Hoy aprenderemos sobre el display de 7 segmentos el cual es un dispositivo de indicación luminosa con capacidad para mostrar números decimales del 0 al 9. Gracias a su practicidad y bajo voltaje de funcionamiento se utilizan en todo tipo de dispositivos electrónicos (tales como relojes digitales, temporizadores y calculadoras) para mostrar información numérica. Como su nombre indica, están compuestos por siete segmentos iluminadores dispuestos de tal manera que pueden formar los números del 0 al 9 (y algunas letras del alfabeto) por medio de diferentes combinaciones de activación.
Respuesta rápida: un display de 7 segmentos está formado por 7 LED en forma de barra (llamados a, b, c, d, e, f y g) más un punto decimal. Encendiendo distintas combinaciones se forman los números del 0 al 9. Existen dos tipos principales: de ánodo común, que se enciende llevando cada segmento a GND, y de cátodo común, que se enciende aplicando voltaje positivo a cada segmento. Cada segmento necesita su propia resistencia limitadora.
¿Qué es un display de 7 segmentos?
Los display de 7 segmentos se encuentran entre los dispositivos electrónicos de visualización más sencillos que existen en el mercado. Su objetivo es mostrar números y caracteres, y al ser de diodos LED, es posible controlar el encendido de cada segmento como una línea (con 7 líneas por unidad) y con ellas mostrar un número o carácter a la vez.
Según la norma es posible referirse a cada segmento (ánodo o cátodo según construcción) como «a,b,c,d,e,f,g» y para el carácter de punto con la letra «h». Existen 10 pines, en los cuales 8 se utilizan para referirse a las letras a,b,c,d,e,f,g y “h” o “dp”, y el resto para el ánodo o cátodo común de todos los LEDs, y estos ánodos y cátodos comunes están internamente en cortocircuito, así que sólo se vale de un pin común para el circuito, simplificando el esquema de conexión y adecuándose a su uso con circuitos integrados y controles electrónicos.
¿Cómo funciona un display de 7 segmentos?
Los display de 7 segmentos están diseñados para funcionar como un conjunto de diodos luminosos confinados en un espacio. Esta disposición hace posible que el cálculo de resistores (protección ante la cantidad de tensión que se suministra), así como los otros componentes que se requieran para el funcionamiento puedan ser mínimos. Esta facultad permite ahorrar espacio y recursos en la etapa indicadora de cualquier circuito electrónico. Por lo general el fabricante es quien especifica la tensión nominal y las características lumínicas de estos diodos (para garantizar máximo brillo y vida útil). Por lo que el propósito y construcción de este componente es similar al de cualquier diodo LED.
Como cada segmento es un LED, puede controlarse directamente con las salidas digitales de un Arduino u otro microcontrolador, siempre con una resistencia limitadora por segmento, o mediante un circuito integrado decodificador que convierte un número binario en el patrón de segmentos correspondiente.
Cálculo de la resistencia de cada segmento
Se usa la ley de Ohm: R = (Valimentación − VLED) / ILED. Por ejemplo, con 5 V, un segmento rojo con caída de unos 2 V y una corriente de 10 mA: R = (5 − 2) / 0,010 = 300 Ω, por lo que se usa una resistencia comercial de 330 Ω. No uses una sola resistencia en el pin común, porque el brillo cambiaría según cuántos segmentos estén encendidos.
Tabla de segmentos para cada número
Valores para un display de cátodo común (1 = segmento encendido), en el orden gfedcba. Para ánodo común se invierten los bits.
| Número | Segmentos encendidos | Hexadecimal (gfedcba) |
|---|---|---|
| 0 | a b c d e f | 0x3F |
| 1 | b c | 0x06 |
| 2 | a b d e g | 0x5B |
| 3 | a b c d g | 0x4F |
| 4 | b c f g | 0x66 |
| 5 | a c d f g | 0x6D |
| 6 | a c d e f g | 0x7D |
| 7 | a b c | 0x07 |
| 8 | a b c d e f g | 0x7F |
| 9 | a b c d f g | 0x6F |
Tipos de display de 7 segmentos
La simplicidad en diseño y funcionamiento de los display hace que solo puedan encontrarse los siguientes tipos:
- Ánodo común.
- Cátodo común.
- De varios dígitos (2, 4 u 8 dígitos en un mismo encapsulado).
- Según sus dimensiones.
