Siebensegmentanzeige - Seven-segment display

Eine typische 7-Segment- LED- Anzeigekomponente mit Dezimalpunkt in einem breiten DIP- 10-Gehäuse

Eine Sieben-Segment - Anzeige ist eine Form der elektronischen Anzeigevorrichtung zum Anzeigen von dezimalen Ziffern , die eine Alternative zu dem komplizierteren ist Punktmatrix - Displays .

Sieben-Segment-Anzeigen werden häufig in Digitaluhren , elektronischen Zählern, einfachen Taschenrechnern und anderen elektronischen Geräten verwendet, die numerische Informationen anzeigen.

Geschichte

Sieben-Segment-Darstellungen von Figuren können bereits 1903 in Patenten gefunden werden (im US-Patent 1,126,641 ), als Carl Kinsley ein Verfahren erfand, Buchstaben und Zahlen telegrafisch zu übertragen und sie in einem segmentierten Format auf Band drucken zu lassen. 1908 erfand FW Wood eine 8-Segment-Anzeige, die die Zahl 4 unter Verwendung eines diagonalen Balkens anzeigte ( US-Patent 974,943 ). Im Jahr 1910 wurde eine von Glühbirnen beleuchtete Siebensegmentanzeige an einer Signaltafel im Kesselraum eines Kraftwerks verwendet. Sie wurden auch verwendet, um Operatoren beim Übergang von der manuellen zur automatischen Telefonwahl die gewählte Telefonnummer anzuzeigen. Erst mit dem Aufkommen der LEDs in den 1970er Jahren erreichten sie eine weite Verbreitung .

Filament-Sieben-Segment-Anzeige

Einige frühe Sieben-Segment-Anzeigen verwendeten Glühfäden in einer evakuierten Glühbirne; sie werden auch als Numitronen bezeichnet. Eine Variante (Minitrons) nutzte eine evakuierte Topfkiste . Minitrons sind Filament-Segmentanzeigen, die wie moderne LED-Segmentanzeigen in DIP-Gehäusen untergebracht sind. Sie können bis zu 16 Segmente haben . Es gab auch Segmentanzeigen, die anstelle von LEDs oder Glühfäden kleine Glühbirnen verwendeten. Diese funktionierten ähnlich wie moderne LED-Segmentanzeigen.

In den 1970er Jahren wurden auch vakuumfluoreszierende Display- Versionen verwendet.

Bei vielen frühen (ca. 1970er) LED-Siebensegmentanzeigen war jede Ziffer auf einem einzigen Chip aufgebaut . Dadurch wurden die Ziffern sehr klein. Einige fügten dem Design Vergrößerungslinsen hinzu, um die Ziffern besser lesbar zu machen.

Das Sieben-Segment - Muster wird manchmal in Plakaten oder Tags verwendet, in denen der Benutzer entweder Farbe vorgedruckt Segmente gelten, oder gilt Farbe durch eine Sieben-Segment - digit - Vorlage , zu compose Figuren wie Produktpreise oder Telefonnummern.

Für viele Anwendungen haben Punktmatrix-LCDs im Allgemeinen LED-Anzeigen weitgehend abgelöst, obwohl selbst bei LCDs Sieben-Segment-Anzeigen üblich sind. Im Gegensatz zu LEDs sind die Formen der Elemente in einem LCD-Panel willkürlich, da sie durch Photolithographie auf dem Display gebildet werden . Im Gegensatz dazu neigen die Formen von LED-Segmenten dazu, einfache Rechtecke zu sein , was die Tatsache widerspiegelt, dass sie physisch geformt werden müssen, was es schwierig macht, komplexere Formen als die Segmente von 7-Segment-Anzeigen zu bilden. Jedoch ist der hohe Erkennungsfaktor von Sieben-Segment - Anzeigen, und der vergleichsweise hohe visuelle Kontrast , erhielten durch solche Displays relativ zu Punkt-Matrix - Ziffern, macht Sieben-Segment mehrstelligen LCD - Bildschirme auf Grund sehr häufig Rechner .

Die Sieben-Segment-Anzeige hat Schriftdesigner dazu inspiriert, Schriften zu erstellen, die an diese Anzeige erinnern (aber besser lesbar), wie New Alphabet , "DB LCD Temp", "ION B" usw.

