Wyświetlacz siedmiosegmentowy

wyświetlacz składający się z siedmiu segmentów, przeznaczony do wyświetlania cyfr dziesiętnych

Wyświetlacz siedmiosegmentowy (ang. Seven-Segment Display, SSD) lub wskaźnik siedmiosegmentowy – wyświetlacz składający się z siedmiu segmentów, przeznaczony do wyświetlania cyfr dziesiętnych; wiele modeli ma też ósmy segment będący kropką. Na wyświetlaczu możliwe jest też wyświetlanie niektórych liter, a także umownych znaków, co jest używane do prezentacji różnych informacji. Wyświetlacze te mają wyprowadzenia sterujące każdym segmentem oddzielnie.

Wyświetlacz siedmiosegmentowy
Ilustracja
Cyfry i litery pokazywane przez wyświetlacz siedmiosegmentowy
Typ element elektroniczny aktywny
Zasada działania elektroluminescencja
Wynalazca Carl Kinsley
Rok wynalezienia 1903
Układ wyprowadzeń wspólna katoda i anody
lub wspólna anoda i katody
Mechaniczne wyświetlacze 7-segmentowe na stacjach kolejowych.
Oznaczenie segmentów

Wyświetlacze siedmiosegmentowe mogą być wykonane w różnych technologiach – najczęściej jest to zestaw oddzielnych diod LED. Buduje się też urządzenia mechaniczne – zespół klapek w kolorze tła przysłaniających kontrastowe kreski (ang. Vane displays) – zaletą układów mechanicznych jest możliwość prezentacji cyfr bez zasilania (niektóre wykonania).

Siedmiosegmentowe wyświetlacze są szeroko stosowane w zegarach cyfrowych i licznikach elektronicznych wyświetlających informacje liczbowe.

HistoriaEdytuj

Siedmiosegmentowe przedstawianie znaków można znaleźć w patentach już z 1903 r. (W patencie USA numer 1 126 641), kiedy Carl Kinsley wynalazł metodę telegraficznego przesyłania liter i cyfr oraz drukowania ich na taśmie w formacie segmentowym. W roku 1908 F.W. Wood wynalazł wyświetlacz ośmiosegmentowy, który wyświetlał cyfrę 4 za pomocą ukośnego paska (patent USA 974,943). W 1910 r. na panelu sygnalizacyjnym kotłowni w elektrowni zastosowano siedmiosegmentowy wyświetlacz oświetlony żarówkami. Wyświetlacze siedmiosegmentowe zostały również wykorzystane do pokazania wybieranego numeru telefonu operatorom podczas przejścia z ręcznego na automatyczne wybieranie telefonu. Nie były szeroko stosowane aż do pojawienia się diod LED w latach siedemdziesiątych.

Czasami są one używane w plakatach lub tagach, w których użytkownik albo stosuje kolory do wstępnie wydrukowanych segmentów, albo stosuje kolory za pomocą siedmiosegmentowego szablonu cyfr, aby komponować liczby, takie jak ceny produktów lub numery telefonów.

W wielu zastosowaniach wyświetlacze LCD z matrycą punktową mają w dużym stopniu zastąpione wyświetlacze LED, choć nawet w wyświetlaczach LCD wyświetlacze 7-segmentowe są bardzo powszechne. W przeciwieństwie do diod LED kształty elementów na panelu LCD są dowolne, ponieważ są one formowane na wyświetlaczu w wyniku pewnego procesu drukowania. Natomiast kształty segmentów LED są zwykle prostymi prostokątami, odzwierciedlającymi fakt, że muszą być one odpowiednio uformowane, co utrudnia formowanie bardziej złożonych kształtów niż segmenty wyświetlaczy 7-segmentowych. Jednak wysoki wspólny współczynnik rozpoznawania wyświetlaczy 7-segmentowych oraz stosunkowo wysoki kontrast wizualny uzyskany przez takie wyświetlacze w porównaniu z cyframi matrycowymi sprawiają, że siedmiosegmentowe wielocyfrowe ekrany LCD są bardzo powszechne w podstawowych kalkulatorach.

Siedmiosegmentowy wyświetlacz zainspirował projektantów czcionek do stworzenia krojów przypominających ten wyświetlacz (ale bardziej czytelnych), takich jak New Alphabet (krój pisma), „DB LCD Temp”, „ION B” itp.

