Led 7 Đoạn Là Gì? Cấu Tạo Và Nguyên Lý Hoạt Động Để lại bình luận

Trong lĩnh vực điện tử, hiển thị thông tin một cách trực quan và hiệu quả luôn đóng vai trò quan trọng. Từ các thiết bị gia dụng hàng ngày đến các hệ thống công nghiệp phức tạp, nhu cầu hiển thị số liệu, thông số và trạng thái hoạt động là không thể thiếu. LED 7 đoạn, với ưu điểm về tính đơn giản, tiết kiệm năng lượng và chi phí hợp lý, vẫn là một lựa chọn phổ biến và đáng tin cậy. Bài viết này từ Chipstack.vn sẽ đào sâu vào tìm hiểu LED 7 đoạn gồm cấu tạo, nguyên lý hoạt động, các ứng dụng đa dạng và phương pháp điều khiển

Giới thiệu chung về LED 7 đoạn

LED 7 đoạn là một thiết bị hiển thị số và một số ký tự giới hạn, được sử dụng phổ biến nhờ tính đơn giản, hiệu quả và chi phí thấp. Tên gọi “7 đoạn” xuất phát từ cấu tạo gồm 7 đoạn LED riêng lẻ, sắp xếp thành hình chữ “8”, cho phép hiển thị các chữ số từ 0 đến 9 và một số ký tự như A, B, C, D, E, F, H, L, P, U. Việc bật tắt các đoạn LED theo tổ hợp cụ thể sẽ tạo ra hình dạng chữ số hoặc ký tự mong muốn.

Cấu tạo của Led 7 đoạn

Mỗi LED 7 đoạn bao gồm các thành phần chính sau:

7 đoạn LED (a đến g)

Đây là 7 đoạn LED nhỏ được sắp xếp theo hình chữ “8”, mỗi đoạn được gán một ký tự từ a đến g để dễ dàng phân biệt và điều khiển. Chất liệu bán dẫn bên trong mỗi đoạn LED phát sáng khi có dòng điện chạy qua.

Đoạn LED chấm thập phân (dp)

Đoạn LED nhỏ này nằm bên phải hoặc bên trái, thường dùng để hiển thị dấu thập phân hoặc các ký hiệu khác.

Chân kết nối

Mỗi đoạn LED, bao gồm cả dấu chấm, đều có một chân kết nối riêng. Các chân này được dùng để cấp nguồn và điều khiển dòng điện qua từng đoạn LED.

Các loại LED 7 đoạn hiện nay

1. LED 7 đoạn Anode chung (Dương chung):

Với loại LED 7 đoạn anode chung, tất cả tám anode (cực dương) của các đoạn LED, bao gồm cả đoạn dấu chấm, được nối chung với nhau và thường được kết nối với nguồn điện dương (VCC). Mỗi cathode (cực âm) của từng đoạn LED lại được kết nối riêng biệt.

Để bật sáng một đoạn LED cụ thể, ta cần đưa mức logic thấp (LOW), thường là nối với GND thông qua một điện trở giới hạn dòng, vào chân cathode tương ứng. Dòng điện sẽ chạy từ VCC, qua điểm nối anode chung, qua đoạn LED được kích hoạt (do cathode ở mức LOW), qua điện trở giới hạn dòng và xuống GND. Các điện trở giới hạn dòng là cần thiết để bảo vệ LED khỏi dòng điện quá mức, đảm bảo tuổi thọ và hoạt động ổn định.

2. LED 7 đoạn Cathode chung (Âm chung):

Ngược lại với anode chung, ở loại LED 7 đoạn cathode chung, tất cả tám cathode (cực âm) của các đoạn LED được nối chung với nhau và thường được kết nối với GND (mức điện áp thấp). Mỗi anode (cực dương) của từng đoạn LED được kết nối riêng biệt.

Để bật sáng một đoạn LED, ta cần đưa mức logic cao (HIGH), thường là kết nối với VCC thông qua một điện trở giới hạn dòng, vào chân anode tương ứng. Dòng điện sẽ chạy từ VCC, qua điện trở giới hạn dòng, qua đoạn LED được kích hoạt (do anode ở mức HIGH), và xuống GND thông qua điểm nối cathode chung. Tương tự như anode chung, điện trở giới hạn dòng cũng đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ LED khỏi dòng điện quá cao.

Nguyên lý hoạt động của led 7 đoạn

Mỗi đoạn Led trong LED 7 đoạn hoạt động dựa trên nguyên lý phát quang của diode bán dẫn. Khi áp điện áp thuận (phân cực thuận) vào hai cực của LED, tức cực dương (anode) được kết nối với điện áp dương và cực âm (cathode) được kết nối với điện áp âm, dòng điện sẽ chạy qua tiếp giáp P-N của diode. Dòng điện này kích thích sự tái hợp electron và lỗ trống trong vùng hoạt động của LED, giải phóng năng lượng dưới dạng ánh sáng.

Để hiển thị các chữ số từ 0 đến 9 hoặc một số ký tự đặc biệt, một mạch điều khiển sẽ kích hoạt các đoạn LED cụ thể theo các mẫu đã được định sẵn. Ví dụ, để hiển thị số “1”, chỉ hai đoạn LED bên phải (đoạn f và g) sẽ được bật sáng. Mạch điều khiển này có thể là một IC chuyên dụng hoặc được tích hợp trong vi điều khiển. Mạch này nhận tín hiệu số đại diện cho chữ số cần hiển thị và sau đó điều khiển dòng điện qua từng đoạn LED tương ứng.

