Trong thời đại công nghệ phát triển, các thiết bị hiển thị ngày càng đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, từ công nghiệp, giáo dục đến đời sống hàng ngày. Một trong những loại thiết bị hiển thị phổ biến nhất mà chúng ta thường gặp chính là LED 7 đoạn. Vậy nhưng, liệu bạn có biết LED 7 đoạn là gì và tại sao nó lại được sử dụng rộng rãi như vậy hay không? Hãy cùng SAVITEL khám phá chi tiết trong bài viết dưới đây!

LED 7 đoạn là gì? 

LED 7 đoạn (Seven-Segment Display) là một loại mô-đun kỹ thuật số phổ biến, được thiết kế để hiển thị các chữ số từ 0 đến 9 và một số ký tự đặc biệt khác. Thiết bị này bao gồm bảy đèn LED được sắp xếp thành một khung hình chữ nhật, với các đoạn được đánh dấu từ "a" đến "g". Một số phiên bản có thêm một điểm sáng nhỏ (decimal point) để hiển thị số thập phân.

Tìm hiểu về LED 7 đoạn là gì? 

Mỗi đoạn LED có thể được bật hoặc tắt độc lập để tạo thành các ký tự mong muốn. Điều này làm cho LED 7 đoạn trở thành lựa chọn lý tưởng cho các thiết bị như đồng hồ kỹ thuật số, máy tính bỏ túi, thiết bị đo lường và bảng hiển thị điện tử. Tùy thuộc vào cấu hình, LED 7 đoạn có thể sử dụng mạch anode hoặc cathode chung để điều khiển các đèn LED một cách hiệu quả.

LED 7 đoạn được đánh giá cao nhờ thiết kế đơn giản, dễ đọc và khả năng ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau, đặc biệt là trong các hệ thống yêu cầu giao diện người dùng trực quan.

>>> Xem thêm: Báo giá màn hình LED ngoài trời (Outdoor) giá tốt, uy tín

Cấu tạo của LED 7 ​​đoạn là gì?

LED 7 đoạn là một hệ thống hiển thị được cấu tạo từ bảy đoạn LED độc lập (segments), ký hiệu từ a đến g, sắp xếp theo hình chữ nhật để tạo thành hình dạng số 8. Mỗi đoạn LED có thể phát sáng độc lập, cho phép kết hợp để hiển thị các chữ số từ 0 đến 9, cũng như một số ký tự chữ cái và ký hiệu cơ bản. Ngoài bảy đoạn chính, một số LED 7 đoạn còn được trang bị điểm thập phân (Decimal Point, DP) để hiển thị các số thập phân hoặc ký tự đặc biệt.

Cấu tạo của LED 7 ​​đoạn là gì?

Cấu trúc chi tiết của LED 7 đoạn:

  Các đoạn LED:

  • Mỗi đoạn LED là một diode phát sáng nhỏ, hoạt động theo nguyên tắc phân cực thuận. Khi dòng điện đi qua, đoạn LED phát sáng và có thể được bật/tắt để tạo các ký tự mong muốn.

  • Các đoạn được sắp xếp để hiển thị đầy đủ các ký tự số và một số ký tự chữ cái cơ bản (như A, b, C, d, E, F).

  Điểm thập phân (DP):

  • Là một LED nhỏ bổ sung, thường nằm ở góc phải bên dưới của khung hiển thị.

  • Chức năng chính là hiển thị số thập phân hoặc bổ sung thông tin như dấu chấm câu.

  Kiểu kết nối:

  • Cực dương chung (Common Anode - CA): Tất cả các cực dương (Anode) của các LED được nối chung với nhau, trong khi cực âm (Cathode) được điều khiển riêng lẻ để bật tắt các đoạn.

  • Cực âm chung (Common Cathode - CC): Ngược lại, tất cả cực âm được nối chung, còn cực dương được điều khiển riêng lẻ.

Kiểu kết nối này đơn giản hóa thiết kế mạch và dễ dàng điều khiển thông qua các bộ vi điều khiển hoặc IC logic.