ImplementacjeEdytuj

Siedmiosegmentowy wyświetlacz może być budowany jako oparty o wyświetlacz ciekłokrystaliczny (LCD), diodę elektroluminescencyjną (LED) dla każdego segmentu albo inne techniki generowania lub kontrolowania światła, takie jak wyładowanie gazu w zimnokatodowej lampie (Panaplex), fluorescencja próżniowa, włókna żarowe (Numitron) i inne.

W przypadku totemów cenowych na paliwo i innych dużych znaków nadal stosowane są wskaźniki łopatkowe składające się z poruszanych elektromagnetycznie segmentów odbijających światło. Alternatywą dla 7-segmentowego wyświetlacza w okresie od lat pięćdziesiątych do siedemdziesiątych XX wieku była wielokatodowa lampa elektronowa NIXIE. Począwszy od 1970 roku RCA sprzedawał urządzenia wyświetlające znane jako Numitron, które wykorzystywały żarniki ułożone w wyświetlacz siedmiosegmentowy.

Koncepcja i struktura wizualnaEdytuj

Siedem segmentów jest ułożonych jako prostokąt z dwóch pionowych segmentów po bokach, z jednym poziomym segmentem na górze, środku i dole. Dodatkowo siódmy segment dzieli prostokąt na dwie części w poziomie.

Segmenty wyświetlacza 7-segmentowego są oznaczone literami od A do G, przy czym opcjonalny punkt dziesiętny („ósmy segment”, określany jako DP) jest używany do wyświetlania liczb innych niż całkowite.

 
Wyświetlacz: 7-, 9-, 14- i 16-segmentowy

Rozwinięciem koncepcji układu siedmiosegmentowego są wyświetlacze dziewięciosegmentowe, czternastosegmentowe i szesnastosegmentowe.

KodowanieEdytuj

Jeden bajt wystarcza, by kodować stan wyświetlacza siedmiosegmentowego z kropką. Podłączenie poszczególnych segmentów do bitów jest dowolne, ale standardem jest kodowanie gfedcba, rzadziej abcdefg. Dla wyświetlacza ze wspólną katodą stan wysoki (1) wywołuje świecenie segmentu, a stan niski (0) jego zgaszenie – w wyświetlaczach ze wspólną anodą odwrotnie. Do sterowania wyświetlaczami produkowane są dedykowane układy scalone w tym i zawierające konwertery 4-bitowego kodu BCD na kody wyświetlacza siedmiosegmentowego[1].

Wyświetlanie znakówEdytuj

Siedem elementów wyświetlacza można podświetlić w różnych kombinacjach, aby przedstawić cyfry arabskie. Często siedem segmentów jest ułożonych ukośnie, co ułatwia czytelność. W większości zastosowań siedem segmentów ma prawie jednolity kształt i rozmiar (zwykle wydłużone sześciokąty, chociaż można również użyć trapezów i prostokątów), chociaż w przypadku maszyn dodających pionowe segmenty są dłuższe i w swoisty sposób kształtowane na koniec w celu dalszego zwiększenia czytelności.

Siedem segmentów jest ułożonych jako prostokąt z dwóch pionowych segmentów po bokach, z jednym poziomym segmentem na górze, środku i dole. Dodatkowo siódmy segment dzieli prostokąt na dwie części w poziomie.

 
Wszystkie (128) stany wyświetlacza siedmiosegmentowego

DziesiętneEdytuj

Cyfry od 0 do 9 są najczęściej używanymi znakami na wyświetlaczach siedmiosegmentowych. Najczęściej są one wyświetlane w następujący sposób:

                   

Cyfry 6 i 9 mogą być reprezentowane przez dwa rożne glify na wyświetlaczach siedmiosegmentowych: z lub bez „ogona”. Cyfra 7 ma również dwie wersje: z lub bez segmentu F.

     

SzesnastkoweEdytuj

Do określenia liczb 0–9 potrzebne są cztery binarne bity, ale można też podać 10–15, więc zwykle dekodery z 4-bitowymi wejściami mogą również wyświetlać cyfry szesnastkowe (szesnastkowe).

Obecnie kombinacja wielkich i małych liter jest powszechnie stosowana w literach A – F; robi się to, aby uzyskać unikalny, jednoznaczny kształt dla każdej cyfry szesnastkowej (w przeciwnym razie duża litera „D” wyglądałaby identycznie z „0”, a duża litera „B” wyglądałaby identycznie z „8”). Również cyfra „6” musi być wyświetlana z podświetlonym górnym paskiem, aby uniknąć niejednoznaczności z literą „b”.

