Sedmisegmentový displej - Seven-segment display

Typický 7segmentový komponent LED displeje s desetinnou čárkou v širokém balení DIP -10

Displej sedmisegmentový je formou elektronického zobrazovacího zařízení pro zobrazování desetinných číslice , které je alternativou ke složitějším displeje jehličkové .

Sedmisegmentové displeje jsou široce používány v digitálních hodinách , elektronických měřičích, základních kalkulačkách a dalších elektronických zařízeních, která zobrazují číselné informace.

Dějiny

Sedmisegmentovou reprezentaci figur lze nalézt v patentech již v roce 1903 (v US patentu 1 126 641 ), kdy Carl Kinsley vynalezl způsob telegrafického přenosu písmen a číslic a jejich tisku na pásku v segmentovaném formátu. V roce 1908 FW Wood vynalezl 8segmentový displej, který zobrazoval číslo 4 pomocí diagonální lišty ( US Patent 974,943 ). V roce 1910 byl na signálním panelu kotelny elektrárny použit sedmisegmentový displej osvětlený žárovkami. Byly také použity k zobrazení vytočeného telefonního čísla operátorům při přechodu z ručního na automatické vytáčení telefonů. Rozšířeného používání dosáhli až s příchodem LED v 70. letech minulého století.

Vláknový sedmisegmentový displej

Některé rané sedmisegmentové displeje používaly žárovková vlákna ve vakuové žárovce; jsou také známí jako numitrony. Variace (minitrons) využila evakuované květináči pole. Minitrony jsou vláknové segmentové displeje, které jsou umístěny v balíčcích DIP jako moderní LED segmentové displeje. Mohou mít až 16 segmentů . Existovaly také segmentové displeje, které místo LED diod nebo žhavicích vláken používaly malé žárovky. Ty fungovaly podobně jako moderní segmentové displeje LED.

V sedmdesátých letech byly také použity verze s vakuovým fluorescenčním displejem .

Mnoho raných (asi 70. let) LED sedmisegmentových displejů mělo každou číslici postavenou na jedné kostce . Díky tomu byly číslice velmi malé. Někteří zahrnovali zvětšovací čočky do designu ve snaze udělat číslice čitelnější.

Sedmisegmentový vzor se někdy používá na plakátech nebo štítcích, kde uživatel buď aplikuje barvu na předtištěné segmenty, nebo aplikuje barvu pomocí sedmisegmentové číselné šablony , aby vytvořil čísla, jako jsou ceny produktů nebo telefonní čísla.

Pro mnoho aplikací mají jehličkové LCD displeje obecně do značné míry nahrazeny LED displeje, i když i na LCD jsou běžné sedmisegmentové displeje. Na rozdíl od LED jsou tvary prvků v panelu LCD libovolné, protože jsou na displeji tvořeny fotolitografií . Naproti tomu tvary segmentů LED bývají jednoduché obdélníky , což odráží skutečnost, že musí být fyzicky tvarovány do tvaru, což ztěžuje vytváření složitějších tvarů než segmenty 7segmentových displejů. Díky vysokému rozpoznávacímu faktoru sedmisegmentových displejů a poměrně vysokému vizuálnímu kontrastu těchto displejů ve srovnání s číslicemi s bodovou maticí je však sedmisegmentový víceciferný LCD displej velmi běžný na základních kalkulačkách .

Sedmisegmentový displej inspiroval designéry typů k výrobě písem připomínajících tento displej (ale čitelnějších), jako je New Alphabet , „DB LCD Temp“, „ION B“ atd.

Pomocí omezeného rozsahu písmen, která vypadají jako číslice (vzhůru nohama), sedmisegmentové displeje běžně používají školní děti k tvorbě slov a frází pomocí techniky známé jako „ pravopis kalkulačky “.

Implementace

Multiplexovány 4-místný displej sedmisegmentový pouze 12 piny
Osm malých obdélníkových blobů, což jsou číslice, spojených jemnými vlasy podobnými dráty na koleje podél obvodové desky
X-Ray 8místného 7segmentového multiplexovaného LED displeje z kalkulačky 70. let

Sedmisegmentové displeje mohou pro každý segment používat displej z tekutých krystalů (LCD), světelnou diodu (LED), elektrochromní displej nebo jiné techniky generující nebo ovládající světlo, jako je plynový výboj se studenou katodou (Panaplex), vakuový fluorescenční (VFD), žhavící vlákna (Numitron) a další. U totemů s cenou benzínu a dalších velkých nápisů se stále běžně používají lopatkové displeje složené z elektromagneticky překlopených segmentů odrážejících světlo (neboli „lopatky“). Předchůdcem 7segmentového displeje v letech 1950 až 1970 byla nixieová trubice se studenou katodou a neonovou lampou . Počínaje rokem 1970 společnost RCA prodala zobrazovací zařízení známé jako Numitron, který používal žhavá vlákna uspořádaná do sedmisegmentového displeje. V SSSR první elektronická kalkulačka „Vega“, která byla vyrobena od roku 1964, obsahuje 20 desetinných číslic se sedmisegmentovýmelektroluminiscenčním displejem.