En el caso de los display del tipo ánodo y cátodo común se hace referencia a una unión de uno de los terminales de todos los LED del display para bien activarlos por valor de corriente positiva o por valor de corriente negativa, estos se adecúan al comportamiento de las compuertas lógicas en donde inversores son quienes los que controlan el encendido de las líneas. En los displays de varios dígitos, los segmentos iguales de todos los dígitos comparten el mismo pin, y cada dígito tiene su propio pin común. Se controlan por multiplexación: se enciende un dígito a la vez, muy rápido, y el ojo percibe todos encendidos al mismo tiempo. Así, un display de 4 dígitos solo necesita 12 pines en lugar de 32.
Por omisión, los display de mayores dimensiones cuentan con líneas adicionales que complementan el funcionamiento y abren posibilidades a mayor cantidad de caracteres, estos son para aplicaciones específicas en donde se requieran caracteres adicionales o un mayor tamaño de pantalla.
¿Cómo diferenciar un display ánodo y cátodo común?
Si bien los display de 7 segmentos cuentan con una serie de líneas de LEDs, es la conexión interna la que determina su encendido al incorporarse al circuito, y es aquí en donde se diferencian los de ánodo común y cátodo común. Para empezar, cuando se habla de un display de ánodo común es porque todas sus líneas se encuentran unidas en su terminal positivo, y para encenderlas es necesario llevar a GND (a través de su resistencia) el terminal de la letra correspondiente, mientras el pin común se conecta al positivo.
En el caso de los display de cátodo común, los LEDs de las líneas se encuentran unidos en su terminal negativo. Por lo que el encendido es posible al suministrar tensión en las terminales de las letras correspondientes. Esta principal diferencia considera el sentido de la corriente de funcionamiento y se adapta a las características del circuito de control. Especialmente si se trata de un accionamiento por circuito integrado decodificador. Los más conocidos son el 74LS47 / 74HC47 (para ánodo común), el CD4511 (para cátodo común) y, para varios dígitos, el MAX7219 o los módulos con chip TM1637, muy usados con Arduino porque solo necesitan 2 o 3 pines.
Cómo saber cuál tienes: con un multímetro en modo diodo, pon la punta roja en un pin común y la negra en un segmento: si se ilumina, es de ánodo común. Si se ilumina con las puntas al revés, es de cátodo común.
Aplicaciones de un display de 7 segmentos
Los display de siete segmentos cuentan con muchos usos en la cotidianidad, por lo general estos se utilizan en:
- Despertadores
- Temporizadores
- Balanzas
- Hornos de microondas
- Marcadores deportivos
- Bombas de gasolina
- Instrumentos de medición digital
Gracias a estos dispositivos se pueden mostrar números y letras que sirven como indicadores de todo tipo. Su mayor atractivo es su durabilidad, su bajo costo y su buena visibilidad. Cada segmento consume normalmente entre 5 y 20 mA, así que un dígito con todos sus segmentos encendidos puede consumir más de 100 mA; en aparatos con baterías se reduce la corriente o se usa multiplexación para ahorrar energía.
Debido a que estos dispositivos están diseñados para interpretar a un único carácter suele hacerse necesaria la inclusión de dos o tres más por proyecto, y esto pudiese interpretarse como una complicación al circuito. A saber, es posible disponer de circuitos integrados decodificadores que puedan operar dos o más display y así reflejar mayor cantidad de información, haciéndolos especialmente útiles para ascensores, contadores y demás.
Existen algunos modelos de display que utilizan la tecnología LCD en sus líneas, otros inclusive utilizan vacío fluorescente y filamentos incandescentes. Sobra decir que estas tecnologías se adecuan a las tensiones de funcionamiento y las dimensiones de las pantallas, pero la tecnología LED ha sido hasta ahora la más eficiente y práctica. Especialmente porque su encendido se describe fácilmente con valores hexadecimales en orden “gfedcba” o “abcdefg”, como en la tabla anterior, que interpretan muchos integrados decodificadores y microcontroladores.
Preguntas frecuentes
¿Cuántos pines tiene un display de 7 segmentos?
Uno de un solo dígito tiene normalmente 10 pines: 7 para los segmentos, 1 para el punto decimal y 2 comunes (unidos internamente).
¿Qué diferencia hay entre ánodo común y cátodo común?
En el de ánodo común todos los LED comparten el positivo y los segmentos se encienden llevándolos a GND; en el de cátodo común comparten el negativo y se encienden aplicando voltaje positivo.
¿Qué resistencia usar para un display de 7 segmentos con Arduino?
Entre 220 Ω y 470 Ω por segmento con 5 V; 330 Ω es un valor habitual.
¿Se pueden mostrar letras?
Sí, algunas: A, b, C, d, E, F, H, L, P y U, entre otras; por eso se usan para mostrar números hexadecimales.