Về nguyên lý hoạt động của LED 7 đoạn 

Nguyên lý hoạt động của LED 7 đoạn dựa trên việc điều khiển từng phân đoạn (segment) LED để hiển thị các ký tự mong muốn. Mỗi LED 7 đoạn bao gồm 7 phân đoạn (a đến g) và thường có thêm một điểm chấm thập phân (DP). 

Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của LED 7 đoạn

Dựa trên cách các cực được kết nối, LED 7 đoạn được chia thành hai loại chính: dương chung (Common Anode) và âm chung (Common Cathode).

  • Cấu hình dương chung: Các cực dương (anode) của tất cả các phân đoạn được nối chung, và từng phân đoạn phát sáng khi cực âm (cathode) tương ứng được kéo xuống mức thấp (ground).

  • Cấu hình âm chung: Các cực âm (cathode) được nối chung, và phân đoạn phát sáng khi cực dương (anode) tương ứng được cấp mức cao (điện áp dương).

Hiển thị ký tự và số: Mạch điều khiển sẽ kích hoạt các phân đoạn theo mẫu tương ứng để tạo thành ký tự. Ví dụ, để hiển thị số "1", các phân đoạn b và c sẽ được bật, trong khi các phân đoạn khác tắt. Bộ giải mã như IC 7447 hoặc vi điều khiển thường được sử dụng để chuyển tín hiệu đầu vào (dạng nhị phân hoặc thập phân) thành tín hiệu điều khiển.

Điện trở bảo vệ: Để đảm bảo dòng điện qua các LED không vượt quá giới hạn cho phép, cần sử dụng điện trở phù hợp nhằm bảo vệ thiết bị và kéo dài tuổi thọ của LED.

Bảng mã LED 7 đoạn Anode chung

Dưới đây là bảng mã LED 7 đoạn anode chung cho các chữ số từ 0 đến 9:

Chữ số a b c d e f g

0 1 1 1 1 1 1 0

1 0 1 1 0 0 0 0

2 1 1 0 1 1 0 1

3 1 1 1 1 0 0 1

4 0 1 1 0 0 1 1

5 1 0 1 1 0 1 1

6 1 0 1 1 1 1 1

7 1 1 1 0 0 0 0

8 1 1 1 1 1 1 1

9 1 1 1 1 0 1 1

Phân loại LED 7 đoạn

Tổng hợp các loại LED 7 đoạn phổ biến hiện nay

LED 7 đoạn có thể được phân loại dựa trên nhiều tiêu chí khác nhau, dưới đây là các loại chính bạn nên biết:

1. Phân loại theo cực chung

LED 7 đoạn được chia thành hai loại cơ bản dựa trên cách kết nối các cực của các diode phát sáng bên trong:

  • Anode chung (Common Anode - CA): Trong loại này, tất cả các cực dương (anode) của các diode LED được nối với nhau thành một cực chung. Để bật sáng một đoạn cụ thể, cần cấp mức logic thấp (0) vào cực âm (cathode) tương ứng. Khi đó dòng điện sẽ chạy qua diode và kích hoạt ánh sáng. 

  • Cathode chung (Common Cathode - CC): Ngược lại, ở loại này, tất cả các cực âm (cathode) được nối chung. Để bật sáng một đoạn, cần dùng mức logic cao (1) vào cực dương (anode) tương ứng.

2. Phân loại theo màu sắc ánh sáng

LED 7 đoạn có thể phát ra ánh sáng với nhiều màu sắc khác nhau như đỏ, xanh lá cây, xanh dương, vàng, trắng hoặc các màu sắc tùy chỉnh. Trong đó, màu đỏ thường được sử dụng phổ biến do khả năng hiển thị rõ ở các môi trường sáng yếu và tiêu thụ ít năng lượng.

3. Phân loại theo kích thước

Kích thước của LED 7 đoạn dao động từ loại nhỏ như 0.28 inch (phù hợp với thiết bị di động) đến loại lớn trên 2.3 inch (thường dùng trong màn hình công nghiệp). Kích thước lớn hơn giúp tăng độ sáng và khả năng hiển thị ở khoảng cách xa.