Unter Verwendung einer begrenzten Anzahl von Buchstaben, die wie (auf dem Kopf stehende) Ziffern aussehen, werden Sieben-Segment-Anzeigen häufig von Schulkindern verwendet, um Wörter und Sätze mit einer Technik zu bilden, die als " Rechnerbuchstabierung " bekannt ist.

Implementierungen

Eine gemultiplexte 4-stellige Sieben-Segment-Anzeige mit nur 12 Pins
Acht kleine rechteckige Kleckse, das sind die Ziffern, die durch feine haarähnliche Drähte zu Spuren entlang einer Leiterplatte verbunden sind
Röntgenbild einer 8-stelligen 7-Segment-Multiplex-LED-Anzeige eines Taschenrechners aus den 1970er Jahren

Siebensegmentanzeigen können eine Flüssigkristallanzeige (LCD), eine Leuchtdiode (LED) für jedes Segment, eine elektrochrome Anzeige oder andere lichterzeugende oder steuernde Techniken wie Kaltkathodengasentladung (Panaplex), Vakuumfluoreszenz verwenden (VFD), Glühfäden (Numitron) und andere. Für Benzinpreis- Totems und andere große Schilder werden weiterhin häufig Flügeldisplays verwendet , die aus elektromagnetisch umgedrehten lichtreflektierenden Segmenten (oder "Flügeln") bestehen. Ein Vorläufer der 7-Segment-Anzeige in den 1950er bis 1970er Jahren war die Neonlampen-ähnliche Nixie-Röhre mit Kaltkathode . Ab 1970 verkaufte RCA ein Anzeigegerät namens Numitron , das Glühfäden verwendet, die in einer Sieben-Segment-Anzeige angeordnet sind. In der UdSSR enthält der erste elektronische Taschenrechner "Vega", der ab 1964 hergestellt wurde, 20 Dezimalstellen mit 7-Segment-Elektrolumineszenzanzeige.

In einem einfachen LED-Package sind typischerweise alle Kathoden (negative Anschlüsse) oder alle Anoden (positive Anschlüsse) der Segment-LEDs verbunden und an einen gemeinsamen Pin herausgeführt; dies wird als "gemeinsame Kathode" oder "gemeinsame Anode" bezeichnet. Daher benötigt ein Gehäuse mit 7 Segmenten plus Dezimalpunkt nur neun Pins, obwohl kommerzielle Produkte typischerweise mehr Pins und/oder Räume enthalten, in die Pins gehen würden, um zu Standard- IC- Sockeln zu passen. Es gibt auch integrierte Anzeigen mit ein- oder mehrstelliger Anzeige. Einige dieser integrierten Displays verfügen über einen eigenen internen Decoder , die meisten jedoch nicht: Jede einzelne LED wird wie beschrieben auf einen Anschlussstift geführt.

Mehrstellige LED-Anzeigen, wie sie in Taschenrechnern und ähnlichen Geräten verwendet werden, verwenden Multiplex-Anzeigen , um die Anzahl der zur Steuerung der Anzeige erforderlichen E/A-Pins zu reduzieren. Zum Beispiel wären alle Anoden der A-Segmente jeder Ziffernposition miteinander und mit einem Treiberschaltungsstift verbunden , während die Kathoden aller Segmente für jede Ziffer verbunden wären. Um ein bestimmtes Segment einer beliebigen Ziffer zu betreiben, würde die steuernde integrierte Schaltung den Kathodentreiber für die ausgewählte Ziffer und die Anodentreiber für die gewünschten Segmente einschalten; dann würde nach einem kurzen Austastintervall die nächste Ziffer ausgewählt und neue Segmente leuchten sequentiell auf. Auf diese Weise würde eine achtstellige Anzeige mit sieben Segmenten und einem Dezimalpunkt nur 8 Kathodentreiber und 8 Anodentreiber anstelle von vierundsechzig Treibern und IC-Pins erfordern. Bei Taschenrechnern werden die Ziffern-Treiberleitungen oft auch zum Scannen der Tastatur verwendet, was weitere Einsparungen ermöglicht; das gleichzeitige Drücken mehrerer Tasten würde jedoch zu ungeraden Ergebnissen auf der Multiplex-Anzeige führen.

