In una lezione precedente di elettronica abbiamo studiato il comportamento di un diodo LED, come piccola fonte di illuminazione. Abbiamo visto come sia necessario utilizzare un resistore di protezione per poter illuminare tale componente. In questa lezione studieremo un componente più sofisticato e utile del singolo diodo LED, ossia il display LED a 7 segmenti. La sua funzione è quella di riprodurre le dieci cifre numeriche e alcune lettere dell’alfabeto.
Cosa è un display LED a 7 segmenti
I display a 7 segmenti sono dispositivi luminosi in grado di visualizzare i numeri da 0 a 9 (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9) e alcuni simboli grafici e alfabetici. La visualizzazione di essi avviene attraverso l’accensione di 7 segmenti luminosi, secondo la forma che occorre dare al numero da visualizzare. Essi sono componenti di elettronica semplici ed economici. Per la loro grande utilità essi sono utilizzati da diversi decenni. La visualizzazione dei numeri e delle lettere avviene attraverso l’accensione di sette segmenti luminosi LED, opportunamente combinati tra loro (vedi schema di funzionamento in figura 1). Questo componente è molto utilizzato negli orologi, negli strumenti di misura, nelle radio, ecc. Negli ultimi anni esso è stato rimpiazzato dai display LCD a cristalli liquidi, in quanto il loro consumo e parecchie migliaia di volte più ridotto. Ma il display LED a 7 segmenti è insostituibile perché esso può essere osservato nel buio più assoluto, in quanto il componente emette luce propria. Ogni diodo LED corrisponde a un singolo segmento e per pilotarlo occorre utilizzare un piccolo resistore di protezione. Come si vede dallo schema elettrico, nella struttura elettronica vi è un ulteriore diodo LED, a forma di punto, che costituisce il punto decimale. Esso funziona esattamente come gli altri sette diodi LED.
Per formare i numeri e alcune lettere occorre fornire una tensione elettrica ai vari terminali del display, in modo da creare una combinazione luminosa dei vari diodi LED interni. In particolare occorre attivare i seguenti ingressi del display:
- numero 0: segmenti a, b, c, d, e, f;
- numero 1: segmenti b, c;
- numero 2: segmenti a, b, d, e, g;
- numero 3: segmenti a, b, c, d, g;
- numero 4: segmenti b, c, f, g;
- numero 5: segmenti a, c, d, f, g;
- numero 6: segmenti a, c, d, e, f, g;
- numero 7: segmenti a, b, c;
- numero 8: segmenti a, b, c, d, e, f, g;
- numero 9: segmenti a, b, c, d, f, g.
Le altre lettere che si possono formare sono: A, b, C, d, E, F. Alcune devono essere in maiuscolo, altre in minuscolo, in definitiva solo sette segmenti luminosi sono a disposizione.
Accendiamo il numero 6
Siamo pronti, adesso, a eseguire i collegamenti di elettronica per illuminare il display in modo che esso visualizzi, per esempio, il numero 6. Dalla tabella prima elencata, possiamo leggere che il numero 6 è formato dalla combinazione dei segmenti a, c, d, e, f, g. Possiamo realizzare, dunque, lo schema di cablaggio rappresentato in figura 2. Per quanto riguarda il collegamento al terminale comune (COM), è indifferente usare quello superiore o quello inferiore. In questo esempio, il punto decimale non è utilizzato, pertanto non è necessario collegarlo al circuito, così come il terminale relativo al segmento “b”. Il circuito funziona subito è appena si collega la pila i segmenti che formano il numero 6 si illuminano immediatamente. E’ interessante notare che ogni display a sette segmenti consuma una corrente elettronica pari al numero di diodi LED accesi. In altre parole, il minore consumo di energia si ha quando il display visualizza la cifra “1”, mentre il maggiore consumo di energia si ha quando il display visualizza la cifra “8”. Il mercato mette a disposizione dell’utente diverse tipologie di display, sia per quanto riguarda il numero di cifre visualizzabili che per la gamma di colore.
Costruiamo un display programmabile manualmente
Per aumentare l’esperienza di elettronica possiamo costruire un piccolo prototipo di display programmabile manualmente. Con questa occasione facciamo conoscenza della breadborad, una speciale di piastra forata su cui si possono piazzare i componenti elettronici, senza effettuare alcuna saldatura. Questi ultimi possono essere connessi tra di loro mediante l’inserzione di ponticelli elettrici, costituiti da filo rigido. Il cablaggio sembra complicato, ma in realtà è molto semplice. E’ sufficiente seguire la disposizione dei componenti visibile in figura 3. Il circuito è alimentato da una pila di 9 V. La sua corrente attraversa i sette resistori di protezione, questa volta dal valore di 470 Ohm. Quindi essa incontra gli interruttori (switch) che comandano un singolo segmento del display. Se un interruttore è chiuso, la corrente transita su di esso e raggiunge il display. In caso contrario non vi può essere la circolazione di elettroni e il segmento luminoso rimane spento. Combinando diverse posizioni degli interruttori si possono formare tutti i numeri, alcune lettere dell’alfabeto e anche alcuni simboli di fantasia.
I ragazzi più intrepidi potrebbero anche costruire un display gigante utilizzando tanti diodi LED e, naturalmente, una fonte di alimentazione più potente. Per la sua realizzazione, visibile anche nello schema elettrico di figura 4, occorrono i seguenti componenti elettronici:
- pila da 9 V;
- 7 resistori da 220 Ohm;
- 21 diodi LED normali di colore rosso.
In pratica occorre realizzare un display gigante in cui ogni segmento è costituito da tre diodi LED, per un totale di 21 componenti luminosi. I diodi LED possono essere montati su un supporto di cartone, di legno o di plastica. Sul lato anteriore si devono vedere solo le teste dei diodi LED, mentre le connessioni devono essere nascoste nella parte posteriore della struttura. Anche in questo caso la realizzazione è abbastanza semplice. Occorre solo prestare la massima attenzione alla correttezza di tutto il sistema di cablaggio e nel design della struttura.
Conclusioni
L’elettronica ha il potere di accendere la passione e la voglia di scoprire sempre di più. Un percorso graduale e crescente permette al ragazzo di conoscere i suoi aspetti fondamentali in maniera piacevole e indolore. Si consiglia di eseguire qualsiasi tipologia di esperimento, sempre seguendo tutte le procedure di sicurezza e alimentando i circuiti esclusivamente con le pile e le batterie.
