Una pantalla de 7 segmentos es un componente electrónico simple hecho de siete barras LED que muestran números, algunas letras e incluso valores hexadecimales. Se utiliza en relojes, calculadoras, medidores y electrodomésticos porque es de bajo consumo, confiable y fácil de usar. Este artículo explica en detalle el pinout, las especificaciones, los métodos de conducción y los consejos de diseño.
Descripción general de la pantalla de 7 segmentos
Una pantalla de 7 segmentos es uno de los dispositivos de visualización electrónica más simples pero más utilizados para mostrar datos numéricos y caracteres limitados. Está formado por siete barras LED dispuestas en forma de ocho, que se pueden encender en varias combinaciones para formar dígitos del 0 al 9, así como algunos caracteres alfabéticos. Muchas versiones también incluyen un segmento de punto decimal (dp) adicional para mostrar números de punto flotante, lo que los hace adecuados para calculadoras, relojes, medidores y dispositivos electrónicos. Su simplicidad, bajo consumo de energía y fácil interfaz con microcontroladores los han mantenido relevantes incluso con el auge de las pantallas LCD y OLED. Gracias a su diseño robusto, también se encuentran en equipos industriales, instrumentos de prueba y sistemas integrados donde se requiere confiabilidad.
Configuración de pines de pantalla de 7 segmentos
| Nº de pin. | Nombre del Pin | Rol de pin |
|---|---|---|
| 1 | Pin E | Administra el segmento LED en el extremo inferior izquierdo. |
| 2 | Pin D | Responsable del segmento LED en la parte más baja. |
| 3 | Pin común | Se conecta a VCC o a tierra, según el tipo de pantalla. |
| 4 | Pin C | Controla el segmento LED en la posición inferior derecha. |
| 5 | Pin DP | Controla el segmento LED de punto decimal. |
| 6 | Pin B | Administra el segmento LED en la parte superior derecha. |
| 7 | Pin A | Guía el funcionamiento del segmento LED superior. |
| 8 | Pin común | Similar al Pin 3; se conecta a VCC o a tierra. |
| 9 | Pin F | Ejecuta el segmento LED en el extremo superior izquierdo. |
| 10 | Pin G | Controla la conmutación del segmento LED central. |
Cada dígito está formado por siete segmentos LED, etiquetados de la A a la G, y un punto decimal (DP) opcional. Al iluminar diferentes combinaciones de estos segmentos, se pueden mostrar números y algunas letras. Los pines en la parte inferior se conectan a cada segmento, el punto decimal y los terminales comunes (COM), que se pueden conectar a tierra o voltaje de suministro, dependiendo de si la pantalla es de cátodo común o ánodo común.
Diferentes usos de la pantalla de 7 segmentos
Relojes digitales
Las pantallas de 7 segmentos se utilizan en relojes digitales para mostrar horas, minutos y segundos en un formato numérico fácil de leer. Su clara visibilidad los hace adecuados tanto para dispositivos de cronometraje industriales como de consumo.
Calculadoras
Las calculadoras de bolsillo y de escritorio se basan en pantallas de 7 segmentos para presentar resultados numéricos. Su bajo consumo de energía garantiza una larga duración de la batería, incluso en dispositivos compactos.
Instrumentos de medición
Los multímetros, voltímetros, amperímetros y contadores de frecuencia a menudo usan pantallas de 7 segmentos para proporcionar lecturas numéricas precisas, lo que garantiza la claridad para ingenieros y técnicos.
Electrodomésticos
Los dispositivos como hornos microondas, lavadoras y acondicionadores de aire utilizan pantallas de 7 segmentos para indicar la hora, la temperatura y la configuración del programa.
Bombas de combustible
Los surtidores de combustible emplean pantallas de 7 segmentos para mostrar la cantidad y el costo del combustible, proporcionando a los clientes datos claros y en tiempo real.
Marcadores
Los marcadores deportivos utilizan grandes pantallas de 7 segmentos para mostrar puntajes, temporizadores y cuentas regresivas que son visibles desde la distancia.
Cátodo común vs. ánodo común en pantallas de 7 segmentos
Cátodo común (CC)
Todos los terminales catódicos (negativos) de los LED están unidos y conectados a tierra (GND). Un segmento se ilumina cuando se aplica un voltaje ALTO a su pin correspondiente.
Este tipo es fácil de usar con microcontroladores o circuitos integrados de controladores que suministran corriente directamente.
Ánodo común (CA)
Todos los terminales de ánodo (positivos) están unidos y conectados a VCC. Un segmento se enciende cuando se tira de su pasador BAJO (a tierra). Funciona mejor con controladores de sumidero de corriente.
Identificación del tipo
Utilice un multímetro en modo diodo. Para un ánodo común, conecte la sonda roja al pin común y la sonda negra a un pin de segmento, si el segmento se ilumina, es CA. Invierta las sondas para probar un cátodo común.