4. Phân loại theo phương pháp điều khiển

LED 7 đoạn có thể được điều khiển qua nhiều phương pháp, từ các điện trở đơn giản, transistor khuếch đại, đến các mạch tích hợp chuyên dụng như IC 4511 (một bộ giải mã mã nhị phân sang LED 7 đoạn). Phương pháp điều khiển ảnh hưởng đến khả năng tiết kiệm năng lượng và sự phức tạp của mạch.

5. Loại hiển thị đơn hoặc nhiều chữ số

Loại đèn LED 7 đoạn hiển thị đơn hoặc nhiều chữ số

Ngoài loại đơn chữ số, LED 7 đoạn cũng có phiên bản hiển thị nhiều chữ số với các cực được "ghép nối" thông qua mạch điều khiển quét đa kênh (multiplexing). Điều này giảm thiểu số lượng pin điều khiển cần thiết và được ứng dụng rộng rãi trong các máy tính bỏ túi, đồng hồ điện tử và màn hình công nghiệp.

Điều khiển nhiều LED 7 đoạn bằng cách nào?

Điều khiển nhiều LED 7 đoạn là một yêu cầu phổ biến trong các ứng dụng hiển thị số liệu, chẳng hạn như đồng hồ kỹ thuật số, thiết bị đo lường, hoặc bảng quảng cáo.

Một số phương pháp điều khiển LED 7 đoạn

Dưới đây là các phương pháp phổ biến để điều khiển nhiều LED 7 đoạn một cách hiệu quả:

1. Điều khiển trực tiếp

Phương pháp này sử dụng một vi điều khiển hoặc mạch logic để điều khiển riêng từng đoạn LED của mỗi module LED 7 đoạn. Mỗi chân của vi điều khiển sẽ được kết nối trực tiếp với một đoạn LED. Mặc dù cách này dễ triển khai đối với số lượng nhỏ module, nhưng khi số lượng LED 7 đoạn tăng lên, số chân I/O cần thiết sẽ vượt quá khả năng của hầu hết các vi điều khiển, làm tăng độ phức tạp.

2. Điều khiển bằng kỹ thuật quét (Multiplexing)

Kỹ thuật quét cho phép giảm số lượng chân điều khiển cần thiết bằng cách quét lần lượt từng LED 7 đoạn ở tốc độ rất cao. Một mạch điều khiển sẽ bật sáng từng module LED 7 đoạn trong một khoảng thời gian ngắn và nhanh chóng chuyển sang module tiếp theo. Do tốc độ quét nhanh, mắt người không nhận ra việc quét mà chỉ thấy tất cả các LED 7 đoạn sáng đồng thời.

3. Sử dụng IC điều khiển chuyên dụng

Để đơn giản hóa việc điều khiển nhiều LED 7 đoạn, các IC chuyên dụng như MAX7219, 74HC595, hoặc HT16K33 thường được sử dụng. Những IC này tích hợp sẵn mạch điều khiển cho nhiều LED, giúp giảm tải cho vi điều khiển và giảm số lượng dây nối.

Sử dụng IC điều khiển chuyên dụng là cách điều khiển LED 7 đoạn

  • MAX7219: Hỗ trợ tối đa 8 module LED 7 đoạn và giao tiếp thông qua giao thức SPI. Tích hợp mạch giải mã BCD và bộ nhớ RAM để lưu dữ liệu hiển thị.

  • 74HC595: Là IC dịch chuyển (shift register), giúp mở rộng số chân điều khiển bằng cách nối tiếp nhiều IC.

  • HT16K33: Hỗ trợ giao tiếp I2C và điều khiển nhiều LED với hiệu suất cao.

4. Kết hợp vi điều khiển với giao thức truyền thông

Khi hệ thống cần điều khiển nhiều LED 7 đoạn phân tán ở các vị trí khác nhau, các giao thức như I2C, SPI hoặc UART có thể được sử dụng để truyền tín hiệu điều khiển từ vi điều khiển chính đến các module điều khiển phụ. Điều này đảm bảo việc điều khiển diễn ra ổn định và dễ mở rộng hệ thống.

