شاشات العرض ذات 7 قطاعات: دليل شامل من الأساسيات حتى التوصيل مع الأردوينو

1. المقدمة

تُستخدم شاشات العرض ذات 7 قطاعات في كل مكان، من الساعات الرقمية والآلات الحاسبة إلى أفران المايكروويف وأجهزة القياس. وتوفر هذه الشاشات طريقة بسيطة وفعالة لعرض الأرقام باستخدام مجموعة صغيرة من الـ LED المرتبة بنمط معين. وعلى الرغم من بساطتها، فإن استخدامها في الدوائر الرقمية – خصوصًا عند ربطها مع متحكمات دقيقة مثل Arduino – يتطلب فهمًا لبعض المفاهيم مثل التوصيل، وأنماط التشغيل، والقيود الكهربائية. في هذا المقال، نستعرض كيفية عمل هذه الشاشات، أشهر أنواعها، وكيفية استخدامها مع الأردوينو.

2. ما هي شاشة 7 قطاعات؟

شاشة العرض ذات 7 قطاعات هي عبارة عن مجموعة مكونة من 7 صمامات ضوئية (LEDs) منظمة في شكل يسمح بعرض الأرقام وبعض الحروف الأبجدية. تحتوي بعض الشاشات على نقطة عشرية إضافية (dp). يتم التحكم في كل قطاع (segment) على حدة.

أنواع شاشات 7 قطاعات

القطب المشترك السالب (Common Cathode - CC): جميع الأقطاب السالبة (الكاثود) متصلة ببعضها وتُربط بالأرضي. يتم تشغيل القطاع بإرسال جهد موجب إلى القطب الموجب.
القطب المشترك الموجب (Common Anode - CA): جميع الأقطاب الموجبة (الأنود) متصلة ببعضها وتُربط بجهد موجب. يتم تشغيل القطاع عند سحب التيار من القطب السالب إلى الأرضي.

عائلات AS وBS في شاشات العرض

عند اختيار شاشة عرض، انتبه إلى لاحقة اسم الموديل:

عائلة BS: تشير عادة إلى أن الشاشة من نوع القطب المشترك الموجب (Common Anode)، مثل 5161BS و3461BS-1.
عائلة AS: غالبًا ما تكون من نوع القطب المشترك السالب (Common Cathode)، مثل 5161AS.

نصيحة: تأكد دائمًا من نوع الشاشة بمراجعة ورقة البيانات (Data sheet)، لأن التوصيل الخاطئ قد يؤدي إلى عدم عرض أي شيء أو حتى تلف الشاشة.

two-families-of-7-segment-display-single-and-four-digit

3. التركيب الداخلي

تتكون كل خانة من 7 صمامات ضوئية (LED) تمثل القطاعات من a إلى g، مرتبة على شكل الرقم 8، بالإضافة إلى نقطة عشرية اختيارية (dp). في الشاشات ذات القطب المشترك الموجب، يتم توصيل جميع الأنودات معًا، ويتم التحكم في تشغيل القطاع بسحب التيار من كاثود كل قطاع.

القطب المشترك الموجب (Common Anode - CA): جميع الأقطاب الموجبة (الأنود) متصلة ببعضها وتُربط بجهد موجب. يتم تشغيل القطاع عند سحب التيار من القطب السالب إلى الأرضي.

7_segment_display_pin_outs-common-cathode

القطب المشترك السالب (Common Cathode - CC): جميع الأقطاب السالبة (الكاثود) متصلة ببعضها وتُربط بالأرضي. يتم تشغيل القطاع بإرسال جهد موجب إلى القطب الموجب.

4. أشهر أنواع شاشات العرض ورقاقاتها

4.1 الشاشات 5161BS

النوع: شاشة خانة واحدة.

التركيب: القطب المشترك الموجب (Common Anode).

عدد الأرجل: 10 أرجل (7 قطاعات + النقطة العشرية + 2 أنود).

ملاحظات التوصيل:

- يجب توصيل كلا رجلي الأنود (عادة الأرجل 3 و8) إلى الجهد الموجب VCC.
- توصيل كلاهما يقلل من المقاومة الداخلية ويمنع انخفاض الجهد داخل الشاشة.
- يتم تشغيل القطاعات بسحب التيار إلى الأرضي (LOW).
- استخدم مقاومات تقنين التيار لكل قطاع (220–330 أوم).

4.2 الشاشات 3461BS-1

النوع: شاشة مكونة من 4 خانات رقمية.