Especificaciones eléctricas de las pantallas de 7 segmentos
| Parámetro | Rango |
|---|---|
| Voltaje directo (Vf) | 1,8–2,4 V (Rojo/Amarillo: \~1,8–2,0 V, Verde/Azul: \~2,0–2,4 V) |
| Corriente directa (si) | 10–30 mA (20 mA por segmento es estándar) |
| Corriente máxima | Hasta 100 mA (solo funcionamiento pulsado/multiplexado) |
| Intensidad luminosa | 1–10 mcd (valores más altos = más brillantes) |
| Longitud de onda (color) | Rojo: 620–630 nm, Verde: 565 nm |
| Ángulo de visión | 50–120° |
Cálculo de resistencias para pantallas de 7 segmentos
Una pantalla de 7 segmentos requiere una resistencia limitadora de corriente para cada segmento LED para evitar un flujo de corriente excesivo y un brillo desigual. El valor de la resistencia se determina utilizando la Ley de Ohm, expresada como R = (Vcc – Vf) / Si, donde Vcc es el voltaje de alimentación, Vf es el voltaje directo del LED e If es la corriente directa deseada. Por ejemplo, con una alimentación de 5 V, una tensión directa de 2,0 V por segmento y una corriente objetivo de 10 mA, el cálculo se convierte en (5 – 2) ÷ 0,01 = 300 Ω. Dado que las resistencias vienen en valores estándar, es mejor seleccionar la siguiente opción más alta, como 330 Ω, para garantizar la seguridad. Cada segmento debe tener su propia resistencia, ya que compartir una a través del pin común provoca niveles de brillo desiguales. Para pantallas multiplexadas, también se debe considerar la operación por pulsos al ajustar los valores de la resistencia.
Manejo de pantallas de 7 segmentos con circuitos integrados decodificadores
Controlar una pantalla de 7 segmentos directamente desde un microcontrolador puede consumir rápidamente pines de E/S, ya que un dígito requiere hasta ocho pines (siete segmentos más punto decimal). Para ahorrar GPIO y simplificar el cableado, se utilizan circuitos integrados decodificadores. Estos chips convierten una entrada decimal codificada en binario (BCD) de 4 bits en las siete salidas necesarias que impulsan los segmentos de la pantalla, reduciendo el requisito a solo cuatro líneas de datos.
El 74HC4511 está diseñado para pantallas de cátodo común (CC) y proporciona salidas activas-ALTAS. Incluye funciones útiles como la habilitación de pestillo, la prueba de lámpara y el control de supresión, que permiten un control y prueba de pantalla estables. Por otro lado, el SN7447/LS47 funciona con pantallas de ánodo (CA) comunes y emite señales activas-BAJAS. También es compatible con las funciones de prueba de lámpara y supresión de ondulación, lo que lo hace adecuado para controlar varios dígitos en pantallas en cascada.
Métodos de conducción para pantallas de 7 segmentos
Accionamiento directo
En este enfoque, cada segmento de LED se conecta directamente desde el pin de MCU a través de una resistencia. Si bien es simple, requiere hasta 8 pines por dígito. Esto es práctico para pantallas de un solo dígito, pero ineficiente para configuraciones de varios dígitos.
CI decodificadores
Un decodificador reduce el uso de pines al convertir una entrada binaria de 4 bits en las siete salidas necesarias para la pantalla. Este enfoque es excelente para pantallas pequeñas o de un solo dígito, reduciendo los pines de MCU requeridos a solo cuatro. Se vuelve menos eficiente cuando se manejan matrices más grandes de varios dígitos.
Registros de desplazamiento
Los registros de desplazamiento toman datos en serie de la MCU y los convierten en salidas paralelas. Se conectan en cascada fácilmente, lo que los hace perfectos para módulos de 7 segmentos de varios dígitos mientras usan muy pocos pines MCU. Este método es el más escalable y se utiliza en relojes digitales, contadores y pantallas multiplexadas.
Multiplexación de pantallas de 7 segmentos de varios dígitos
Cuando se utilizan pantallas de 7 segmentos de varios dígitos, la multiplexación es un método común para controlarlas sin usar demasiados pines. En este enfoque, solo se activa un dígito a la vez, pero el cambio ocurre tan rápido que parece que todos los dígitos están encendidos juntos. Esto hace que la pantalla sea más fácil de administrar sin dejar de mostrar los números correctos.
Para que la pantalla se vea estable, cada dígito debe actualizarse a una velocidad lo suficientemente alta, alrededor de 200 veces por segundo, para que el ojo no note ningún parpadeo. La cantidad de tiempo que cada dígito está activo se denomina ciclo de trabajo, que depende de cuántos dígitos se controlen. Un ciclo de trabajo más pequeño significa que los dígitos no son tan brillantes, por lo que es posible que sea necesario ajustar la corriente dentro de límites seguros para mantener la visibilidad.