Ưu điểm và nhược điểm của Led 7 đoạn

LED 7 đoạn là một trong những linh kiện điện tử phổ biến và dễ sử dụng trong các thiết bị hiển thị đơn giản. Tuy nhiên, như bất kỳ công nghệ nào, nó cũng có những ưu điểm và nhược điểm cần được cân nhắc trong quá trình lựa chọn và ứng dụng.

Ưu điểm và nhược điểm của Led 7 đoạn

Ưu điểm của LED 7 đoạn:

  • Đơn giản và dễ sử dụng: LED 7 đoạn có cấu tạo đơn giản với chỉ 7 đoạn LED có thể bật/tắt để tạo ra các chữ số và ký tự cơ bản. Từ đó giúp việc điều khiển trở nên dễ dàng và thuận tiện, đặc biệt là với các vi điều khiển.

  • Giá thành phải chăng: So với các loại màn hình hiển thị khác như LCD hay OLED, LED 7 đoạn có giá thành thấp, phù hợp với các dự án DIY hoặc các ứng dụng yêu cầu một giải pháp chi phí thấp.

  • Bền bỉ và ổn định: Với thiết kế đơn giản và ít phụ thuộc vào các linh kiện phức tạp, LED 7 đoạn có độ bền cao và khả năng hoạt động ổn định trong nhiều điều kiện môi trường khác nhau, từ nhiệt độ cao đến độ ẩm thấp.

  • Hiển thị rõ ràng: Các LED 7 đoạn tạo ra ánh sáng sắc nét, dễ đọc, đặc biệt khi sử dụng trong các ứng dụng đếm số hoặc hiển thị các chữ cái cơ bản, đảm bảo thông tin hiển thị rõ ràng, ngay cả trong môi trường ánh sáng mạnh.

  • Tiết kiệm điện năng: LED 7 đoạn tiêu thụ ít năng lượng so với các màn hình hiển thị khác, làm cho chúng trở thành sự lựa chọn tiết kiệm cho các ứng dụng sử dụng liên tục hoặc trong các thiết bị di động.

  • Kích thước đa dạng: LED 7 đoạn có nhiều kích thước khác nhau, từ những module nhỏ cho các dự án mini đến những module lớn phù hợp cho các bảng hiển thị công cộng hoặc trong các thiết bị lớn.

Nhược điểm của LED 7 đoạn:

LED 7 đoạn dù có nhiều ưu điểm nhưng vẫn có một số hạn chế

  • Khả năng hiển thị ký tự phức tạp hạn chế: Mặc dù LED 7 đoạn có thể hiển thị các chữ số và một số ký tự cơ bản như "A", "b", "C", nhưng nó không thể tạo ra các ký tự phức tạp hoặc các biểu tượng đồ họa như các loại màn hình khác như LCD hoặc OLED.

  • Kích thước tương đối lớn: So với các màn hình như LCD hay OLED, LED 7 đoạn thường có kích thước lớn hơn và chiếm nhiều diện tích hơn, điều này có thể hạn chế trong các thiết bị cần tiết kiệm không gian.

  • Góc nhìn hạn chế: Độ rõ của chữ số và ký tự hiển thị trên LED 7 đoạn có thể giảm khi nhìn từ các góc khác nhau, điều này khiến nó không thích hợp cho các ứng dụng yêu cầu góc nhìn rộng.

  • Độ sáng không cao: LED 7 đoạn không thể đạt được độ sáng mạnh mẽ như các màn hình LED hoặc OLED, đây có thể là một nhược điểm khi sử dụng trong môi trường có ánh sáng mạnh hoặc yêu cầu độ sáng cao.

  • Khó hiển thị hình ảnh: Với khả năng hiển thị chủ yếu là các chữ số và một số ký tự, LED 7 đoạn không thể hiển thị hình ảnh hoặc đồ họa phức tạp.