V jednoduchém balení LED jsou obvykle všechny katody (záporné svorky) nebo všechny anody (kladné svorky) segmentových LED připojeny a vyvedeny na společný kolík; toto je označováno jako zařízení "společné katody" nebo "společné anody". Balíček se 7 segmenty a desetinnou čárkou tedy bude vyžadovat pouze devět pinů, ačkoli komerční produkty obvykle obsahují více pinů a/nebo mezer, kam by piny směřovaly, aby odpovídaly standardním IC zásuvkám. Existují také integrované displeje s jednou nebo více číslicemi. Některé z těchto integrovaných displejů obsahují svůj vlastní interní dekodér , ačkoli většina ne: každá jednotlivá LED je vyvedena na spojovací kolík, jak je popsáno.

Vícemístné LED displeje používané v kapesních kalkulačkách a podobných zařízeních používaly multiplexované displeje ke snížení počtu I/O pinů potřebných k ovládání displeje. Například všechny anody segmentů A každé polohy číslice by byly spojeny dohromady a ke kolíku budicího obvodu , zatímco katody všech segmentů pro každou číslici by byly připojeny. Pro ovládání jakéhokoli konkrétního segmentu jakékoli číslice by řídicí integrovaný obvod zapnul katodový ovladač pro vybranou číslici a anodové ovladače pro požadované segmenty; pak po krátkém zatemňovacím intervalu bude vybrána další číslice a nové segmenty se rozsvítí sekvenčně. Tímto způsobem by osmimístný displej se sedmi segmenty a desetinnou čárkou vyžadoval pouze 8 katodových ovladačů a 8 anodových ovladačů namísto šedesáti čtyř ovladačů a IC pinů. V kapesních kalkulačkách by často byly číselné řádky pohonu použity také ke skenování klávesnice, což by poskytlo další úspory; stisknutí více kláves najednou by však na multiplexovaném displeji přineslo liché výsledky.

Přestože pouhým okem vypadají všechny číslice LED displeje rozsvícené, na multiplexovaném displeji svítí v daném okamžiku pouze jedna číslice. Číslice se mění dostatečně vysokou rychlostí, aby lidské oko záblesky nevidělo (na dřívějších zařízeních to mohlo být viditelné periferním viděním).

Znaky

Jednotlivé segmenty sedmisegmentového displeje

Sedm segmentů je uspořádáno jako obdélník dvou svislých segmentů na každé straně s jedním horizontálním segmentem nahoře, uprostřed a dole. Obdélník je často šikmý (šikmý), což pomáhá čitelnosti. Ve většině aplikací mají segmenty téměř jednotný tvar a velikost (obvykle podlouhlé šestiúhelníky , i když lze použít i lichoběžníky a obdélníky ), ačkoli v případě sčítacích strojů jsou svislé segmenty delší a zvláštněji tvarované na koncích v úsilí o další zlepšení čitelnosti. Sedm prvků displeje lze rozsvítit v různých kombinacích, aby představovaly arabské číslice .

Na segmenty se odkazuje písmeny A až G, kde se pro zobrazení neceločíselných čísel používá volitelná desetinná tečka („osmý segment“, označovaný jako DP). Jeden bajt může kódovat plný stav 7segmentového displeje včetně desetinné čárky. Nejoblíbenější bitová kódování jsou gfedcba a abcdefg . V reprezentaci gfedcba by bajtová hodnota 0x06 zapnula segmenty 'c' a 'b', které by zobrazovaly '1'.

