電気制御機器/電気部品

【7セグメント表示器】の概要を解説:7つのLEDを制御する

このページは下写真のような
7セグメント表示器について
初心者の方を対象に
概要を説明しています。

7セグメント表示器:IDECのHPより7セグメント表示器:IDECのHPより

7セグメント表示器は
0~9の数字が表示できる
部品です。

マイコンやPLCで電気制御する
電気製品で使われることが多いです。

(PLCについては
以下のサイトを参考ください。
 →PLCとは何か)

機械の電気制御で使う
制御盤では数値の表示器としては
近年は三菱電機のGOTなどの
タッチパネルがよく使われます。

(制御盤については
以下のサイトを参考ください。
 →制御盤とは何かが分かる-速習したい初心者のための制御盤入門)

しかし、7セグメント表示器は
未だに使われているのを
見ることはあります。

ですので、このページで
どういったものなのか、
概要を知ってください。

1.7セグメント

7セグメント表示器の
7セグメントとは何かを
まず説明します。

7セグメント表示器が消灯して
いるとき、下写真のように
薄っすらと8の数字が見えます。

7セグメント表示器7セグメント表示器

この8をよく見ると
7つの線が組み合わさって
形成されています。

この7つの線を様々なパターンで
表示させることで
0~9の数字を表示することが
できます。

下の絵を見てください

7セグメントで0~9まで表示7セグメントで0~9まで表示

上段は0~4で
下段は5~9です。

このように7つにセグメント(分割)
することで10進数の1桁
0~9を表示できることから
7セグメント表示器と呼ばれます。

7セグメント表示器を4つ並べれば
4桁の数字を表示できることになります。

表示に使うランプには
LEDが使われることが多いです。

2.7セグメントLED回路図

7セグメント表示器の点灯に
関わる部分の簡易的な回路図を
説明します。

ランプはLEDランプを使います。

まず言葉で簡単に説明すると
7つのLEDを個別に点灯させる
だけです。

以下が簡易回路図です

7セグメントLED簡易回路7セグメントLED簡易回路

直流電源として分かり良いように
乾電池の絵を使いました。

LEDの記号の側に→が2本あるLEDは
点灯していると考えてください。

LEDの数だけスイッチもあります。

そして、スイッチがONしている
LEDは点灯します。

スイッチがONすれば電源(乾電池)から
LEDに電流が流れ点灯します。

これは簡易的な図ですが
こういった回路をマイコンやPLCを使った
プログラム制御で7つのスイッチを
ON/OFFさせ、表示したい数値にします。

3.BCDコードを使って点灯させる

7セグメント表示器を点灯させる
信号としてBCDコードを使うことが
多いです。

普通に考えて7つのLEDを個々に
点灯/消灯させるためのは
7つの信号が必要そうですが

BCDコードでは4つ(4ビット)の
信号でいいです。

(ビットについては
以下のページをを参考ください。
 →ビットとは(bit))

BCDコードとは
1桁の数字0~9を
4ビットの2進数であらわします。

BCDコードについては
以下のページを参考ください。

→PLCの2進化10進数(BCDコード)とは

例えば、10進数の39を
BCDコードに変換すると

1桁目の3は0011
2桁目の9は1001
になります。

39を2進数にするのではなく
1桁ずつ4ビットであらわします。

39は1001 0011になります。

では、7つのLEDがある
7セグメント表示器に
この4ビットの信号を入力すれば
いいかというとそうではありません。

このBCDコードの信号を
変換する必要があります。

7セグメントドライバ、7セグメントデコーダ

BCDコードの信号で7セグメント表示器を
意図どおり点灯させるためには
部品が必要です。

その部品は7セグメントドライバとか
7セグメントデコーダと呼ばれます。

よく使われる7セグメントドライバとして
東芝のTC4511BPがあります。

下写真のようなPKGでモールドされた
半導体です。

TC4511BPのPKGTC4511BPのPKG

下図がTC4511BPのPIN配列です。

TC4511BPのPIN配列TC4511BPのPIN配列

青枠で囲んだ9~15PINに
7つLEDを接続します。

赤枠で囲んだ1、2、6、7PINに
マイコンやPLCを接続し
4ビットのBCDコード信号を
入力するわけです。

あとは、この部品で変換され
7つのLEDを意図通り点灯します。

ユニットディスプレイ

下写真はIDECのユニットディスプレイ
DD3Sです。

DDS3S (IDEC HPより)DDS3S (IDEC HPより)

前項では7セグメントドライバの部品を
紹介しましたが、このような
ユニットディスプレイでは
内蔵されているので便利です。

下図はブロック図です。

DDS3Sのブロック図 (IDEC HPより)DDS3Sのブロック図 (IDEC HPより)