Mặc dù LED 7 đoạn vẫn còn nhiều hạn chế, nhưng với ưu điểm về mặt thiết kế đơn giản, tiết kiệm chi phí cũng như dễ tích hợp vào các hệ thống điện tử cơ bản, nó vẫn là một giải pháp lý tưởng trong nhiều ứng dụng. 

Tính ứng dụng của LED 7 đoạn trong thực tế 

LED 7 đoạn là một linh kiện điện tử phổ biến, được ứng dụng rộng rãi trong nhiều thiết bị và ngành nghề khác nhau. Dưới đây là một số ví dụ điển hình về ứng dụng của LED 7 đoạn trong đời sống và thực tế.

LED 7 đoạn được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực trong thực tế cuộc sống

1. Thiết bị điện tử gia dụng

Một trong những ứng dụng phổ biến nhất của LED 7 đoạn là trong các thiết bị điện tử gia dụng, nơi nó đóng vai trò quan trọng trong việc hiển thị thông tin số và ký tự đơn giản. Các ví dụ bao gồm:

  • Đồng hồ kỹ thuật số: LED 7 đoạn được sử dụng để hiển thị thời gian, giúp người dùng dễ dàng theo dõi giờ giấc.

  • Máy tính, tivi và radio: Hiển thị các con số, kênh, âm lượng, hoặc tần số.

  • Thiết bị gia dụng khác: Lò vi sóng, máy giặt, tủ lạnh, máy điều hòa... LED 7 đoạn giúp hiển thị thông tin như thời gian nấu, nhiệt độ, chương trình giặt và nhiều thông tin quan trọng khác.

2. Thiết bị đo lường

LED 7 đoạn còn được sử dụng trong các thiết bị đo lường, giúp hiển thị các kết quả đo đạc một cách dễ hiểu và trực quan. Những ứng dụng tiêu biểu có thể kể đến như:

  • Đồng hồ đo điện: Hiển thị số điện tiêu thụ, giúp người dùng theo dõi lượng điện năng sử dụng.

  • Cân điện tử và nhiệt kế: Hiển thị trọng lượng hoặc nhiệt độ.

  • Máy đo huyết áp: Sử dụng LED 7 đoạn để hiển thị kết quả đo huyết áp, đảm bảo việc theo dõi sức khỏe dễ dàng.

3. Thiết bị điều khiển

LED 7 đoạn được ứng dụng trong phần hiển thị của các thiết bị điều khiển

LED 7 đoạn cũng xuất hiện trong các thiết bị điều khiển, hỗ trợ người sử dụng trong việc theo dõi và điều chỉnh các thông số hoạt động:

  • Thang máy: Hiển thị số tầng mà thang máy đang ở.

  • Máy điều hòa: Cho phép người dùng xem nhiệt độ cài đặt.

  • Bảng điều khiển: Hiển thị thông tin trạng thái và cài đặt của hệ thống.

4. Thiết bị khác

Ngoài các ứng dụng gia dụng và công nghiệp, LED 7 đoạn còn được dùng trong một số thiết bị đặc thù khác:

  • Máy bán hàng tự động: Màn Led hiển thị giá cả và thông tin sản phẩm, giúp người dùng dễ dàng lựa chọn.

  • Máy ATM: Hiển thị số dư tài khoản và các giao dịch khác.

  • Bảng LED thông tin: Được sử dụng để hiển thị thông tin như thời gian, ngày tháng, tin tức, hoặc cảnh báo.

Lời kết

Qua bài viết trên, chắc hẳn bạn đã hiểu rõ LED 7 đoạn là gì và lý do tại sao loại thiết bị hiển thị này lại được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực đời sống. Với thiết kế đơn giản nhưng hiệu quả, LED 7 đoạn vẫn là lựa chọn hàng đầu cho các giải pháp hiển thị số. Nếu bạn còn bất kỳ thắc mắc nào hoặc cần thêm thông tin chi tiết, hãy để lại bình luận để cùng SAVITEL giải đáp!

>>> Xem thêm: MCU là gì? Tìm hiểu thiết bị MCU trong hội nghị truyền hình