Mřížka 16 × 8 zobrazující 128 stavů sedmisegmentového displeje

Desetinný

Tyto číselné číslice 0 až 9 jsou nejčastější znaky zobrazené na displejích sedmi segmentů. Nejběžnější vzory používané pro každý z nich jsou:

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Alternativní vzory: Číslice 1 může být znázorněna levými segmenty, číslice 6 a 9 mohou být znázorněny bez ocasu a číslice 7 s ocasem:

1* 6 7 9

V Unicode 13.0 bylo přiděleno 10 kódových bodů pro segmentované číslice 0–9 v bloku Symbols for Legacy Computing , aby replikovala raná počítačová písma, která obsahovala sedmisegmentové verze číslic. Graf kódu ukazuje méně obvyklý design pro 7. Znaky jsou simulovány zde:

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

Hexadecimální

K určení čísel 0–9 jsou zapotřebí čtyři binární bity, ale lze zadat také 10–15, takže obvykle dekodéry se 4bitovými vstupy mohou zobrazovat také hexadecimální (hexadecimální) číslice. Dnes se pro A – F běžně používá kombinace velkých a malých písmen; to se provede za účelem získání jedinečného, ​​jednoznačného tvaru pro každou hexadecimální číslici (jinak by velké písmeno „D“ vypadalo shodně s „0“ a velké „B“ by vypadalo shodně s „8“). Také číslice „6“ musí být zobrazena se zapnutou horní lištou, aby se předešlo nejasnostem s písmenem „b“.

Následující vyhledávací tabulka může být užitečná pro psaní kódu pro řízení 7segmentového displeje.

Hexadecimální kódování pro zobrazení číslic 0 až F
Číslice Zobrazit gfedcba abcdefg A b C d E F G
0 0 0x3F 0x7E na na na na na na
1 1 0x06 0x30 na na
2 2 0x5B 0x6D na na na na na
3 3 0x4F 0x79 na na na na na
4 4 0x66 0x33 na na na na
5 5 0x6D 0x5B na na na na na
6 6 0x7D 0x5F na na na na na na
7 7 0x07 0x70 na na na
8 8 0x7F 0x7F na na na na na na na
9 9 0x6F 0x7B na na na na na na
A A 0x77 0x77 na na na na na na
b b 0x7C 0x1F na na na na na
C C 0x39 0x4E na na na na
d d 0x5E 0x3D na na na na na
E E 0x79 0x4F na na na na na
F F 0x71 0x47 na na na na

Písmena

Většinu písmen latinské abecedy lze rozumně implementovat pomocí sedmi segmentů. Ačkoli není k dispozici každé písmeno, je možné vytvořit mnoho užitečných slov. Volbou lepších synonym je možné obejít mnoho nedostatků sedmisegmentových kódování abecedy. Některá písmena („O“, „I“, „S“) vypadají shodně s čísly, i když je možné místo nich použít malá písmena „o“ a „i“ nebo dát „I“ vlevo, jak je zde ukázáno :

latinka
Případ A B C D E F G H J. K L M N. Ó P Otázka R. S T U PROTI W X Y Z
Horní A C E F G H Já J. L Ó P S U
Dolní b C d h já# n Ó q r t u y

Krátké zprávy poskytující informace o stavu (např. „Žádný disk“ na přehrávači disků CD) jsou také běžně zobrazovány na 7segmentových displejích. V případě takových zpráv není nutné, aby každé písmeno bylo jednoznačné, pouze aby byla čitelná slova jako celek.

Příklady:

ÓPEn, , , , ,CLÓSEPLAyPAUSESHUFFLEnÓ d1SC
StArt, , , , , ,StÓPrunFAJáLErrÓrSEtUPHELP
Ón, , , , ,ÓFFyESnÓHÓtCÓLd

Sedmisegmentové displeje byly také použity k zobrazení písmen azbuky a řecké abecedy :

cyrilice
Případ 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
Horní А Б В Г Е З Н О П Р С У Ч ЫЫ Ь Э
Dolní б г д е č © о п с

Existuje dostatek vzorů pro zobrazení všech písmen, ale jen málo zobrazení je jednoznačných a intuitivních současně. Když je třeba na zařízení zobrazit všechna písmena, jsou šestnáctisegmentové a jehličkové displeje lepší volbou než sedmisegmentové displeje.

Interpunkce

Sedm segmentů je schopno zobrazit některé znaky glyfů interpunkce . Je zobrazena hexadecimální hodnota pro každý znak Unicode , z nichž spodní 8bitové z většiny z nich existují také jako znaky ASCII .