赤枠のように
デコーダが内蔵されています。

PLCで機械制御する場合は
個別の部品を組立・接続せず
このようなユニットディスプレイが
使われることが多いです。

4.メーカー

このサイトはPLCについての
サイトですので

PLCで使われることが多い
ユニットディスプレイのメーカーを
書きます。

IDEC(和泉電気)のユニットディスプレイを
見ることが多いですね。

オムロンは昔はあったようですが
HPを見ると販売中止になっています。

5.スタティック制御とダイナミック制御

7セグメント表示器は
マイコンやPLCで制御され
点灯するわけですが

その制御方式はスタティック制御と
ダイナミック制御があります。

スタティック制御

スタティック接続:IDECのマニュアルより引用スタティック接続:IDECのマニュアルより引用

上図は前項で解説した
IDECのユニットディスプレイを使った
スタティック制御の接続図です。

4つのディスプレイがあり
BCDコードで入力されています。
(7セグメントドライバは内蔵されている)

BCDコードなので4端子が使われる
仕様です。

PLC側の四角で囲んだ4つの端子から
各ディスプレイ毎に
BCDコードが入力されます。

4つのディスプレイですので
4×4で16端子が使われます。

このように各ディスプレイ毎に
個別に点灯させることをスタティック制御と
いいます。

ダイナミック制御

ダイナミック接続:IDECのマニュアルより引用ダイナミック接続:IDECのマニュアルより引用

上図は前項で解説した
IDECのユニットディスプレイを使った
ダイナミック制御の接続図です。

4つのディスプレイですが
PLCからのBCDコードの出力端子は
4つしか使われていません。

並列に接続されて各ディスプレイに
入力されています。

4つのディスプレイに対して
PLCは1つ分の端子しか接続されて
いません。

なぜ、これで4つの7セグメント表示器を
個々に点灯させることができるかと
いうと、高速(高周波数)に信号を
切り替えているからです。

人間の目は、高速で点灯や消灯は
見ることができません。

目にも止まらないスピードと
いうことです。

マイコンやPLCの
プログラムを切替できる
仕様につくるのです。

注意としては、そのために
紫の四角のように

BCDコード以外の信号も
出力/入力することも
あるので、製品仕様を
確認する必要はあります。

このようにディスプレイを
高速に点滅させることを
ダイナミック制御といいます。

まとめ

スタティック制御では
7セグメント表示器の数量に応じて
PLCの出力リレー点数が必要ですが

ダイナミック制御だと
少なくできます。

ですので、PLCのコストを
下げることが可能になります。

複数の7セグメント表示器では
ダイナミック制御で点灯させている
プログラムを見ることは多いです。

ダイナミック制御だと
高速とはいえ入切するので
見ているとチラつくのでは
ないかと思うかもしれません。

ちなみに、スマーフォンで
使われているLEDも高速で
入切していますよ。

チラついていますか?

6.PLCによる制御

PLCでは応用命令を使って
7セグメント表示器を制御します。

前項で紹介した
スタティック制御、ダイナミック制御も
可能です。

以下のページで
説明していますのでご参考ください。

PLCは色々なメーカーがありますが
三菱電機のシーケンサを使って説明
しています。

→シーケンサで7セグメント表示器を点灯させる
(準備中です)

7.まとめ

当方は仕事上、制御盤に
関わることが多いです。

7セグメント表示器は制御盤では
あまり見なくなりました。

便利なタッチパネルが
一般的になったからです。

しかし、昔製作された制御盤や
コストのかかるタッチパネルを
使うまでもない場合は

7セグメント表示器を使った方が
メリットがあります。

まだまだ、知っておいた方が
便利な表示器といえます。

7セグメント表示器はPLCからの
数字の出力表示する部品でしたが

PLCから数値を入力する
デジスイッチについても
次のページで説明していますので
ご参考ください。

 →デジスイッチとPLCでの使い方の基本

このサイトでは
シーケンス制御の講座サイト一覧も
書いていますので参考ください。

●シーケンス制御講座
 →0から始めるためのシーケンス制御講座

●シーケンサ講座
 →初心者のためのシーケンサ講座

また当方では初心者向の
教材もありますので興味があれば
以下の画像をクリックして
ご確認ください。

●リレーシーケンス教材に
 ついては以下の画像をクリック

リレーシーケンス教材リレーシーケンス教材について


●シーケンサ教材に
 ついては以下の画像をクリック

PLC(シーケンサ)教材PLC(シーケンサ)教材について