Wyświetlacz siedmiosegmentowy

From Wikipedia
Jump to navigation Jump to search
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

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.

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.

Historia[edit | edit source]

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.

Implementacje[edit | edit source]

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 wizualna[edit | edit source]

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.

Kodowanie[edit | edit source]

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 znaków[edit | edit source]

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

Dziesiętne[edit | edit source]

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

7-segment abcdef.svg 7-segment bc.svg 7-segment abdeg.svg 7-segment abcdg.svg 4 7-segment acdfg.svg 7-segment acdefg.svg

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.

6 7 9

Szesnastkowe[edit | edit source]

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 7-segment abcdef.svg 0x3F 0x7E wył
1 7-segment bc.svg 0x06 0x30 wył wył wył wył wył
2 7-segment abdeg.svg 0x5B 0x6D wył wył
3 7-segment abcdg.svg 0x4F 0x79 wył wył
4 7-segment bcfg.svg 0x66 0x33 wył wył wył
5 7-segment acdfg.svg 0x6D 0x5B wył wył
6 7-segment acdefg.svg 0x7D 0x5F wył
7 7-segment abc.svg 0x07 0x70 wył wył wył wył
8 7-segment abcdefg.svg 0x7F 0x7F
9 7-segment abcdfg.svg 0x6F 0x7B wył
A 7-segment abcefg.svg 0x77 0x77 wył
b 7-segment cdefg.svg 0x7C 0x1F wył wył
C 7-segment adef.svg 0x39 0x4E wył wył wył
d 7-segment bcdeg.svg 0x5E 0x3D wył wył
E 7-segment adefg.svg 0x79 0x4F wył wył
F 7-segment aefg.svg 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 7-segment adef.svg 7-segment bcdeg.svg 7-segment adefg.svg 7-segment aefg.svg
TI, Siemens
Elektronika 7-segment adef.svg 7-segment adefg.svg
National Semiconductor

Alfabet łaciński[edit | edit source]

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 7-segment adef.svg 7-segment adefg.svg 7-segment aefg.svg 7-segment bc.svg 7-segment abcdef.svg 7-segment acdfg.svg
Mała 7-segment bcdeg.svg

Interpunkcja[edit | edit source]

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
[ 7-segment adef.svg Lewy nawias kwadratowy
] Prawy nawias kwadratowy
[1] Spacja, nic, (wszystkie segmenty wyłączone)

Zobacz również[edit | edit source]

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

Przypisy[edit | edit source]

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