Un problema que puede ocurrir en la multiplexación es el efecto fantasma, donde los segmentos no deseados aparecen débilmente iluminados. Esto se puede evitar apagando todos los dígitos antes de actualizar las señales del segmento y utilizando controladores que pueden cambiar de estado rápidamente para un funcionamiento más limpio.
Conducción de pantallas de 7 segmentos con transistores y controladores MOSFET
Matrices de transistores Darlington
Estos circuitos integrados se utilizan para la corriente de hundimiento en pantallas de cátodo común (CC). Cada canal puede controlar un segmento o dígito, lo que los hace adecuados para pantallas de tamaño mediano a grande.
Transistores PNP y MOSFET de canal P
Para las pantallas de ánodo común (CA), es necesaria la corriente de abastecimiento. Los transistores PNP o P-MOSFET proporcionan la corriente requerida a los ánodos al tiempo que permiten que la MCU controle la conmutación de manera eficiente.
CI de controlador LED dedicados
Los circuitos integrados especializados como el MAX7219 integrar la multiplexación, la regulación de corriente y el control de brillo en un solo chip. Estos controladores reducen en gran medida la complejidad del cableado y liberan recursos de MCU.
Caracteres que puede mostrar en pantallas de 7 segmentos
11,1 Dígitos (0-9)
El propósito principal de las pantallas de 7 segmentos es mostrar números decimales. Todos los dígitos del 0 al 9 se pueden mostrar de forma clara y precisa, por lo que se utilizan en calculadoras, relojes y medidores.
Caracteres hexadecimales (A-F)
Las pantallas de 7 segmentos también pueden representar valores hexadecimales. Los caracteres admitidos incluyen A, b, C, d, E y F. Esto los hace útiles en electrónica digital y sistemas integrados donde se necesita representación hexadecimal.
Letras alfabéticas limitadas
Algunas letras, como P, U, L y H, se pueden aproximar usando los siete segmentos. La legibilidad no siempre es la mejor, ya que muchas letras requieren más segmentos de los que proporciona la pantalla.
No apto para texto completo
Debido a su estructura limitada, las pantallas de 7 segmentos no son prácticas para mostrar palabras o letras complejas. Para aplicaciones con mucho texto, los diseñadores a menudo usan pantallas de matriz de puntos o módulos LCD/LED alfanuméricos en su lugar.
Puntas de PCB y cableado para pantallas de 7 segmentos
• Coloque resistencias limitadoras de corriente cerca de los pines LED para mantener un brillo estable y reducir las caídas de voltaje en las trazas.
• Utilice trazas de PCB anchas para líneas de ánodo o cátodo comunes, ya que transportan corrientes más altas para múltiples segmentos a la vez.
• Agregue un plano de tierra sólido para proporcionar rutas de retorno estables, minimizar el ruido y mejorar el rendimiento general del circuito.
• Mantenga las líneas de habilitación de dígitos cortas y bien enrutadas para evitar problemas de ruido y garantizar transiciones rápidas para una multiplexación fluida.
Conclusión
Las pantallas de 7 segmentos son prácticas, duraderas y ampliamente utilizadas para mostrar números en dispositivos como relojes, calculadoras, medidores y bombas de combustible. Pueden funcionar como un cátodo común o un ánodo común y ser impulsados por microcontroladores, circuitos integrados decodificadores o registros de desplazamiento. Aunque no son adecuados para texto completo, su eficiencia y confiabilidad los mantienen requeridos en muchas aplicaciones.
Preguntas frecuentes [FAQ]
¿Qué materiales se utilizan en las pantallas de 7 segmentos?
Están hechos de LED semiconductores (GaAsP para rojo / naranja, GaP para verde) alojados en resina epoxi para protección y modelado de luz.
¿Se pueden usar pantallas de 7 segmentos en exteriores?
Sí, pero solo son adecuadas las versiones de alto brillo o de segmento grande. Las pantallas estándar son demasiado tenues para la luz solar directa.
¿Cuánto dura una pantalla de 7 segmentos?
Una pantalla bien manejada dura de 50,000 a 100,000 horas. La sobrecorriente o el sobrecalentamiento reducen la vida útil.
¿Cuál es la mejor frecuencia de actualización para pantallas multiplexadas?
La mayoría funciona mejor entre 100 Hz y 1 kHz. Las frecuencias por debajo de 100 Hz causan parpadeo, mientras que las frecuencias por encima de 1 kHz desperdician recursos.
¿Existen pantallas multicolores de 7 segmentos?
Sí. Algunos modelos usan LED de dos colores o RGB, lo que permite múltiples opciones de color en una pantalla.
¿Qué consume más energía, las pantallas de 7 segmentos o las LCD?
Los LED de 7 segmentos consumen más energía que los LCD. Las pantallas LCD son las preferidas para dispositivos de baja potencia, mientras que los LED son más brillantes y resistentes.