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Dernière mise à jour : 10/02/2007
Présentation
Les afficheurs à LED
sont des afficheurs qui permettent de visualiser un chiffre ou un
nombre à l'aide de segments lumineux. Les sources lumineuses
sont
internes au composant et permettent l'affichage même en pleine
nuit,
ce qui n'est pas le cas des afficheurs LCD non
rétro-éclairés. C'est quasiment toujours ce type
d'afficheur qui est utilisé sur les radio-réveils quand
la couleur des chiffres est verte ou rouge. Les afficheurs à LED
émettent la plupart du temps une lumière rouge ou verte,
mais on en trouve aussi qui rayonnent dans le bleu, bien qu'ils soient
moins répendus à cause de leur prix plus
élevé. Il existe aussi des afficheurs fluorescents
émettant une couleur bleue, mais il s'agit d'un type d'affichage
de conception totalement différente, à ne pas confondre
avec les afficheurs à LEDs bleues. A ma connaissance, on n'en
trouve pas d'afficheur à LED diffusant de
la lumière jaune.
Constitution d'un afficheur à LED
Les afficheurs à LED comportent autant de leds que
de segments à afficher, il y a une led pour
chaque segment. Chaque led est toute petite et forme juste un point
émissif, et
la lumière est ensuite diffusée sous forme d'un
baton pour représenter un segment. Imaginez simplement un
triangle dont la pointe est dirigée vers le bas (pointe = led)
et tont la surface rectiligne (base du triangle retourné) est la
partie visible du segment que l'on voit s'allumer.
Pour afficher un chiffre
compris entre 0 et 9, il faut au moins sept segments, et à
ces segments ont été par convention
attribuées les sept premières lettres de
l'alphabet : A, B, C, D, E, F et G.
Visualisation d'un chiffre
Pour afficher un chiffre donné, il suffit d'allumer les
segments qui vont bien. Par exemple, pour afficher le chiffre 1, il
faut allumer les segments (leds) B et C, et pour afficher le chiffre 2,
il faut allumer les segments A, B, G, E et D. Même principe pour
les autres chiffres.
Remarque :
l'affichage des
chiffres 6 et 9 dépend du circuit de
commande, on peut trouver ces chiffres avec ou sans queue
: segment A
allumé ou éteind pour le chiffre 6, et segment D
allumé ou éteind pour le chiffre 9.
Personnellement, je trouve l'affichage plus joli quand les queues des
chiffres sont allumées.
ou 
et
ou 
Point décimal
Certains afficheurs numériques possèdent une
huitième led ronde disposée à gauche
ou à droite des segments, destinée à
représenter le point décimal (la virgule).
Certains ont même deux points décimaux, un
à gauche et l'autre à droite. D'autres encore ont deux
points disposés du même côté, en haut et en
bas. Et pour finir, d'autres ont deux points diamétralement
opposés, en bas. Le point décimal est
généralement appelé DP (Decimal
Point).
Alimentation des segments
Comme chaque segment est une led, une résistance de limitation
de courant doit être ajoutée en série avec chacun
d'eux. Le calcul de la valeur de cette résistance de limitation
est le même que celui à appliquer pour les leds
"ordinaires", et est discuté à la page Alimentation
d'une led).
Exception : certains circuits intégrés de commande
d'afficheur disposent de sorties dont le courant est limité, par
exemple à 10 mA. Comme dans ce cas précis le courant ne
risque pas de dépasser cette limite interne, l'absence de
résistance en série avec les segments n'est pas
préjudiciable à l'afficheur.
Remarque :
la consommation d'un
afficheur unique ne doit pas être prise à la
légère. Quand tous les segments d'un seul afficheur
classique sont allumés (chiffre 8), cela représente tout
de même une consommation de l'ordre de 70 mA. Pensez-y si
l'alimentation se fait par pile...
Cathode commune ou Anode
commune
Afin de limiter le nombre de connections au composant, toutes les leds
sont réunies en commun avec une de leur deux pattes de
connection. Pour sept segments (sept leds), cela permet de
réduire le nombre de
pattes de 14 à 8. Afin de faciliter l'adaptation aux
différents
circuits de commande existants, les constructeurs ont
décidé soit de relier toutes les anodes entre
elles, soit de relier toutes les cathodes entre elles. Un
même afficheur peut donc parfois être
décliné en version "Anode commune" ou en version
"Cathode commune" (abréviations AC et CC à ne pas
confondre avec Alternatif et Continu). Il existe de ce fait deux
possibilités d'alimentation des segments (leds). Si anode
commune, on relie l'anode commune au pôle le plus positif
de l'alimentation, et on alimente chaque segment par une
tension "négative" (négative par rapport au pôle le
plus positif). Si cathode commune, on relie la cathode commune au
pôle le plus négatif de l'alimentation, et on alimente
chaque segment par une tension positive. Les deux schémas
ci-dessous montrent comment procéder au raccordement des
segments et de la connection commune pour l'affichage du chiffre 5,
dans les deux cas de figure.
Certains circuits intégrés de
commande d'afficheur, tel le CD4543, permettent de choisir (par une
simple broche de commande à placer à l'état
logique haut ou à l'état logique bas) si les
sorties suivent une logique positive ou une logique négative. Ce
type de circuit est donc à même de pouvoir piloter aussi
bien des afficheurs à anode commune qu'à cathode commune.
Bien entendu, le point commun de l'afficheur doit être
raccordé au bon pôle d'alimentation.
Expérience avec mon fiston
Pour mettre ça en pratique, j'ai monté sur une plaque
d'expérimentation, un afficheur sept segments et quelques
microswitches pour allumer les segments à volonté, un par
un :
Puis j'ai demandé à mon garçon d'activer les
microswitches nécessaires pour afficher tel chiffre ou telle
lettre. La première manip s'est soldée par un beau
Pssshhhh suivi d'un Paff ! et un segment à rendu l'âme.
