7세그먼트 디스플레이 디코더

디스플레이 디코더는 바이너리 디코더의 한 유형으로, 디스플레이를 구동하는 것이 주요 목적입니다. 따라서 입력 이진 데이터를 10진수 또는 16진수와 같은 정보를 표시하기 위해 디스플레이에 연결된 해당 수의 출력 라인으로 변환하는 조합 논리 회로입니다.

 

Binary 또는 Digital Decoder는 이진 데이터의 한 형태를 논리 함수에 의해 정의된 다른 형태로 변환하고 IC 패키지 형태로 상용화되어 있습니다. 가장 일반적으로 알려진 Digital Decoder는 BCD(Binary Coded Decimal)에서 7-Segment Display Decoder로 BCD 번호에서 10진수와 16진수를 표시하는 데 사용됩니다. 7-Segment 디스플레이는 이름에서 알 수 있듯이 7개의 세그먼트로 분할되고 각 세그먼트는 독립적으로 켜지거나 끌 수 있는 LED(Light Emitting Diode)로 구성됩니다. 점등된 세그먼트의 조합은 "0"에서 "9"까지의 10진수 또는 "A"에서 "F"까지의 16진수를 구성합니다. 예를 들어, 상용화된 TTL Package 74LS47은 BCD에서 7-Segment Decoder IC입니다.

 

 

7 세그먼트 디스플레이

공통 LED에는 두 개의 단자, 즉 양극 및 음극(anode & cathode)가 있으며 7세그먼트 디스플레이의 각 세그먼트(LED)에는 두 개의 단자가 있습니다. 와이어를 줄이기 위해 한 단자는 공통으로 유지되고 나머지 단자는 특정 세그먼트를 제어하는 데 사용됩니다. 이를 통해 총 8개의 입력 연결이 이루어지며 그 중 7개는 제어를 위한 것이고 1개는 전원의 양극 단자 또는 음극 단자에 연결된 공통 라인입니다. 대부분의 7세그먼트 디스플레이에는 Decimal Point(DP)를 표시하기 위한 추가 입력이 있습니다. 공통 단자에 따라 7세그먼트 디스플레이는 다음과 같은 범주로 분류될 수 있습니다:

 

공통 애노드 디스플레이

이 유형의 7세그먼트 디스플레이에서는 7개 세그먼트의 애노드가 모두 함께 연결되어 로직 "HIGH" 또는 양극 전원 단자에 연결됩니다. 그런 다음 각 세그먼트는 캐소드 단자를 로직 "LOW" 또는 접지에 연결하여 켜집니다.

 

공통 캐소드 디스플레이

이 유형의 7 세그먼트 디스플레이에서는 7개 세그먼트의 캐소드가 모두 함께 연결되어 로직 "LOW" 또는 접지 단자에 연결됩니다. 그런 다음 각 세그먼트는 애노드 단자를 로직 "LOW" 또는 접지에 연결하여 켜집니다.

그림 1: 공통 양극(애노드) 및 음극(캐소드) 7세그먼트 디스플레이

 

 

상기 구성은 공통 애노드 또는 캐소드 중 하나를 사용하여 7 세그먼트 디스플레이에 10진수 및 16진수 값을 표시할 수 있습니다.

 

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7 세그먼트 디스플레이의 형식

 

다음 그림에서 7세그먼트 디스플레이의 형식은 각 세그먼트의 배치를 보여줍니다. 세그먼트는 "a", "b", "c", "d", "e", "f" 및 "g"로 지정됩니다. 숫자 "1"을 표시하기 위해 세그먼트 "b" 및 "c"만 켜집니다. 마찬가지로, 숫자 "7"을 표시하기 위해, 세그먼트 "a", "b", & "c"가 그에 따라 조명될 것이다.

다른 숫자 및 알파벳 값을 표시하기 위해 동일한 패턴을 따르며 영숫자 값을 표시하는 데 필요한 조명 세그먼트의 조합을 보여주는 진리표를 생성할 수 있습니다.

그림 2: 7세그먼트 표시 형식

 

7세그먼트 진리표

그림 3: 7세그먼트 진리표

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그림 4: 7세그먼트 디스플레이를 사용한 숫자

 

 

위의 진리표에서 이진수를 8에서 0로 표시하거나 A에서 F까지의 알파벳을 표시하기 위해 총 9개의 입력 연결이 필요하다는 것이 두드러집니다. 각 세그먼트는 조명이 켜질 때 일반적으로 약 20mA의 전류를 소비하는 LED로 구성됩니다. 따라서 숫자 "1"을 표시하려면 두 세그먼트, 즉 "b"와 "c"의 조명이 필요하며 (2X20mA)의 총 암페어는 120mA입니다.

 

숫자 "8"을 표시하기 위한 모든 세그먼트의 조명 아래에서 (2X20mA) 140mA의 총 암페어가 필요합니다. 다수의 입/출력(IO)을 활용하고 저비용/저전력 마이크로 컨트롤러에서 과도한 전류를 공급하는 것은 불가능합니다. IO 수의 감소는 BCD를 통해 디스플레이를 7세그먼트 디코더로 구동하여 줄일 수 있으며 둘 이상의 디스플레이에 표시하는 것은 마이크로 컨트롤러의 다중화 기술에 의해 설정될 수 있습니다.