Tóm lại, LED 7 đoạn hoạt động bằng cách điều khiển dòng điện chạy qua từng đoạn LED riêng lẻ, tạo ra các mẫu sáng tương ứng với các chữ số hoặc ký tự. Ưu điểm của công nghệ này nằm ở cấu tạo đơn giản, chi phí thấp, tiết kiệm năng lượng và dễ dàng điều khiển.

Xem thêm: Nguyên lý hoạt động của cầu chì

Bảng nguyên lý hoạt động của led 7 đoạn:

Bảng mã led 7 đoạn chung cực dương anode:

Bảng mã led 7 đoạn chung cực âm Cathode:

Ứng dụng đa dạng của LED 7 đoạn

Tính đơn giản, hiệu quả về chi phí và khả năng hiển thị rõ ràng đã giúp LED 7 đoạn trở thành lựa chọn phổ biến trong rất nhiều ứng dụng, trải dài từ các thiết bị điện tử gia dụng đến các hệ thống công nghiệp phức tạp. Cụ thể:

Đồng hồ điện tử

Từ đồng hồ đeo tay, đồng hồ để bàn, đồng hồ treo tường đến đồng hồ trong các thiết bị điện tử khác, LED 7 đoạn là lựa chọn hiển thị thời gian phổ biến nhờ tính dễ đọc và tiết kiệm năng lượng.

Máy tính bỏ túi và thiết bị điện tử

LED 7 đoạn là thành phần không thể thiếu trong các máy tính bỏ túi, giúp hiển thị các con số và kết quả tính toán. Ngoài ra, chúng còn được sử dụng trong các thiết bị điện tử khác như máy đo huyết áp, cân điện tử, máy đo đường huyết,… để hiển thị các thông số đo được.

Thiết bị đo lường công nghiệp

LED 7 đoạn được tích hợp vào các thiết bị đo lường như đồng hồ đo điện, đồng hồ đo áp suất, đồng hồ đo nhiệt độ, hiển thị các giá trị đo được một cách trực quan cho người vận hành.

Thiết bị gia dụng

Nhiều thiết bị gia dụng như lò vi sóng, máy giặt, tủ lạnh,… sử dụng LED 7 đoạn để hiển thị thời gian, nhiệt độ, chế độ hoạt động.

Thiết bị âm thanh

Một số thiết bị âm thanh cũng sử dụng LED 7 đoạn để hiển thị tần số, âm lượng, chế độ.

Xem thêm: Ứng dụng thực tế của biến trở

Ưu – nhược điểm khi sử dụng Led 7 đoạn

Ưu Điểm

• Thiết kế đơn giản, dễ sử dụng: Cấu trúc của LED 7 đoạn giúp việc điều khiển trở nên dễ dàng.
• Tiêu thụ năng lượng thấp: Đèn LED có hiệu suất cao, giúp tiết kiệm điện năng.
• Độ bền cao: LED có tuổi thọ dài và ít bị hỏng hóc.
• Chi phí thấp: Giá thành rẻ so với các loại màn hình hiển thị khác như LCD hay OLED.

Nhược Điểm

• Khả năng hiển thị hạn chế: Chỉ hiển thị được các số và một số ký tự đơn giản, không thể hiển thị hình ảnh hay văn bản phức tạp.
• Không có màu sắc đa dạng: Hầu hết LED 7 đoạn chỉ có một màu nhất định (đỏ, xanh lá, vàng), không thể thay đổi linh hoạt như màn hình LCD hoặc OLED.

Hướng dẫn lựa chọn LED 7 đoạn

Khi lựa chọn LED 7 đoạn, cần xem xét các yếu tố quan trọng sau:

• Kích thước: LED 7 đoạn có nhiều kích thước khác nhau, từ nhỏ gọn vài mm đến lớn hàng chục cm. Chọn kích thước phù hợp với yêu cầu hiển thị và không gian lắp đặt.
• Màu sắc: Đa dạng về màu sắc như đỏ, xanh lá, xanh dương, vàng, trắng, giúp đáp ứng nhu cầu thẩm mỹ và mục đích sử dụng.
• Độ sáng: Độ sáng của LED 7 đoạn ảnh hưởng đến khả năng hiển thị trong các môi trường ánh sáng khác nhau. Cần chọn độ sáng phù hợp với điều kiện ánh sáng xung quanh.
• Loại cathode chung hay anode chung: Lựa chọn loại phù hợp với mạch điều khiển và vi điều khiển sử dụng.
• Điện áp hoạt động: Xác định điện áp hoạt động của LED để chọn nguồn điện phù hợp.
• Góc nhìn: Góc nhìn càng rộng càng giúp dễ dàng quan sát từ nhiều hướng khác nhau.

LED 7 đoạn là một trong những giải pháp hiển thị đơn giản và hiệu quả nhất trong các ứng dụng điện tử. Với cấu trúc đơn giản, chi phí thấp và độ bền cao, nó vẫn là sự lựa chọn tối ưu cho các thiết bị hiển thị số như đồng hồ điện tử, máy tính bỏ túi, thiết bị đo lường và bảng điều khiển công nghiệp. Mặc dù có một số hạn chế về khả năng hiển thị, nhưng LED 7 đoạn vẫn giữ một vị trí quan trọng trong lĩnh vực hiển thị kỹ thuật số.