C'est de ma faute, j'avais laissé les pattes des
résistances de limitation de courant trop longues, et un
court-circuit à eu lieu, alimentant le segment "a" directement
sous 9V, sans limitation de courant. Le segment s'est
éclairé pendant 2 secondes en faisant Bzzz (c'est la
première fois que j'entend une led faire du bruit), puis
à laissé une belle trace noire sur la plaque
d'expérimentation, le substrat ayant completement fondu et
crâmé. Odeur aussi forte et désagréable
qu'un condo qui pête, Timothée et moi avons bien
rigolé. Je suis sûr que vous aussi vous rigolerez si cela
vous arrive ;-).
Les
circuits de commande
Nous avons vu que pour afficher un chiffre, il faut alimenter en
tension continue les segments qui correspondent au chiffre en question.
A moins de toujours vouloir afficher le même chiffre, il est peu
probable que vous reliez "en dur" chaque segment avec sa
résistance de limitation de courant. Au lieu de ça, vous
préfèrerez sans doute pouvoir afficher n'importe quel
chiffre à partir d'un code binaire simple (de type BCD par
exemple) ou effectuer un compatge à partir d'impulsions
répétitives. Il faut admettre que ces opérations
seraient relativement compliquées à mettre en oeuvre si
vous deviez les réaliser avec des composants classiques tels que
des portes logiques, car il faut transformer un mot binaire en un
"mot spécial afficheur sept segments". Il existe
heureusement des circuits spécialisés qui se chargent de
toute la complexité du décodage, et permettent ainsi de
grandement faciliter la conceptions des montages. Les circuits
intégrés CD4511 et CD4543 sont deux exemples de
circuits assurant ce décodage "complexe" (voir exemple
d'utilisation avec un CD4543 à la page Compteur
001).
Afficheurs multiples
Quand il s'agit d'alimenter plusieurs afficheurs pour
représenter un nombre important (par exemple 2376), il est
recommandé de recourir au multiplexage avec un afficheur
multiple, plutôt que d'utiliser quatre afficheurs
commandés chacun de son côté.
Ceci pour deux
raisons. La première raison est que le nombre de
connections peut encore être réduit, puisqu'il peut passer
de 18 connections à 10 connections pour deux chiffres, et de 36
connections à 12 connections pour quatre chiffres (avec point
décimal).
La deuxième raison concerne la consommation électrique,
qui est divisée par le nombre d'afficheurs utilisés. Le
multiplexage consiste en effet à n'illuminer qu'un afficheur
à la fois : le premier, puis le second, puis le
troisième, etc, mais à une vitesse suffisement
élevée pour que l'oeil n'y voit que du feu. Ce
procédé réduit un peu la puissance lumineuse
apparente, mais cela ne pose guère de problème dans la
majorité des cas. Si la vitesse de balayage des chiffres est
trop faible, vous risquez d'observer un scintillement, un peu comme si
les afficheurs surfaient sur des vagues (on peu observer ce
phénomène sur certains radio-réveils). On retrouve
donc pour ces afficheurs
multiples, non pas une connection commune (anode commune ou cathode
commune), mais autant de connections communes qu'il y a de chiffres.
Sur les dessins ci-avant, les connections communes sont appelées
1 et 2 ou 1, 2, 3 et 4. En contrepartie de ces deux avantages, le
circuit de commande peut être un peu plus compliqué,
surtout si on décide de le réaliser avec des circuits
intégrés ordinaires.
Remarque :
vous pouvez tout
à fait utiliser des afficheurs simples (isolés) pour
constituer un afficheur multiple. Il suffit de relier en
parallèle toutes les connections des segments de même nom
: connection du segment A de l'afficheur N°1 relié en
parallèle avec la connection du segment A de l'afficheur N°2
et avec la connection du segment A de l'afficheur N°3, connection
du segment B de l'afficheur N°1 relié en parallèle
avec la
connection du segment B de l'afficheur N°2 et avec la connection du
segment B de l'afficheur N°3, etc.
Taille des afficheurs
Pour cet aspect mécanique, vous avez le choix. Il existe des
affichages miniatures qui sont tellement petits, qu'une lentille
(loupe) est nécessaire pour voir le chiffre (usage calculatrice
ou appareils de mesures). Rassurez-vous, la loupe fait partie
intégrante du système d'affichage. Il en existe aussi des
très grands, destinés à l'affichage public
(numéro d'étage dans ascensceur, affichage de scores sur
tableaux de bord). Quand il s'agit d'afficher des chiffres qui doivent
être visible depuis plusieurs dizaines ou centaines de
mètres (scores dans les stades de sport), on n'utilise plus des
afficheurs à segments simples, mais on crée des
afficheurs géants avec des segments constitués... de leds
individuelles (par exemple 60 leds pour un seul segment).
Afficheur à led avec électronique
intégrée
Pour faciliter la conception de certains circuits, des fabricants ont
eu l'idée d'incorporer une électronique
adaptée dans le boitier de l'afficheur même. Cette
électronique peut être un simple circuit de
décodage d'adresse (entrées BCD sur quatres
fils), tout comme il peut intégrer toute une logique de
comptage. Ces circuits sont certes bien pratiques mais ils
coutent cher, c'est pourquoi on ne les trouve pas
très souvent dans les réalisations personnelles.
J'ai eu l'occasion de pouvoir utiliser des TIL311 pour
réaliser un mini-fréquencemètre, il
est vrai que la réduction de taille permise par
l'intégration dans l'afficheur de toute
l'électronique de comptage, est interressante.