Obwohl mit bloßem Auge alle Ziffern einer LED-Anzeige erleuchtet erscheinen, leuchtet in einer Multiplex-Anzeige immer nur eine Ziffer. Die Ziffer ändert sich so schnell, dass das menschliche Auge das Blinken nicht sehen kann (bei früheren Geräten konnte es für das periphere Sehen sichtbar sein).

Zeichen

Die einzelnen Segmente einer Sieben-Segment-Anzeige

Die sieben Segmente sind als Rechteck aus zwei vertikalen Segmenten auf jeder Seite mit einem horizontalen Segment oben, in der Mitte und unten angeordnet. Oft ist das Rechteck schräg (schräg), was die Lesbarkeit erleichtert. In den meisten Anwendungen sind die Segmente von nahezu einheitlicher Form und Größe (normalerweise längliche Sechsecke , obwohl auch Trapeze und Rechtecke verwendet werden können), obwohl im Fall von Rechenmaschinen die vertikalen Segmente länger und an den Enden seltsamer geformt sind Bemühungen, die Lesbarkeit weiter zu verbessern. Die sieben Elemente des Displays können in verschiedenen Kombinationen beleuchtet werden, um die arabischen Ziffern darzustellen .

Die Segmente werden mit den Buchstaben A bis G bezeichnet, wobei der optionale Dezimalpunkt (ein "achtes Segment", als DP bezeichnet) für die Anzeige von nicht ganzzahligen Zahlen verwendet wird. Ein einzelnes Byte kann den vollständigen Zustand einer 7-Segment-Anzeige inklusive Dezimalpunkt kodieren. Die beliebtesten Bitcodierungen sind gfedcba und abcdefg . In der gfedcba- Darstellung würde ein Byte-Wert von 0x06 die Segmente 'c' und 'b' aktivieren, was eine '1' anzeigen würde.

16×8-Raster mit 128 Zuständen einer Sieben-Segment-Anzeige

Dezimal

Die Ziffern 0 bis 9 sind die gebräuchlichsten Zeichen, die auf Sieben-Segment-Anzeigen angezeigt werden. Die am häufigsten verwendeten Muster für jedes dieser Muster sind:

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Alternative Muster: Die Ziffer 1 kann mit den linken Segmenten dargestellt werden, die Ziffern 6 und 9 können ohne „Schwanz“ dargestellt werden und die Zahl 7 kann mit einem „Schwanz“ dargestellt werden:

1* 6 7 9

In Unicode 13.0 wurden 10 Codepunkte für die segmentierten Ziffern 0–9 im Symbols for Legacy Computing- Block angegeben, um frühe Computerschriftarten zu replizieren, die Versionen der Ziffern mit sieben Segmenten enthielten. Die Codetabelle zeigt das weniger verbreitete Design für 7. Die Zeichen werden hier simuliert:

  0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 EIN B C D E F
U+1FBFx 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Hexadezimal

Vier binäre Bits werden benötigt, um die Zahlen 0–9 anzugeben, können aber auch 10–15 angeben, sodass Decoder mit 4-Bit-Eingängen normalerweise auch Hexadezimal (Hex) -Ziffern anzeigen können . Heute wird für A–F häufig eine Kombination aus Groß- und Kleinbuchstaben verwendet; Dies geschieht, um für jede hexadezimale Ziffer eine eindeutige, eindeutige Form zu erhalten (andernfalls würde ein großes 'D' identisch mit einer '0' aussehen und ein großes 'B' würde identisch mit einer '8' aussehen). Auch die Ziffer '6' muss mit leuchtender oberer Leiste angezeigt werden, um Mehrdeutigkeiten mit dem Buchstaben 'b' zu vermeiden.

Die folgende Nachschlagetabelle kann beim Schreiben von Code zum Ansteuern einer 7-Segment-Anzeige hilfreich sein.

