Display de 7 Segmentos
Decodificador BCD → Display 7 Segmentos (CD4511)

ELEE6 — Eletrônica Digital · Seção 3 (aula expositiva — preparação para a atividade Tinkercad)

BENINI, F. A. V. Manual Prático: Display Digital de 7 Segmentos. São Carlos: IFSP, 2026. 🔗 Acessar material

Instituto Federal de São Paulo

Prof. Fabriciu Alarcão Veiga Benini

Professor de Ensino Básico, Técnico e Tecnológico · Área Aeronáutica

Engenheiro Eletricista · Mestre em Sistemas Dinâmicos · Doutor em Telecomunicações

INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA — SÃO PAULO

Campus São Carlos

Agenda da Aula — 8 Blocos, 65 min

Depois da exposição: os alunos ficam livres para iniciar a montagem no Tinkercad, dentro do prazo estipulado.

A · 5 min

Abertura

O display do transponder

B · 8 min

Fundamentos

O que é display de 7 segmentos

C · 8 min

Arquiteturas

Cátodo Comum × Ânodo Comum

D · 8 min

Dimensionamento

Resistor limitador e consumo por dígito

E · 12 min · núcleo

Decodificador BCD → 7 segmentos

Com o CI CD4511 — coração da aula

F · 10 min

Tinkercad

Passo a passo da simulação

G · 10 min

A tarefa da Seção 3

O que entregar e avaliação

H · 4 min

Fechamento

Checkpoint

O Transponder: o Display que Mostra o Squawk

O transponder identifica a aeronave no radar; o piloto seleciona um código e o painel mostra os 4 dígitos. O display de 7 segmentos torna esses códigos legíveis no painel — é o nosso projeto da disciplina.

1200

VFR — regras de voo visual

7700

Emergência

7500

Interferência ilícita

7600

Falha de rádio

Por que 7 Segmentos na Aviação?

Rádios

Painéis de frequência

Transponders

Códigos squawk

Relógios digitais

Instrumentos de cabine

Por que 7 segmentos e não uma tela: robustez, legibilidade, baixo custo e funcionamento confiável — o que a aviação exige.

Hoje: Simulação Tinkercad

Depois: Laboratório — 1ª etapa do projeto

PARTE 1

O Display e suas Arquiteturas

Bloco B — Fundamentos do Display

7 LEDs + ponto decimal, nomenclatura a–g

Bloco C — Cátodo Comum × Ânodo Comum

Qual nível lógico acende o segmento em cada uma

Base para tudo o que vem depois: cálculo, decodificador, Tinkercad e relatório.

O que é um Display de 7 Segmentos

  • • 7 LEDs (diodos emissores de luz) dispostos em formato de "8"
  • • + 1 LED extra para o ponto decimal (DP)
  • • Cada dígito (0–9) é uma combinação de segmentos acesos
  • • Também permite representar alguns caracteres hexadecimais (A–F) — menção breve
7 LEDs + DP

Construção animada:

Diagrama dos segmentos a–g e DP do display de 7 segmentos

Segmentos a–g + ponto decimal (DP)

Nomenclatura: Segmentos a–g + DP

Sentido horário a partir do topo: a (superior), b e f (laterais superiores), g (central), c e e (laterais inferiores), d (inferior); DP no canto inferior direito.

Convenção de cores

Entradas A–D (maiúsculas, em AZUL) · Segmentos a–g (minúsculas, em LARANJA)

⚠️ As letras maiúsculas A–D ainda não apareceram na aula: são as 4 entradas do circuito — os 4 bits do código BCD vindos das chaves. Elas entram no Bloco E (decodificador CD4511). Os segmentos do display ficam em minúsculas (a–g) justamente para não confundir as entradas (A–D) com as saídas (a–g).

0

a b c d e f

1

apenas b e c

8

todos os 7

A tabela completa dos 10 dígitos vem no Bloco E.

Diagrama dos segmentos a–g e DP

Segmentos do display em minúsculas (a–g) · Entradas BCD em maiúsculas (A–D)

🧠 BCD × Hexadecimal: o código BCD (Decimal Codificado em Binário) usa 4 bits por dígito — a mesma base do hexadecimal, que também codifica cada símbolo com 4 bits (0–9 e A–F). A diferença: o BCD só utiliza as 10 primeiras combinações (0000–1001 = dígitos 0–9). As combinações 1010–1111 — que em hexadecimal são as letras A, B, C, D, E, F — são inválidas no BCD (o decodificador apaga o display).