Kódování interpunkce
Glyph Zobrazit Unicode Jména
sp 0x0020 Mezera , prázdné, všechny segmenty vypnuty
_ _ 0x005F Podtržítko , nízká pomlčka, nízká čára
- - 0x002D Pomlčka -mínus , mínus , zápor , spojovník , pomlčka
‾ 0x203E Overline , Overscore, overbar, Macron
= ekv 0x003D Rovná se , dvojitá pomlčka
= ⁼ 0x207C Horní index "rovná se"
≡ 0x2261 Trojitý panel , tlačítko Hamburger , identické s
° ° 0x00B0 Titul , horní index nula
" " 0x0022 Dvojitá citace , dvojitá primární
' ' 0x0027 Apostrof , jednoduchá citace , Prime
(nebo [ [ 0x005B Závorka, závorka (v rozporu s velkými písmeny C )
) nebo] ] 0x005D Závorka, závorka
? ? 0x003F Otazník

Dekodéry IC

V minulosti některé sedmisegmentové dekodéry integrované obvody nevydávaly následující moderní desítkové/hexadecimální písmo.

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A b C d E F
  • Pro „1“ zobrazuje MC14558B číslo na levé straně displeje pomocí segmentů „e“ a „f“ namísto obvyklých „b“ a „c“.
  • Pro „7“ jej TC5022 zobrazí s dalším segmentem „f“.
  • U „6“ a „9“ zobrazuje CD4511B, MC14558B, TC5002, SN74x46/SN74x47/SN74x48/SN74x49 obě čísla bez „ocasu“, kde „x“ je logická rodina TTL .
  • Pro „A“ až „F“:
  • Integrované obvody dekodéru BCD podporují různá sedmisegmentová písma pro dekódovaný výstup vstupů „A“ (10) až „F“ (15).
  • 7446/7447/7448/7449 a Siemens FLH551-7448 / 555-8448 čipy použité zkrácen verze "2", "3", "4", "5" a "6" pro číslice A-E. Číslice F (binární 1111) byla prázdná.
  • TC5002 a TC5022 opakují čísla 0 až 5 pro číslice A – F.
  • MM74C912 zobrazoval „o“ pro A a B, „ -“ pro C, D a E a prázdné pro F. CD4511B právě zobrazoval prázdná místa.
  • Sovětské programovatelné kalkulačky jako Б3–34 používaly symboly „ -“, „L“, „C“, „Г“, „E“ a „“ (mezera), což umožňuje zobrazení chybové zprávy EГГ0Г .
Výrobce Číslo dílu Výroba Popis 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F Výstup Datový list
RCA CD4026B Aktivní (TI) Počitadlo BCD , nahoru 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Active-High
RCA CD4033B Aktivní (TI) Počitadlo BCD, nahoru 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Active-High
RCA CD40110B Aktivní (TI) Počitadlo BCD, nahoru/dolů 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Active-High
RCA CD4511B Aktivní (TI) BCD dekodér, západka 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 sp sp sp sp sp sp Active-High
RCA CD4543B Aktivní (TI) BCD dekodér, západka 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 sp sp sp sp sp sp Aktivní-Vysoká nebo Nízká
Motorola MC14495-1 Přerušeno Hex dekodér, západka 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A b C d E F Active-High, 290Ω
Motorola MC14558B Přerušeno BCD dekodér 0 1* 2 3 4 5 6 7 8 9 sp sp sp sp sp sp Active-High
TI SN74LS47 Aktivní BCD dekodér 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 C A proti* D t sp Active-Low
TI SN74LS247 Aktivní BCD dekodér 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 C A proti* D t sp Active-Low
Toshiba TC5002 Přerušeno BCD dekodér 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 Active-High
Toshiba TC5022 Přerušeno BCD dekodér 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 Active-High
Národní MM74C912 Přerušeno 6místný řadič BCD 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Ó ° ‾ - _ sp Active-High
Národní MM74C917 Přerušeno 6místný šestihranný ovladač 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A b C d E F Active-High
Národní DM9368 Přerušeno Hex dekodér, západka 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A b C d E F Aktivní vysoký, 25mA CC
Národní DM9370 Přerušeno Hex dekodér, západka 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A b C d E F Active Low, OC
Národní DM9374 Přerušeno BCD dekodér, západka 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 - E H L P sp Aktivní Low, 15mA CC

Viz také

7, 9 , 14 a 16 segmentových displejů zobrazených vedle sebe

K dispozici je také čtrnáct a šestnáct segmentových displejů (pro úplnou alfanumeriku ); ty však byly většinou nahrazeny jehličkovými displeji. Dvacet dva segmentové displeje schopné zobrazit celou znakovou sadu ASCII byly krátce k dispozici na začátku 80. let, ale nebyly populární.

Reference

externí odkazy