Hexadezimale Kodierungen zur Anzeige der Ziffern 0 bis F
Ziffer Anzeige gfedcba abcdefg ein B C D e F g
0 0 0x3F 0x7E An An An An An An
1 1 0x06 0x30 An An
2 2 0x5B 0x6D An An An An An
3 3 0x4F 0x79 An An An An An
4 4 0x66 0x33 An An An An
5 5 0x6D 0x5B An An An An An
6 6 0x7D 0x5F An An An An An An
7 7 0x07 0x70 An An An
8 8 0x7F 0x7F An An An An An An An
9 9 0x6F 0x7B An An An An An An
EIN EIN 0x77 0x77 An An An An An An
B B 0x7C 0x1F An An An An An
C C 0x39 0x4E An An An An
D D 0x5E 0x3D An An An An An
E E 0x79 0x4F An An An An An
F F 0x71 0x47 An An An An

Briefe

Die meisten Buchstaben des lateinischen Alphabets können mit sieben Segmenten sinnvoll implementiert werden. Obwohl nicht jeder Buchstabe verfügbar ist, ist es möglich, viele nützliche Wörter zu erstellen. Durch die Wahl besserer Synonyme ist es möglich, viele Unzulänglichkeiten der Siebensegment-Alphabetcodierung zu umgehen. Einige Buchstaben ('O', 'I', 'S') sehen identisch mit Zahlen aus, obwohl es möglich ist, 'o' und 'i' in Kleinbuchstaben zu verwenden oder stattdessen 'I' links zu setzen, wie hier gezeigt :

Lateinisches Alphabet
Fall EIN B C D E F g h ich J K L m n Ö P Q R S T U V W x Ja Z
Oberer, höher EIN C E F g h ich J L Ö P S U
Untere B C D h ich# n Ö Q R T du ja

Auch Kurzmeldungen mit Statusinformationen (zB "no dISC" bei einem CD-Player) werden häufig auf 7-Segment-Anzeigen dargestellt. Bei solchen Nachrichten muss nicht jeder Buchstabe eindeutig sein, sondern lediglich die Wörter als Ganzes lesbar sein.

Beispiele:

ÖPEn, , , , ,CLÖSEPLEINjaPEINUSEShUFFLEnÖ D1SC
STEINRT, , , , , ,STÖPRdunFEINichLERRÖRSETUPhELP
Ön, , , , ,ÖFFjaESnÖhÖTCÖLD

Sieben-Segment-Anzeigen wurden auch verwendet, um Buchstaben des kyrillischen und griechischen Alphabets anzuzeigen :

Kyrillisches Alphabet
Fall А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я
Oberer, höher А Б В Г Е З Н О П Р С У Ч ЫЫ Ь Э
Untere б г ä е и é о п с

Es gibt genug Muster, um alle Buchstaben darzustellen, aber nur wenige Darstellungen sind eindeutig und gleichzeitig intuitiv. Wenn alle Buchstaben auf einem Gerät angezeigt werden müssen, sind Sechzehn-Segment- und Punktmatrix- Anzeigen bessere Wahl als Sieben-Segment-Anzeigen.

Interpunktion

Sieben Segmente können einige Satzzeichenzeichen anzeigen . Der Hex - Wert für jedes Unicode Zeichen angezeigt wird , von denen der unteren 8-Bits des meisten dieser existiert als ASCII - Zeichen zu.

Satzzeichencodierungen
Glyphe Anzeige Unicode Name(n)
sp 0x0020 Leerzeichen , Leer, Alle Segmente aus
_ _ 0x005F Unterstrich , Niedriger Strich, Niedrige Linie
- - 0x002D Bindestrich-Minus , Minus , Negativ , Bindestrich , Dash
Ich Ich 0x203E Überstreichen , Überstreichen, Überstrich, Macron
= eq 0x003D Gleich , Doppelter Bindestrich
= ⁼ 0x207C Hochgestellt "gleich"
≡ 0x2261 Dreifachleiste , Hamburger-Taste , Identisch mit
° ° 0x00B0 Grad , hochgestellte Null
" " 0x0022 Doppeltes Anführungszeichen , Doppelte Primzahl
' ' 0x0027 Apostroph , Einfaches Anführungszeichen , Prime
( oder [ [ 0x005B Klammer, Klammer (Konflikt mit Großbuchstaben C )
) oder ] ] 0x005D Klammer, Klammer
? ? 0x003F Fragezeichen

Decoder-ICs

In der Vergangenheit gaben einige Siebensegment-Decoder- ICs die folgende moderne dezimale/hexadezimale Schriftart nicht aus.