Kodowanie szesnastkowe do wyświetlania znaków od 0 do F
Cyfra Wyświetlacz gfedcba abcdefg a b c d e f g
0   0x3F 0x7E wył
1   0x06 0x30 wył wył wył wył wył
2   0x5B 0x6D wył wył
3   0x4F 0x79 wył wył
4   0x66 0x33 wył wył wył
5   0x6D 0x5B wył wył
6   0x7D 0x5F wył
7   0x07 0x70 wył wył wył wył
8   0x7F 0x7F
9   0x6F 0x7B wył
A   0x77 0x77 wył
b   0x7C 0x1F wył wył
C   0x39 0x4E wył wył wył
d   0x5E 0x3D wył wył
E   0x79 0x4F wył wył
F   0x71 0x47 wył wył wył
W przeszłości nie zawsze używano powyższego schematu. Możemy znaleźć inne takie jak:
  • Siedmiosegmentowe układy dekoderów wyświetlaczy Texas Instruments 7446/7447/7448/7449 i 74246/74247/74248/74249 oraz układy Siemens FLH551-7448 / 555-8448 wykorzystywały skrócone "2”, "3”, "4” , "5” i "6” dla znaków A – E. Cyfra F (1111 binarna) była pusta.
  • Radzieckie programowalne kalkulatory, takie jak Б3–34, używały symboli "-”, "L”, "C”, "Г”, "E” i " ” (spacja), umożliwiając wyświetlenie komunikatu o błędzie EГГ0Г.
  • Wiele wcześniejszych układów zapewniało logikę zaprojektowaną tylko dla 0–9, a wyższe liczby produkowały niezależnie od powstałego wzoru. National Semiconductor MM74C912 wyświetlał "o” dla A i B, "-” dla C, D i E, a puste dla F. CD4511 wyświetlał puste miejsca.
modern            
TI, Siemens            
Elektronika            
National Semiconductor            

Alfabet łacińskiEdytuj

Około połowę liter alfabetu łacińskiego można rozsądnie zaimplementować przy użyciu siedmiu segmentów. Chociaż nie każda litera jest dostępna, można utworzyć wiele użytecznych słów. Wybierając lepsze synonimy, można obejść wiele niedociągnięć w siedmiosegmentowych kodowaniach alfabetycznych. Istnieją pewne konfliktu ze znakami numerycznymi, takie jak litera "O" i "0" (zero), litera "I" oraz "1" (jeden), choć można zamiast tego użyć małych liter "o" i "i". Ponadto siedmiosegmentowe wyświetlacze mogą być używane do wyświetlania różnych innych liter alfabetu łacińskiego, cyrylicy i greckiego, w tym interpunkcji, ale niewiele reprezentacji jest jednoznacznych i intuicyjnych jednocześnie. Gdy wszystkie litery muszą być wyświetlone na urządzeniu, wyświetlacze szesnastosegmentowe i matrycowe są lepszym wyborem niż wyświetlacze siedmiosegmentowe.

Kodowanie alfabetu łacińskiego
Litera A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z
Duża                            
Mała                            

InterpunkcjaEdytuj

Siedem segmentów może wyświetlać niektóre znaki glifów interpunkcyjnych.

Kodowanie interpunkcji
Znak Wyświetlacz Nazwa
=   Znak równości
-   Dywiz, łącznik, minus, półpauza, pauza
_   Znak podkreślenia
°   Stopień
"   Cudzysłów
'   Apostrof, pojedynczy cudzysłów
[   Lewy nawias kwadratowy
]   Prawy nawias kwadratowy
[1]   Spacja, nic, (wszystkie segmenty wyłączone)

Zobacz równieżEdytuj

Istnieją również 14- i 16- wyświetlacze segmentowe (dla wszystkich znaków alfanumerycznych); jednak zostały one w większości zastąpione wyświetlaczami matrycowymi.

Dwudziestodwusegmentowe (22-segmentowe) wyświetlacze są zdolne do wyświetlania pełnego zestawu znaków ASCII. Były krótko dostępne na początku lat osiemdziesiątych, ale nie okazały się popularne.

  • Wyświetlacz dziewięcio-segmentowy
  • Wyświetlacz czternasto-segmentowy
  • Wyświetlacz szesnasto-segmentowy
  • Matryca LED
  • Lampa cyfrowa
  • Wyświetlacz fluorescencyjny

PrzypisyEdytuj

  1. Dokumentacja układu HEF4543B. [dostęp 2010-02-02].