Cátodo Comum (CC) — Acende com Nível 1

  • • Todos os cátodos (terminais negativos) dos LEDs unidos internamente num terminal comum
  • • Terminal comum vai ao terra (GND — ground)
  • • Segmento acende com nível lógico 1 (tensão positiva no pino do segmento)
  • • Configuração mais comum — é a do display do Tinkercad
Tinkercad usa CC

Ânodo Comum (AC) — Acende com Nível 0

Todos os ânodos (terminais positivos) unidos; terminal comum vai ao VCC (alimentação positiva). Segmento acende com nível lógico 0 (pino do segmento aterrado).

Cátodo Comum (CC)Ânodo Comum (AC)
ComumGNDVCC
Acende com10
RegraCC = 1 · AC = 0

Tinkercad: display Cátodo Comum (único tipo da biblioteca). No almoxarifado existem os dois — no laboratório a equipe escolhe e justifica no relatório.

Consequência: no Tinkercad usamos display CC + CI CD4511 (decodificador para CC)

PARTE 2

Dimensionamento

Bloco D: o resistor limitador de corrente (obrigatório em cada segmento) e o consumo por dígito.

Resposta à pergunta prática: 220 Ω

Esses valores entram na lista de materiais do relatório (parte b).

Por que o Resistor é Obrigatório

  • • LED sem controle de corrente → sobrecorrente → queima (corrente máxima contínua: 20–25 mA)
  • • Corrente recomendada por segmento: 10–15 mA
  • • LED vermelho: tensão direta típica VLED ≈ 2,0 V (faixa 1,8–2,1 V)
  • • O resistor em série limita a corrente do conjunto LED + resistor

Cálculo do Resistor Limitador

R = (Vfonte − VLED) / ILED

Lei de Ohm aplicada ao LED + resistor — um resistor em série com cada segmento a–g.

Exemplo trabalhado

R = (5,0 − 2,0) / 0,015 = 200 Ω

Regra

Usar o valor comercial igual ou superior ao calculado

Resultado

220 Ω — 7× (um por segmento)

O DP pode ficar sem resistor se não for usado.

Consumo por Dígito: 150 a 525 mW

P = Vfonte × I = 5 V × 15 mA = 75 mW por segmento

  • • Dígito 1 (2 segmentos: b e c) ≈ 150 mW — consumo mínimo
  • • Dígito 8 (7 segmentos) ≈ 525 mW — consumo máximo
  • • O dígito exibido muda o consumo → importa para dimensionar a fonte, especialmente com vários dígitos (multiplexação — Bloco E)

Barras de consumo (animação):

Gráfico de consumo por dígito (mW)

Consumo por dígito — 150 mW (1) a 525 mW (8)

PARTE 3 · 12 min — o coração da aula

O Núcleo da Aula

O decodificador como circuito combinacional (Seção 2) que recebe BCD (Seção 1) e entrega os 7 segmentos. A tabela-verdade é a base da parte (a) do relatório. O CI CD4511 é o coração da montagem do Tinkercad.

Recapitulação: BCD — Binary Coded Decimal

BCD (Decimal Codificado em Binário): cada dígito decimal é representado por 4 bits. 0000 = 0 … 1001 = 9. É a entrada do nosso circuito: 4 bits BCD.

BCD (A B C D)Decimal
00000
00011
00102
00113
01004
01015
01106
01117
10008
10019

Combinações inválidas em BCD: 1010–1111

O CD4511 apaga o display (veremos no Tinkercad).

Contador animado:

O Problema: 4 bits de Entrada → 7 Segmentos de Saída

  • • Entrada: 4 bits BCD — A, B, C, D (A = MSB — Most Significant Bit, bit mais significativo)
  • • Saída desejada: acender combinações de 7 segmentos (a–g)
  • • Solução: um circuito combinacional (conceito da Seção 2) — o decodificador
  • • O decodificador: 4 entradas → 7 saídas; cada saída (a–g) é uma função booleana das entradas

A Tabela-Verdade é a Ponte: como ler e preencher

Cada linha da tabela = um dígito (0–9) com os 7 segmentos acesos (1) ou apagados (0).

Método

"Neste dígito, o segmento X está aceso?" — sim → 1; não → 0 (mesmo raciocínio de tabela-verdade da Seção 2).

Exemplo: dígito 0

Segmento a acende (1); segmento g NÃO acende (0).

Template do relatório (parte a)

Coluna a preenchida como exemplo; colunas b–g em branco para a equipe preencher.

Diagrama dos segmentos a–g e DP para apontar durante a leitura

Apontar os segmentos durante a leitura da tabela

Tabela-Verdade Completa: Dígitos 0–4 (conferência)

Dígito ABCD abcdefg
000001111110
100010110000
200101101101
300111111001
401000110011

A equipe preenche o template por conta própria; esta tabela é para conferência. Entradas A–D em azul; segmentos a–g em laranja.