 

BCD(이진 코드 10진수)

Binary Coded Decimal 또는 BCD는 숫자 숫자를 나타내기 위한 4비트 이진 코드입니다. BCD는 "8421" 코드라고도 하며, 8, 4, 2, 1 또는 1이 각각 3, 2, 1 또는 0의 거듭제곱으로 증가한 2에 해당합니다. 4비트 또는 니블(반 바이트)은 0에서 9까지의 10진수 값 또는 0에서 F까지의 16진수 값을 코드화하는 데 사용됩니다.

 

그러나 BCD는 0에서 9까지의 10진수 값만을 나타내고, 나머지 A에서 F까지의 값은 사용되지 않으므로 이러한 A에서 F까지의 입력에 대해 잘못된 입력이 발생합니다.

이러한 BCD 숫자에 대한 이진 패턴은 다음 진리표에 나와 있습니다.

그림 5: BCD 진리표

 

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BCD-7세그먼트 디스플레이 디코더

디스플레이 디코더는 입력 및 출력 라인 수가 제한되어 있고 전력 처리 기능이 적기 때문에 마이크로 컨트롤러를 사용할 때 7세그먼트 디스플레이에 숫자를 표시하는 데 선호됩니다. TTL 7LS74 또는 47LS74과 같은 상업적으로 이용 가능한 BCD-48 세그먼트 디코더는 이러한 목적으로 사용되며 각 4 세그먼트를 구동하기 위해 7 개의 바이너리 입력 및 7 개의 출력 라인이 있습니다.

이러한 디코더는 7에서 0까지의 값을 표시하는 9세그먼트 디스플레이를 실행할 수 있으며, 이와 유사하게 다른 유사한 설정을 사용하여 00비트(99비트) 또는 바이트 바이트의 이진 데이터를 사용하여 8에서 8까지의 숫자를 표시할 수 있으며 압축된 BCD(<>비트)라고 합니다.

그림 6: BCD-7세그먼트 디코더의 제품 구성도

 

디스플레이 디코더의 예

BCD to 7-세그먼트 디코더의 동작들을 설명하기 위해 다수의 예들이 아래에 주어진다.

 

예  1

다음 예에서 숫자 1 (1)은 7 세그먼트에 표시됩니다. 하나 (1)에 해당하는 BCD 번호는 위 표에 나와 있는 "0001"입니다. BCD to 7 세그먼트 디코더는 이 BCD를 디코딩하여 7 세그먼트의 공통 캐소드 애노드 구성에 따라 B, & C 출력 라인에 논리 "HIGH" 또는 "LOW"를 설정하여 해당 세그먼트를 비춥니다.

그림 7: BCD 내지 7-세그먼트 예 1

 

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예 2

다음 예에서 숫자 3(3)은 7 세그먼트에 표시됩니다. 3(3)에 해당하는 BCD 번호는 위 표에 나와 있는 "0011"입니다. BCD to 7 세그먼트 디코더는 이 BCD를 디코딩하여 7 세그먼트의 공통 캐소드 애노드 구성에 따라 해당 출력 라인에 로직 "HIGH" 또는 "LOW"를 설정하여 해당 세그먼트를 비춥니다.

그림 8: BCD 내지 7-세그먼트 예 2

 

예 3

다음의 예에서는 숫자 8 (8)이 7 세그먼트에 표시됩니다. 8 (3)에 해당하는 BCD 번호는 위의 표와 같이 "1000"입니다. BCD to 7 세그먼트 디코더는 7 세그먼트의 공통 캐소드 애노드 구성에 따라 해당하는 출력 라인에 로직 "HIGH" 또는 "LOW"를 설정하여 해당 세그먼트를 조명하도록 이 BCD를 디코딩합니다.

그림 9: BCD 내지 7-세그먼트 예 3

 

 

디지털 디코더는 n비트 이진 코드를 다수의 출력 라인으로 변환하는 조합형 로직 회로입니다.디스플레이 디코더는 이진 또는 이진 코드화된 정보를 표시하기 위해 디스플레이를 구동하는 데 사용되는 디지털 디코더입니다.

 

7 세그먼트 디스플레이는 숫자 값을 표시하기 위해 조합되어 7개의 LED(Light Emitting Diode)로 구성되어 있으며 이 세그먼트들을 "a", "b", "c", "d", "e", "f", & "g"라고 합니다.

7 세그먼트 디스플레이는 각 세그먼트의 애노드 또는 캐소드가 각각 결합된 공통 캐소드 구성으로 제공됩니다.7 세그먼트 디스플레이에는 총 8개의 입력 라인이 있으며 7개의 LED 세그먼트에 대해 140mA의 전류가 필요합니다.

입력 라인의 수가 증가하고 전류가 증가하여 제한된 I/O 라인과 전력 처리 용량이 감소된 마이크로컨트롤러와 사용할 수 없습니다. BCD(Binary Coded Decimal)는 0에서 9까지의 숫자만을 표시하는 데 사용되는 4비트(니블) 코드입니다.

BCD 내지 7 세그먼트 디코더는 마이크로컨트롤러와 함께 7 세그먼트 디스플레이를 구동하는 데 사용됩니다.

상업적으로 사용되는 BCD 내지 7 세그먼트 디코더는 TTL 74LS47 또는 74LS48 IC 패키지입니다.