LEDドライバIC」「7セグメントドライバ」などのキーワードで探すと、同様の7セグLED用のICが検索されます。

点灯制御のための入力が4ビットであったり16ビットになっているなどのものや、接続できる7セグLEDの数の制限がある・・・などの違いはあっても、ここで紹介するように、アナログ用途的にも使えますので、検討されるといいでしょう。

TC4511BPのピン接続図

ここで紹介するTC4511BPは「BCDコード(二進化十進表現コード)」と呼ばれる、2進数4ビットの入力で10進数の0-9を表せるようになっているものです。

これを普通は、4つのDIPスイッチを使って入力してもいいのですが、ここでは「10ステップの正論理DIPロータリースイッチ」というのがあるので、それを使ってみることにします。

DIPロータリースイッチと4ビットスイッチ 正論理の対応表

このロータリースイッチを使うと、1回転で0-9までの10進数が直感できるので便利です。

回路例を紹介します

ブレッドボードに組む回路は次のような感じです。

10ステップスイッチを使った回路例

ロータリースイッチの端子1・2・4・8ピンはICのA・B・C・Dピンに対応しているので、図のように接続します。 

このICにはピン接続図にあるように余分な端子があり、デジタル的には便利なものですが、ここでは使わないので、データシートにある「真理値表」を参考にして、上のように電源端子に接続しています。

点灯させた様子

このICはDp(小数点)を扱わないので、上のように、それだけは5番ピンに電源を接続して点灯させてやる必要があります。(回路図の1点鎖線部分で、これは独立したスイッチを付けないといけないのですが、常時点灯にしました)

ロータリースイッチを回すと、0123456789と小数点が表示されます。

******* やったことは以上ですが

7セグLEDはどこかで使ってみたい部品の一つなのです。 しかし、アナログ的な使い方では、このように、意外に使いにくい感じがします。 

でも、このような考え方で点灯させていることを知っておくと、例えば、大きな表示板のブロックごとのLEDの点灯をコントロールするなどの場合のヒントになるかもしれません。

LEDもICなども、部品自体も安いものです。 ちなみに、秋月電子で購入したのですが、DIPロータリースイッチ(@50円)、7セグLED(@80円)、ドライバIC-TC4511BP(@80円)でしたので、ぜひ購入していろいろと遊んでみてください。


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(来歴)R2.12記事作成 最終R3.7見直し

電子工作記事の目次

最小限必要なことのおさらい(1-1)

最小限必要なことのおさらい(1-2)

電子工作に使う電源のいろいろ(1-3)

最小限 必要な準備をしましょう

LEDで遊んでみよう

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7セグLEDをアナログ的に使う

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応用のページのINDEX(目次)

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