Display

Tabela-Verdade Completa: Dígitos 5–9 (conferência)

Dígito ABCD abcdefg
501011011011
601101011111
701111110000
810001111111
910011111011

Conferir na simulação: cada combinação de chaves deve reproduzir exatamente esta tabela. Base da parte (a) do relatório.

Display

O CI CD4511 — o Coração da Montagem

  • • Decodificador BCD → 7 segmentos para display Cátodo Comum (saídas ativas em nível 1)
  • • Família CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor), com latch interno
  • • Entradas: 4 bits BCD — no CI, pino A = LSB e pino D = MSB (convenção oposta à da aula — Bloco F)
  • • Saídas: 7 linhas (a–g)
  • • Funções extras: LT (lamp test), BL (blank), LE (latch enable)

Equivalência almoxarifado: HCF4511BE

Mesma função, mesmo encapsulamento, fabricante diferente — o que simulamos é o que montaremos no laboratório.

Menção complementar: 74LS47 (display AC) e 74LS48 (display CC) — família TTL (Transistor-Transistor Logic).

Pinagem DIP-16 (animação):

Para Onde Vamos: Multiplexação (avançado)

Cortar se houver atraso
  • • Vários dígitos pelo método direto = muitos pinos (ex.: 4 displays = 32 pinos)
  • • Multiplexação: segmentos em paralelo + acionamento sequencial acima de 50 Hz
  • • Explora a persistência da visão: 11 pinos para 4 displays (7 segmentos + 4 comuns)
  • • É o caminho para o transponder completo (4 dígitos) nas próximas etapas

Acionamento sequencial (animação):

Esquema de multiplexação de 3 displays de 7 segmentos

Esquema multiplexado — 3 dígitos compartilhando os segmentos

PARTE 4 · 10 min

Mãos à Obra: Tinkercad Passo a Passo

Exatamente o que clicar e montar no Tinkercad — e os erros típicos para evitar.

Ao final, cada equipe sabe montar:

4 chaves BCD → CI CD4511 → display de 7 segmentos

Passos 1–3: Abrir o Tinkercad e Adicionar os Componentes

1

Tinkercad → Circuits (Circuitos) → Criar novo circuito

2

Componentes

  • Fonte de 5 V
  • Display de 7 segmentos (no Tinkercad é Cátodo Comum — confirmar na descrição e anotar o mapeamento de pinos a–g + comuns)
  • CI CD4511
  • 7 resistores de 220 Ω
  • 4 chaves deslizantes SPDT (Single Pole Double Throw — um polo, dois contatos)
3

Cada chave SPDT liga direto em 5 V (nível 1) ou GND (nível 0)

Sem pull-down, sem entradas flutuantes.

Mapeamento de pinos a–g + DP do display

Mapeamento de pinos a–g + DP do display

Passo 4: Ligação do CD4511 — Atenção ao Bit-Reversal!

No datasheet do CD4511: pino A = LSB e pino D = MSB — convenção OPOSTA à da aula (A = MSB).

Chave (aula)→ Pino do CD4511
Chave A (MSB)pino D
Chave Bpino C
Chave Cpino B
Chave D (LSB)pino A

Exemplo: chaves 0101 (dígito 5)

CI recebe D=0, C=1, B=0, A=1 → exibe 5 corretamente

Pinos de função (obrigatório)

LT (lamp test) e BL (blank) → VCC (nível 1) · LE (latch enable) → GND (nível 0). Se LE ficar em 1, o display trava o último valor (latch interno) e o teste dos 10 dígitos falha!

Ligação cruzada (animação):

Passos 5–6: Ligar o Display e Testar os 10 Dígitos

5

Display CC: terminal comum → GND

O display do Tinkercad tem 2 pinos de comum (superior e inferior) — conectar AMBOS ao GND.

Cada segmento a–g → saída correspondente do CD4511 via resistor de 220 Ω.

Rotular as chaves: A = MSB à esquerda; B, C, D em seguida; D = LSB à direita (conforme a tabela-verdade).

6

Testar: percorrer BCD 0000 → 1001

Conferir cada dígito contra a tabela-verdade do Bloco E.

Exemplo: dígito 5 = chaves A=0, B=1, C=0, D=1 (da esquerda para a direita).

Teste automático 0 → 9 (animação):

Checklist Anti-Falha: Erros Típicos

Cada card vira para revelar a correção (animação).

❌ Comum do display no lugar errado — CC → GND é obrigatório (se inverter com VCC, nada acende ou tudo acende)

❌ Resistor esquecido — LED "queima" visualmente ou fica irregular na simulação

❌ Pinos de segmento trocados — dígitos errados (ex.: segmento a no lugar do f)

❌ Chaves na ordem errada (A↔D invertidos) — todos os dígitos saem errados; conferir rótulos e a ligação cruzada (chave A → pino D do CI)

✅ Combinações 1010–1111 (inválidas em BCD): o CD4511 apaga o display — comportamento padrão, registrar no relatório (parte c)

PARTE 5 · 10 min

A Tarefa da Seção 3

Critérios claros e mensuráveis — o aluno sai da aula sabendo exatamente o que produzir.

