Подключение семисегментного дисплея с общим анодом к сдвиговому регистру

Question

Подключение семисегментного дисплея с общим анодом к сдвиговому регистру

arduino-uno teensy shift-register 7-segment

Недавно я подключил следующую опрометчивую схему: A common-anode display is wired with its cathodes connected directly to an LED connected to ground.

Дисплей с общим анодом подключен проводом, а его катоды подключены непосредственно к светодиодам, подключенным к земле. Но самое странное, что он работал именно так, как задумано: когда включался светодиод, соответствующий сегмент выключался.

Мой первый вопрос: почему он не перегорел все светодиоды (плюс, может быть, мой микропроцессор)? 3,3 В должно проходить непосредственно от чипа, через 7-сегментный светодиод и в заземляющую рейку. Одна страница на сайте чипа (https://www.pjrc.com/teensy/techspecs.html) говорит, что он излучает максимум 9 мА, но это всего лишь предупреждение об их допусках, а контакты на самом деле не дросселируют выход, верно? Но если все это правда, то почему ничего не жарится? (обратите внимание, что реальная схема удваивается по сравнению с тем, что вы видите на диаграмме, используя последовательные регистры сдвига. После рисования я понял, что это может иметь значение, так как ток будет разделен 14 способами вместо 7).

Мой другой вопрос в том, что я добавил резистор на вход 7-сегментного, чтобы ограничить ток, и схема по-прежнему работает так, как изначально предполагалось. Как это возможно? Если сегмент освещается, это означает, что через него проходит ток, но, оказавшись на другой стороне, он должен идти непосредственно в землю через автономный светодиод, а не "плыть вверх по течению" через резистор, чтобы достичь земли через сдвиговый регистр. Показания мультиметра на катодах 7-сегментного излучают 2В и 0,3 мА. Если 0,3 мА недостаточно для освещения автономных светодиодов, то почему их достаточно для освещения внутренних светодиодов 7-сегмента? (и, насколько я помню, они тоже не включались, когда он работал без сопротивления.)

Наконец, все это заставило меня задуматься, если контакты digitalWrite способны излучать 3,3 В, то какой смысл иметь контакт 3,3 В?

@mwhea, 👍1

Обсуждение

сдвиговый регистр питает светодиоды, а не Крошечный штифт, @Juraj

1 ответ

@*chrisl* · Answer 1 · 2022-02-11 14:25-00:00

То, что вы испытываете здесь, - это прямое напряжение диодов. Когда диод (здесь у вас есть светоизлучающие диоды, поэтому светодиоды) помещается в прямом направлении в цепи, он будет проводить только при достижении определенного порогового напряжения. Это напряжение называется прямым напряжением и зависит от отдельного диода (вы можете найти эту информацию в таблице данных диодов) и от других факторов, таких как температура. Чтобы визуализировать это, вы можете посмотреть на кривую характеристик диодов (построение зависимости тока от напряжения):

diode characteristics curve

Я получил это изображение из статьи немецкой википедии о диодах. Как видите, ток остается минимальным до тех пор, пока напряжение не достигнет диапазона 0,7 В. Затем ток растет в геометрической прогрессии.

Вы сами измерили прямое напряжение 7-сегментного светодиода. Вы измерили 2 В между землей и катодом светодиода. При питании 3,3 В вы получаете прямое напряжение 1,3 В.

Что происходит? Ваши другие светодиоды, скорее всего, имеют более высокое прямое напряжение, так что оставшихся 2 В от 7-сегментных светодиодов недостаточно для их освещения. Через оба типа светодиодов может протекать небольшой ток, но он будет очень мал и ничего не сможет сжечь. Так что этот путь не так благоприятен для течения, как вы думали. Затем, принимая во внимание, что сдвиговый регистр тянет свой выход либо к земле, либо к 3,3 В, становится ясно, что сдвиговый регистр по-прежнему обеспечивает самый простой путь тока.

Если 0,3 мА недостаточно для освещения автономных светодиодов, то почему их достаточно для освещения внутренних светодиодов 7-сегмента?

Я не очень уверен в этой ценности. Типичные светодиоды нуждаются в токе в диапазоне, возможно, 5 мА. Для ваших светодиодов мы не можем определенно заявить об этом (так как мы не знаем, какие светодиоды у вас есть), но 0,3 мА кажется мне низким. Как вы его измерили?

Одна страница на сайте чипа (https://www.pjrc.com/teensy/techspecs.html) говорит, что он излучает максимум 9 мА, но это всего лишь предупреждение об их допусках, а контакты на самом деле не дросселируют выход, верно?

Это только текущий диапазон для цифровых выходов Teensy. Каждый цифровой вывод имеет аппаратный драйвер, встроенный в микроконтроллер. Это оборудование может выдерживать только определенное количество тока, пока оно не выйдет из строя. И он может выйти из строя коротким замыканием (короткое замыкание на 3,3 В или землю) или отсоединиться. Когда вы приводите штифт близко и выше его максимальных значений, напряжение на нем падает, так как часть напряжения теряется на компонентах драйвера, которые нагружены большим током, чем они были созданы. Затем внутренний драйвер может быть убит рассеиваемой в нем мощностью (напряжение, потерянное на драйвере, умноженное на ток, дает вам отработанную мощность, которая рассеивается там в виде тепла, пока что-то не сгорит).

если контакты digitalWrite способны излучать 3,3 В, то какой смысл иметь контакт 3,3 В?

Как уже упоминалось, цифровые выходные контакты могут обеспечивать только низкий ток. Они предназначены для цифровой сигнализации, а не для питания устройств. Тока достаточно, чтобы привести в действие один маленький светодиод, но недостаточно, чтобы привести в действие двигатель или другие устройства, жаждущие тока.

Вывод 3,3 В ничем не управляется. Он напрямую подключен к источнику питания всей платы. Когда вы питаете Teensy через USB, он получает от него 5V. Преобразователь напряжения регулирует его до 3,3 В и подает на микроконтроллер Teensys для питания, а также на вывод 3,3 В. На самом деле вы также можете использовать его для подключения собственного регулируемого источника питания 3,3 В и, таким образом, питать крошку через контакт 3,3 В.