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、アナログ的に使う場合について見てみましょう。

7セグメントLEDは輝度や大きさの違うものがたくさん販売されていますので、基本的には個々にデータシートの内容をみて使い方を考えなければならないのですが、ここでは、もっとも一般的なもの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、マイコンを使って表示させるような汎用的で頻繁な表示変更などは不向きなので、必ずしもこのような使い方をお勧めするものではありません。

この方法では、せいぜい固定的な表示が精一杯ですが、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は2種類の仕様に分かれています

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、上のように、製品によって接続方法に違いがあることに注意します。

ダイオードなので、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」のものを購入するといいでしょう。

各セグメントを点灯させる

一般的な点灯回路は次のようにします。

これはカソードコモンの7セグLEDを使った例ですが、このように、私はいつも、電流制限用の抵抗値については、電源5Vでは何も考えずにほとんど220Ωを使っています。 

これは、多くのLEDの仕様は「2V・20mA」程度で点灯させますので、(5-2)/0.02=150Ω ですし、高輝度タイプのものでも、特殊なものでなければ3.5V30mA以下ですので、計算では(5-3.5)/0.02=75Ω となりますが、電流をたくさん流してもそんなに明るくならないので、あえて小さな抵抗にしないほうがいいと考えて、150-330Ω程度であれば「よし」と考えています。

そして、もしも、次のように「抵抗を1つ」にするとどうでしょうか?

セグメント数でいえば、1が一番少ない2コで、8が最も多い7コですが、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るので、各セグメントLEDに抵抗をつけるのが普通です。

1つの抵抗にした場合の明るさの違いは以下のようになりました。

はっきりとはわかりませんが、少し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あるのがわかりますが、意外と「差が少ない」ようです。

このような回路でも実用的には問題なさそうだということを覚えておくといいかもしれません。

さて、通常の回路で4桁のディップスイッチを2つ使って7セグ+小数点を割り当てて、それ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。

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。

 

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。

しかしこのように、結構複雑ですので、1桁の数字であれば対応できそうですが、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]を使う。

ここでは「TC4511BP」というICを使いますが、「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が販売されており、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や接続できる7セグLEDの数の制限などの違いはあるものの、ここで紹介するようなアナログ用途でも使えます。

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ビットで10進数の0-9を表せるもので、普通の4つのDIPスイッチを使って入力することもできるのですが、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。

 

このロータリースイッチを使うと、10進数が直感できるので便利です。


回路例を紹介します

ブレッドボードに回路を組むと、次のような感じです。

ロータリースイッチの端子1・2・4・8はICのA・B・C・D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。

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)

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。

・・・以上です。

7セグLEDはどこかで使ってみたい部品の一つなのですが、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。 

しかし、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。

部品自体も安いものですので、時間があるときに何かをして遊んでみてください。


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