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 EIN B C D E F
  • Für "1" zeigt der MC14558B die Zahl auf der linken Seite des Displays mit den Segmenten "e" und "f" anstelle der üblichen "b" und "c" an.
  • Bei „7“ zeigt der TC5022 diese mit zusätzlichem Segment „f“ an.
  • Für "6" und "9" zeigt der CD4511B, MC14558B, TC5002, SN74x46/SN74x47/SN74x48/SN74x49 beide Zahlen ohne "Schwanz" an, wobei "x" die TTL-Logikfamilie ist .
  • Für "A" bis "F":
  • BCD-Decoder-ICs unterstützen verschiedene Sieben-Segment-Fonts für ihre decodierten Ausgaben von "A" (10) bis "F" (15) Eingängen.
  • Die 7446/7447/7448/7449 und die Siemens FLH551-7448/555-8448-Chips verwendeten verkürzte Versionen von "2", "3", "4", "5" und "6" für die Ziffern A–E. Ziffer F (1111 binär) war leer.
  • Die TC5002 und TC5022 wiederholen die Ziffern 0 bis 5 für die Ziffern A–F.
  • Das MM74C912 zeigte "o" für A und B, "−" für C, D und E und Leerzeichen für F an. Das CD4511B zeigte nur Leerzeichen an.
  • Sowjetische programmierbare Taschenrechner wie der Б3–34 verwendeten die Symbole "−", "L", "C", "Г", "E" und " " (Leerzeichen), wodurch die Fehlermeldung EГГ0Г angezeigt werden konnte.
Hersteller Artikelnummer Produktion Beschreibung 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 EIN B C D E F Ausgabe Datenblatt
RCA CD4026B Aktiv (TI) BCD- Zähler , Auf 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Aktiv-Hoch
RCA CD4033B Aktiv (TI) BCD-Zähler, Auf 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Aktiv-Hoch
RCA CD40110B Aktiv (TI) BCD-Zähler, Auf/Ab 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Aktiv-Hoch
RCA CD4511B Aktiv (TI) BCD-Decoder, Latch 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 sp sp sp sp sp sp Aktiv-Hoch
RCA CD4543B Aktiv (TI) BCD-Decoder, Latch 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 sp sp sp sp sp sp Aktiv-Hoch oder Niedrig
Motorola MC14495-1 Abgesetzt Hex- Decoder, Verriegelung 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 EIN B C D E F Aktiv-Hoch, 290Ω
Motorola MC14558B Abgesetzt BCD-Decoder 0 1* 2 3 4 5 6 7 8 9 sp sp sp sp sp sp Aktiv-Hoch
TI SN74LS47 Aktiv BCD-Decoder 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 C ein v* D T sp Aktiv niedrig
TI SN74LS247 Aktiv BCD-Decoder 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 C ein v* D T sp Aktiv niedrig
Toshiba TC5002 Abgesetzt BCD-Decoder 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 Aktiv-Hoch
Toshiba TC5022 Abgesetzt BCD-Decoder 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 Aktiv-Hoch
National MM74C912 Abgesetzt 6-stelliger BCD-Controller 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Ö ° Ich - _ sp Aktiv-Hoch
National MM74C917 Abgesetzt 6-stelliger Hex-Controller 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 EIN B C D E F Aktiv-Hoch
National DM9368 Abgesetzt Hex-Decoder, Verriegelung 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 EIN B C D E F Aktiv hoch, 25mA CC
National DM9370 Abgesetzt Hex-Decoder, Verriegelung 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 EIN B C D E F Aktiv Niedrig, OC
National DM9374 Abgesetzt BCD-Decoder, Latch 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 - E h L P sp Aktiv Low, 15mA CC

Siehe auch

7, 9 , 14 und 16 Segmentanzeigen nebeneinander angezeigt

Es gibt auch 14- und 16-Segment-Anzeigen (für vollständige alphanumerische Zeichen ); diese wurden jedoch meist durch Punktmatrix-Displays ersetzt. Zweiundzwanzig-Segment-Anzeigen, die den vollen ASCII- Zeichensatz anzeigen konnten , waren Anfang der 1980er Jahre kurz verfügbar, erwiesen sich jedoch nicht als populär.

Verweise

Externe Links