７セグメント表示器

１－（１）．７セグメントＬＥＤ表示器とは ７セグメントＬＥＤとは数字表示のための７個のＬＥＤと小数点（Ｄ

Ｐ）表示のためのＬＥＤが１つの部品にまとめられたＬＥＤで、１つで

１桁分の数字を表示できる。 内部接続の方法によりアノード・コモンとカソード・コモンの２種類

ある。

１－（２）．７セグメントＬＥＤのスタティック駆動 図３の回路はマイコンの出力ポートからドライバ（電流増幅回路）ＩＣを利用して７セグメントＬＥ

Ｄを駆動する回路である。マイコンから０～９に相当する点灯パターンデータを与えるとセグメントが

点灯し、パターンデータに対応した数字が表示される。 この回路では各セグメントが入力データに応じて常時点灯している。このような表示方式を「スタテ

ィック駆動」という。 スタティック駆動は、使用するポートが桁ごとに必要になるため、表示桁数が多くなるとその分だけ

ポートを浪費することになる。また、常時ＬＥＤを点灯しているため消費電力も多くなるなどの欠点が

ある。そこで複数桁を使用する場合は後述するダイナミック駆動を利用する。

図１．アノード・コモン 図２．カソード・コモン

問題． 図の回路において、「３」と

いう数字を表示したい場合、

マイコンポートからどのよう

なデータを出力すべきか？

図３．スタティック駆動回路

D C B A

0 0 0 0 0

1 0 0 0 1

2 0 0 1 0

3 0 0 1 1

4 0 1 0 0

5 0 1 0 1

6 0 1 1 0

7 0 1 1 1

8 1 0 0 0

9 1 0 0 1

表示入力コード

１－（３）．デコーダＩＣによるスタティック駆動回路 マイコンからデコーダＩＣの入力Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄに０～９に相当するＢＣＤコードを与えると数字に

対応したセグメントが点灯する。１桁あたり４本の線が必要なので８ビットのポートならば２桁を表示

することができる。 １－（４）．７セグメントＬＥＤのダイナミック駆動 １桁ごとに有効な桁数を切り替え、順番にセグメントＬＥＤを点灯させる方法をダイナミック駆動と

呼ぶ。表示桁数が多い場合は桁ごとのセグメントデータ信号線が必要になり配線数や回路規模が大きく

なる。そこで、１桁ずつ表示させこれを高速に切り替えることで視覚の残像を利用し、全桁が同時に点

灯しているように見せている。この方法によると桁有効信号と１桁分のセグメントデータ信号線により

複数のセグメントＬＥＤを駆動することができるため桁数分の出力ポートを省略することができる。 ただし、配線数が減るかわりに、桁数分のドライブ回路が必要になることとプログラムも複雑になる。

また、桁数を増やしていくと１桁当たりの点灯時間が減り輝度が低下するため８桁以上は実用的でない。

図４．デコーダＩＣによるスタティック駆動回路

図５．ダイナミック駆動回路のタイムチャート

表１．入力コードと表示数字

１－（５）．ダイナミック駆動回路 ７ＳｅｇＬＥＤを点灯させるには桁信号とセグメントデータ信号を出力する必要がある。４桁分の７

ＳｅｇＬＥＤがあれば、それぞれの桁信号を有効にし、セグメントデータを出力することで１桁分のＬ

ＥＤが点灯することになる。これを順次数ｍｓ程度の周期で繰り返すことにより全桁を表示させること

ができる。 スタティック駆動の場合、ＬＥＤには１０～２０ｍＡの電流を流して点灯させるが、ダイナミック駆

動の場合は輝度を確保するために４０ｍＡ程度のパルス電流を流す必要がある。 そのため、デバックの際にＬＥＤが常時点灯状態になるとＬＥＤを傷めてしまうので注意が必要であ