Entregável:

Simulação no Tinkercad + relatório PDF com 3 partes

A Tarefa: Equipes e Circuito

  • • Formação: equipes de 3 alunos — inscrição livre (choicegroup no Moodle)
  • • Tarefa: montar e simular no Tinkercad o circuito 4 chaves BCD → CI CD4511 → display de 7 segmentos (contexto transponder)
  • • Os alunos ficam livres para iniciar a montagem no Tinkercad, dentro do prazo estipulado.
  • • É a 1ª etapa do projeto: o circuito simulado será montado fisicamente no laboratório
1ª etapa do projeto

Fluxo do circuito (animação):

Entregável: Relatório PDF com 3 Partes

a

Tabela-verdade preenchida

Dígitos 0–9 × segmentos a–g (template com a coluna a preenchida como exemplo; b–g preenchidas pela equipe) + lista de dígitos com segmentos acesos

b

Lista de materiais

Conforme a planilha do almoxarifado, com quantidades e justificativa da escolha

c

Resultados da simulação

Link do circuito Tinkercad compartilhado + evidência de funcionamento (prints sequenciais dos dígitos 0–9 — o Tinkercad não grava vídeo) + registro do comportamento das combinações inválidas (1010–1111) com comentário de 1 frase (BCD só usa 0000–1001)

Exemplo: Lista de Materiais (Modelo de Preenchimento)

# Item Especificação Qtd Código almoxarifado Justificativa
1Display 7 segmentosCátodo Comum (CC), vermelho17 SEG. CATODO COMUMDisplay do Tinkercad é CC; comum → GND
2CI decodificadorHCF4511BE (BCD → 7 seg)1HCF4511BEEquivalente ao CD4511 do Tinkercad; para display CC
3Resistor220 Ω, 1/4 W7220RR = (5,0−2,0)/0,015 = 200 Ω → 220 Ω comercial. Um por segmento
4ChavesChave deslizante (SPDT)4—Entradas BCD A, B, C, D
5Fonte5 V1—Alimentação do circuito
6FiosJumpers~20—Conexões do circuito

Regra: usar o nome/código exato do item na planilha quando existir; "—" para itens genéricos (chaves, fios, fonte).

Critérios de Avaliação (transparentes)

✓

Tabela-verdade correta (conferida contra o display)

✓

Lista de materiais compatível com a planilha do almoxarifado (CI coerente com o tipo de display — justificativa)

✓

Simulação funcionando: os 10 dígitos corretos + evidência no relatório

✓

Registro do comportamento das combinações inválidas (1010–1111)

✓

O relatório vira o guia da montagem real no laboratório

⚠️ Não é cobrado: derivação de expressões nem simplificação

Recap: As 4 Decisões da Aula

1

CC acende com 1; AC acende com 0

Cátodo Comum × Ânodo Comum

2

Resistor de 220 Ω

200 Ω calculado → valor comercial

3

BCD = 4 bits, dígitos 0–9

1010–1111 inválidas → CD4511 apaga

4

Tinkercad: display CC + CD4511

Laboratório: HCF4511BE (equivalente)

Checkpoint: 3 Perguntas (responda em voz alta)

Resposta em voz alta, antes de revelar — conferir no slide seguinte. Clique em um card para virar.

?

Pergunta 1: "O dígito 1 acende quais segmentos?"

✓

Resposta: b e c

?

Pergunta 2: "No Tinkercad, o display é Cátodo Comum ou Ânodo Comum?"

✓

Resposta: Cátodo Comum — comum no GND; acende com nível 1

?

Pergunta 3: "Fonte 5 V, LED 2 V, corrente 15 mA: qual resistor usar?"

✓

Resposta: R = (5,0 − 2,0) / 0,015 = 200 Ω → 220 Ω comercial

Respostas e Próximos Passos

Resposta 1

b e c — segmentos laterais direitos

Resposta 2

Cátodo Comum — comum no GND; acende com nível 1

Resposta 3

R = (5,0 − 2,0) / 0,015 = 200 Ω → 220 Ω comercial

Próximos passos:

Formar as equipes no Moodle (choicegroup)

→

Iniciar a montagem no Tinkercad (alunos livres para iniciar dentro do prazo estipulado)

→

Entregar o relatório (prazo conforme Moodle)

Referências: Manual Prático — Display Digital de 7 Segmentos (Google Docs da Seção 3); datasheet do CD4511/HCF4511BE (link no Moodle).

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