시계, 계산기, 계측기에서 숫자를 보여 주는 표시기가 7세그먼트입니다. 국내에서는 FND(Flexible Numeric Display)라는 이름이 더 익숙합니다. 막대 모양 LED 일곱 개와 소수점 한 개로 숫자와 일부 문자를 나타냅니다. 이 글에서는 7세그먼트의 구조와 공통 캐소드·공통 애노드를 구분하는 방법, 세그먼트별 저항 계산, 10핀 FND-500/507의 핀 배치와 구동 방법을 정리합니다.
구조
7세그먼트는 위에서부터 시계 방향으로 a, b, c, d, e, f 여섯 개가 테두리를 이루고, 가운데 g가 있으며 소수점(dp)이 따로 있습니다. 숫자 8은 일곱 개가 모두 켜진 모양이고, 숫자 1은 b와 c만 켜집니다.
모든 세그먼트의 LED 한쪽 단자가 하나로 묶여 있는데, 어느 쪽이 묶여 있느냐에 따라 두 종류로 나뉩니다.
| 종류 | 묶인 쪽 | 켜는 방법 | 대표 부품 |
|---|---|---|---|
| 공통 캐소드(CC) | 음극(−)이 공통 | 공통 핀을 GND에, 세그먼트 핀에 High | FND-500 |
| 공통 애노드(CA) | 양극(+)이 공통 | 공통 핀을 +V에, 세그먼트 핀을 Low로 | FND-507 |
둘을 섞어 쓰면 반대로 켜지거나 켜지지 않으므로 부품 이름과 종류를 먼저 확인하세요.
10핀 FND의 핀 배치
널리 쓰이는 0.56인치 10핀 FND(FND-500, FND-507 등)는 위아래로 5핀씩이고, 공통 핀(COM)이 두 개입니다. 두 COM 핀은 내부에서 연결되어 있어 하나만 연결해도 됩니다.
| 핀 번호 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 역할 | e | d | COM | c | dp | b | a | COM | f | g |
숫자 표시면을 앞으로 보고 소수점이 오른쪽 아래에 오게 놓았을 때, 아래쪽 줄이 왼쪽부터 1~5번, 위쪽 줄이 오른쪽부터 6~10번입니다. 두 줄 사이 간격은 홀 6칸(15.24mm), 한 줄 안의 핀 간격은 2.54mm라서 만능기판에 홀 5개 × 2줄 영역으로 꽂힙니다. 패턴도의 FND-500·FND-507도 같은 배치를 씁니다.
공통 캐소드·애노드 구분하기
부품 이름이 지워졌거나 확실하지 않을 때는 멀티미터의 다이오드 측정 모드로 확인합니다.
- 멀티미터를 다이오드(▶|) 모드에 놓습니다. 빨간 단자가 +, 검정 단자가 −입니다.
- 빨간 프로브를 COM 핀(3번 또는 8번)에 대고, 검정 프로브를 다른 핀에 하나씩 댑니다. 세그먼트가 은은하게 켜지면 공통 애노드입니다.
- 반대로 검정 프로브를 COM에, 빨간 프로브를 다른 핀에 댔을 때 켜지면 공통 캐소드입니다.
파란색·흰색 LED는 멀티미터 전압이 낮아 켜지지 않을 수 있습니다. 이때는 5V 전원과 저항으로 직접 확인하세요.
세그먼트 저항
각 세그먼트는 LED이므로 전류 제한 저항이 필요합니다. 계산은 LED 전류 제한 저항과 같습니다. 5V, Vf 약 2V, 세그먼트당 약 9mA이면 (5 − 2) ÷ 0.009 ≈ 330Ω입니다. 계산기는 LED 저항 계산기를 쓰면 됩니다.
- 세그먼트마다 저항을 하나씩 두세요. COM 쪽에 저항 하나만 달면 켜진 세그먼트 수에 따라 밝기가 달라집니다(1은 밝고 8은 어두움).
- 숫자 8은 일곱 개가 켜지므로 합계 전류는
7 × 9mA ≈ 63mA입니다. 구동 IC의 허용 전류도 확인하세요.
구동 방법
디코더 IC를 쓰기
BCD(4비트 이진수)를 7세그먼트 신호로 바꿔 주는 전용 IC를 쓰면 배선이 크게 줄어듭니다.
- 74LS47: 공통 애노드용입니다. 출력이 오픈 컬렉터(Low로 당김)라서 세그먼트 저항을 달아 FND의 각 핀에 연결하고, COM은 +5V에 연결합니다.
- CD4511: 공통 캐소드용입니다. 출력이 High로 구동되어 공통 캐소드 FND에 연결합니다.
- CD4543: 래치와 위상 입력을 가진 디코더로, 공통 캐소드와 공통 애노드 모두 쓸 수 있습니다.
패턴도의 내장 IC 목록에는 74LS47, CD4511, CD4543이 있어 시뮬레이션으로 같은 회로를 확인할 수 있습니다. 74LS47 입력 핀은 A(7번), B(1번), C(2번), D(6번)이고, LT(3번), BI/RBO(4번), RBI(5번)는 평소에 +5V에 연결합니다. 실제 연결 예제는 74LS90 + 74LS47 + FND로 0~9 숫자 카운터 만들기와 DIP 스위치로 숫자를 고르는 7세그먼트 표시기에 있습니다.
마이크로컨트롤러로 직접 구동하기
세그먼트 7개(+dp)를 입출력 핀으로 각각 구동하면 디코더가 필요 없습니다. 자릿수가 늘어나면 핀이 부족해지므로, 여러 자리는 다중화(멀티플렉싱)를 씁니다. 각 자리의 COM을 순서대로 빠르게(수백 Hz 이상) 켜고, 그 자리의 세그먼트 패턴만 출력하면 눈에는 모든 자리가 동시에 켜진 것처럼 보입니다. 이때 COM에는 트랜지스터로 큰 전류를 흘려 주는 회로가 필요합니다(트랜지스터 스위치 회로).
만능기판에서 쓸 때
- 소수점이 오른쪽 아래에 오는 방향이 정상입니다. 거꾸로 꽂으면 숫자가 뒤집혀 보입니다.
- 저항 7개를 FND 근처에 일렬로 놓고 각 세그먼트 핀에 직결하면 배선이 짧아집니다.
- FND와 디코더 사이 배선이 많으므로 핀 번호를 표로 적어 두고 하나씩 체크하세요.
정리
7세그먼트는 공통 캐소드와 공통 애노드를 먼저 구분하고, 세그먼트마다 저항을 달며, 디코더 IC를 쓰면 배선이 줄어듭니다. 10핀 FND의 핀 순서(1=e, 2=d, 3=COM, 4=c, 5=dp, 6=b, 7=a, 8=COM, 9=f, 10=g)를 기억해 두세요. 다음으로 74LS·74HC 로직 게이트 기초로 디지털 IC에 익숙해지거나 바로 작품 예제를 만들어 볼 수 있습니다.