る。また、１桁分の７ＳｅｇＬＥＤの駆動には最大で３２０ｍＡ（４０ｍＡ×８）の電流が必要になる

ため、ポートから７ＳｅｇＬＥＤ駆動するには大電流ドライブ回路が必要になる。 図７．ドライバ回路によるダイナミック駆動回路（４桁分）

図６．ドライバ回路によるダイナミック駆動回路（１桁分）

c

a b

e

gf

d dp

a

b

cd

e

fg

dp

10 9 8 7 6

1 2 3 4 5

com

com

７セグメントＬＥＤ ＴＬＲ３０６（東芝） アノードコモンタイプ ●ダーリントン・ソース・ドライバ ＴＤ６２７８３（東芝）

ＴＤ６２７８３は８回路入りの非反転型のトランジスタアレイで、誘導性負荷駆動時に発生する逆起

電力をクランプする出力クランプダイオード、ベース電流を制限する入力抵抗が内蔵されている。 （１）ＴＤ６２０７８３（東芝）の基本回路とピン配置

（２）最大定格

製作課題 次の回路をブレッドボード上に製作せよ。

プログラミング実習３ プログラム課題３－１ ボリューム抵抗の電圧をＡＤ変換し、そのデジタル値を４桁の７セグメントＬＥＤに表示せよ。

プログラム課題３－２ ボリューム抵抗の電圧をＡＤ変換し、その電圧値を４桁の７セグメントＬＥＤに表示せよ。

プログラム課題３－３ スタート、ストップ、リセット機能つきのストップウォッチを製作せよ。 ００．０１秒から５９．９９秒まで表示、計測できるようにすること。

シリアル―パラレル変換インターフェース

マイコンの出力ポートには限りがある。最近のマイコンは

ワンチップマイコンのため容易にポートを増設することはで

きない。ポート数を増やすにはもうひとつのマイコンを使用

するなど考えられるが、マイコン間の接続とプログラム処理

を行う必要があるため現実的ではない。そこで手軽な方法の

１つとしてシフトレジスタの利用がある。 シフトレジスタとはクロック信号ごとに入力データを取り込むと同時に、データを１ビットずつシフ

トさせ、データを出力する機能をもったデジタルＩＣである。これを利用することにより、1 ビットの

データ入力と８回のクロック信号で８ビットのデータを出力することができる。 しかし、単純にデータを送るとシフトレジスタ出力が逐次変化してしまうので、シフトレジスタの出

力側にラッチ機能を用意し、シフト完了後にパラレルデータをラッチさせ、８ビット同時に出力を変化

させる必要がある。ラッチ機能とはデータを記憶する機能である。（図１） 出力データのラッチ機能をもったシフトレジスタとして、７４ＨＣ５９５がある。 このＩＣを利用することでシリアルデータをパラレルデータに変換することが可能となる。また、後

段にシフトレジスタを追加することで出力ポートを増設することも可能である。（図２）

図１．ラッチ機能付きシフトレジスタの動作

●ラッチ機能付きシフトレジスタ ７４ＨＣ５９５ ＴＣ７４ＨＣ５９５Ａ は、シリコンゲート、高速ＣＭＯＳ、８ビットシフトレジスタ／ラッチ。Ｃ

ＭＯＳの特長である低い消費電力で、高速動作を実現できる。 ＳＣＫの立ち上がりでシフトレジスタに読み込まれたデータは、ＲＣＫの立ち上がりによりストレー

ジレジスタに取り込むことができる。このため、データ転送モードでは、出力をホールドすることがで

きるようになる。また、並列出力はスリーステート構造のため、８ビットのバスラインと直結できる。 データ直並列変換、データレシーバなどに適する。

（１）絶対最大定格

（２）真理値表

７４ＨＣ５９５のピン配置

製作課題１ 次の回路を製作し、シフトレジスタの動作とラッチ機能について確認せよ。

製作課題２ 上記の回路を利用してシフトレジスタを利用した７セグメントＬＥＤ駆動回路を製作せよ。

プログラミング実習４ プログラム課題４－１ スタート、ストップ、リセット機能つきのストップウォッチを製作せよ。

ドットマトリクスＬＥＤ表示器

１－（１）ドットマトリクスＬＥＤとは 縦、横に複数のＬＥＤを配置して点灯させるＬＥＤのパターンにより

文字や数字、模様などを表現することができるデバイスである。内部の

ＬＥＤはマトリクス状に接続されており、７セグメントＬＥＤと同じようにダイナミック駆動により駆

動する。ドットマトリクスでは縦（列）、横（行）をそれぞれ「カラム」（ｃｏｌｕｍｎ）、「ロウ」（ｒ

ｏｗ）と呼ぶ。 図１に８×８ドットマトリクスの内部構造を示す。 図２にドットマトリクスの基本駆動回路を示す。ＬＥＤに順方向電流を流すようにソースドライバ

（ＰＮＰトランジスタ）とシンクドライバ（ＮＰＮトランジスタ）を組み合わせた回路構成になってい

る。

図１．ドットマトリクスの内部構造

１－（２）ドットマトリクスのダイナミック駆動回路 ドットマトリクスＬＥＤ全体を表示するにはダイナミック駆動を行う必要がある。図３にドットマト

リクスのダイナミック駆動回路を示す。 ＲＯＷ側の行を有効にした後、その行に対応した点灯パターンデータをＣＯＬ側から出力する。これ

を８行分順番に繰り返し、視覚の残像を利用することでマトリクス全体にパターンが表示されるように

見える。図４にそのダイナミック駆動回路のタイムチャートを示す。 また、ＣＯＬ側の列を有効にし、その列に対応した点灯パターンをＲＯＷ側から出力する方法もある。

図２．ドットマトリクスの基本駆動回路

図３．ダイナミック駆動回路

製作課題 次の回路をブレッドボード上に製作せよ。

図４．ダイナミック駆動のタイムチャート