التركيب: القطب المشترك الموجب (Common Anode).

عدد الأرجل: عادة 12 إلى 16.

ملاحظات التوصيل:

- القطاعات مشتركة بين جميع الخانات.
- كل خانة لها أنود مشترك خاص بها.
- يجب استخدام تقنية "تعدد الإرسال الزمني" (Multiplexing) لعرض الأرقام بشكل متسلسل وسريع.

4.3 شاشات مزودة بواجهة I2C

بعض الشاشات الحديثة تأتي مزودة برقاقة داخلية تدعم الاتصال عبر بروتوكول I2C (أو 2-wire serial مثل TM1637). هذه الشاشات تحتوي على متحكم يقوم بإدارة تشغيل القطاعات والانتقالات بين الخانات داخليًا.

أمثلة شائعة:

HT16K33 (مستخدمة في منتجات Adafruit)
TM1637 (واجهة 2-wire مشابهة لـ I2C)

المميزات:

تحتاج فقط إلى سلكين: SDA وSCL.
لا حاجة لإدارة القطاعات يدويًا أو البرمجة المعقدة.
مناسبة للمبتدئين والمشاريع ذات المساحة المحدودة.

5. توصيل شاشة 7 قطاعات مع الأردوينو

مثال: التوصيل المباشر لشاشة 5161BS

استخدم 8 أرجل رقمية من الأردوينو للتحكم بقطاعات a–g وdp.
أوصل كلا الأنودين إلى VCC.
استخدم مقاومات (220 أوم مثلًا) لحماية القطاعات.
استخدم LOW لتشغيل القطاع (لأنها من نوع Common Anode).

arduino connection with 7-segment display


1const int segmentPins[7] = {2, 3, 4, 5, 6, 7, 8};
2
3const byte digitPatterns[10] = {
4  0b00111111, // 0
5  0b00000110, // 1
6  0b01011011, // 2
7  0b01001111, // 3
8  0b01100110, // 4
9  0b01101101, // 5
10  0b01111101, // 6
11  0b00000111, // 7
12  0b01111111, // 8
13  0b01101111  // 9
14};
15
16void setup() {
17  for (int i = 0; i < 7; i++) {
18    pinMode(segmentPins[i], OUTPUT);
19  }
20}
21
22void loop() {
23  for (int digit = 0; digit < 10; digit++) {
24    displayDigit(digit);
25    delay(1000);
26  }
27}
28
29void displayDigit(int digit) {
30  byte pattern = digitPatterns[digit];
31  for (int i = 0; i < 7; i++) {
32    bool segmentOn = pattern & (1 << i);
33    digitalWrite(segmentPins[i], segmentOn ? LOW : HIGH);
34  }
35}
36

6. نصائح عملية

استخدم مقاومات لتقنين التيار في الشاشات اليدوية.
تأكد من نوع الشاشة (Common Anode أو Cathode) قبل التوصيل.
استخدم شاشات I2C لتسهيل التوصيل وتقليل الأسلاك.
تجنب تشغيل قطاعات متعددة بدون مقاومات أو عند استخدام تيار عالٍ.

ملاحظة حول الشاشات الكبيرة

تستخدم الشاشات ذات الأحجام الكبيرة في اللوحات الإعلانية أو شاشات التوقيت الرياضي نفس المفهوم، لكنها تحتاج إلى تيار وجهد أعلى. لا يمكن تشغيلها مباشرة من المتحكم الدقيق، بل يجب استخدام ترانزستورات أو درايفرات قوية، ويتم تغذيتها بجهد خارجي (12V أو 24V). بعض هذه الشاشات تدعم التحكم عبر RS-232 أو RS-485 أو Modbus أو I2C لتسهيل دمجها مع الأنظمة الصناعية.

الخلاصة

شاشات العرض ذات 7 قطاعات تُعتبر من أبسط وأكثر المكونات فائدة في المشاريع الإلكترونية. سواء كنت تعرض رقمًا واحدًا أو ساعة رقمية بأربع خانات، فهمك لطرق التوصيل (اليدوي، أو عبر Shift Register، أو عبر I2C) سيمنحك تحكمًا كاملاً في مشاريعك الإلكترونية.

أو بإمكانك إستكشاف تصنيفات أخرى

عالم الإلكترونيات

A DIY made aircraft rc model with a transmitter

الفيزياء وميكانيكا الطيران

Children looking into a microscop in turns

الشاشات ذات السبع قطاعات