Segmentanzeige

Digitaluhr von 1978 mit LED-Anzeige. Links Uhrzeit, rechts Tag/Datum

Vierzehnsegmentanzeige

Eine Segmentanzeige ist in der Lage durch elektronische oder elektromechanische Ansteuerung einzelner oder mehrerer ihrer Segmente Buchstaben, Zahlen oder Zeichen darzustellen. Es existieren viele verschiedene Arten von Segmentanzeigen, welche sich in der Anzahl und Anordnung ihrer Segmente unterscheiden. Die wichtigste ist die Siebensegmentanzeige, welche in Digitaluhren zum Einsatz kommt und alle Ziffern von 0 bis 9 aus bis zu sieben einzelnen „Strichen“ zusammensetzt.

Eine Erweiterung dieser Segmentanzeige führt zur Vierzehnsegmentanzeige, bei der noch zusätzliche diagonale und vertikale Segmente enthalten sind. Selten wird diese auch als Sechzehnsegmentanzeige ausgeführt, wobei die Segmente a und d nochmals geteilt werden. Die Vierzehnsegmentanzeige bietet den Vorteil, alle Großbuchstaben des lateinischen Alphabets und einige Sonderzeichen, wie zum Beispiel „+“ und „*“, gut abbilden zu können. Im Englischen werden diese Anzeigen wegen ihres Aussehens oft auch Starburst-Display, Union-Jack-Display oder British-Flag-Display genannt.

Andere Weiterentwicklungen haben zum Teil deutlich mehr Segmente, zum Beispiel 38, 88 oder 111 in der weit verbreiteten Geascript-Familie von AEG MIS.^[1] Gerade die hohe Lesbarkeit sorgt dafür, dass sich diese Technik in bestimmten Nischen, wie etwa der Parkleittechnik, gegen Matrixdisplays mit flexibleren Gestaltungsmöglichkeiten behaupten kann.

Siebensegmentanzeige

Anordnung der Segmente a bis g

Eine Siebensegmentanzeige ist ein Anzeigeelement aus sieben separat sichtbar schaltbaren Balken, die in Form zweier übereinanderstehender, häufig quadratischer Rechtecke angeordnet sind.

Sie wird überwiegend zur Darstellung der dezimalen Ziffern Null bis Neun verwendet, beispielsweise bei Taschenrechnern oder Digitaluhren. Die Darstellung der Ziffern ist hierbei abstrahiert, also nicht ganz perfekt im Vergleich zur „normalen“ Schrift (besondere Beispiele sind die Ziffern 4 und 7). Durch die hohe Verbreitung von Siebensegementanzeigen fällt diese Abstrahierung im täglichen Leben kaum mehr auf.

Zusätzlich ist rechts oder links der Ziffer oft noch ein Punkt als Kommazeichen integriert.

Von einer „1/2 Ziffer“ spricht man, wenn nur die Segmente b und c und ein Pluszeichen integriert sind. Damit lassen sich dann 0 (= aus), die Zahl 1, sowie + und – darstellen, z. B. Anzeigen bis 1999.

Von einer „3/4 Ziffer“ spricht man, wenn die Zahlen 1, 2, 3 sowie aus angezeigt werden können, z. B. bei Anzeigen bis 3999.

Geschichte

Bereits am 17. Juni 1908 ließ sich F. W. Wood eine Achtsegmentanzeige patentieren, die ein zusätzliches Diagonalsegment zur Darstellung der Ziffer Vier enthielt (Patentnummer US 974,943, erteilt am 8. November 1910). Weitere Verbreitung fanden Segmentanzeigen erst in den 1960er Jahren mit dem Aufkommen der Fluoreszenz- und LED-Anzeigen. Vor der endgültigen Durchsetzung der LED-Technik gab es in den 1970er Jahren Vorläufer in Form von Glühfadenanzeigen in Form der Numitrons (in Röhrengehäusen) und später der Minitrons (in Plastikgehäusen wie die späteren LED-Versionen).

Darstellung

Die Darstellung von Buchstaben (lateinisch, griechisch, kyrillisch) ist eingeschränkt möglich. Eine gute Lesbarkeit kann jedoch mit der Verwendung von gemischten Klein- und Großbuchstaben erreicht werden. Zur Darstellung von hexadezimalen Ziffern lassen sich beispielsweise die Buchstaben ‹A›, ‹b›, ‹C›, ‹d›, ‹E› und ‹F› relativ gut abbilden. Weitere Buchstaben, die relativ gut abgebildet werden können, sind ‹G›, ‹H›, ‹i›, ‹L›, ‹P›, ‹r›, ‹t›, ‹u› und ‹Y›. Die Restlichen lassen sich dagegen mit den sieben Segmenten nur schwer darstellen, insbesondere ‹M›, ‹W›, ‹R›, ‹Q›, ‹T›, ‹Z›, ‹Ü›, ‹Ä›, ‹Ö›, ‹V› und ‹X›, da sich die mittleren, bzw. die diagonalen Striche nicht abbilden lassen.

Als Sonderzeichen können u. a. das Minuszeichen ‹-› und der Unterstrich ‹_› dargestellt werden.

Beispiele

Bei einigen CD-Spielern erfolgen Statusinformationen über eine Siebensegmentanzeige:

Open
Play

Ansteuerung

Sieben-Segment-Numitron-Röhre. Jedes Segment besteht aus einem glühenden Glühlampenfaden – eine der ersten Siebensegmentanzeigen

Leuchtdioden-Siebensegmentanzeige.

Die Segmente werden heute meist aus Leuchtdioden (LEDs) oder Flüssig-Kristallanzeigen (LCDs) gebildet. Bei sehr großformatigen Anzeigen sind auch Leuchtstoffröhren zur Bildung der Segmente im Einsatz.

Zur Ansteuerung von Siebensegmentanzeigen aus LEDs oder LCDs werden zumeist integrierte Siebensegment-Decoder-Schaltkreise verwendet, welche binär codierte Zahlen (4 bit) auf sieben Bit zur Ansteuerung der sieben Segmente umcodieren. In diskret aufgebauten Uhren der 1970er Jahre kommen bei TTL und kompatiblen (Baureihe 74L…, 74LS…, 74HC…) meist die Typen mit den Endziffern 47 oder 247 zum Einsatz. Bei der CMOS-Baureihe (z. B. CD…) ist es der Typ mit der Endziffer 4511.

Zahlen aus mehreren Ziffern können mit Hilfe des Zeitmultiplexverfahrens angesteuert werden, wodurch nicht für jede Ziffer ein weiterer Decoderschaltkreis erforderlich ist. Nachteilig ist hierbei das Flimmern der Anzeige.

Für die erweiterte Darstellung mit hexadezimalen Ziffern kommen die Typen 9368, 9370 oder NE 589 zur Verwendung.

Seit den 1990er Jahren ersetzt ein programmierbarer Mikrocontroller die vorher in großer Zahl erforderlichen Schaltkreise.

Logiktabelle

Angenommen, eine 7-Segment-Anzeige besitzt vier digitale Eingänge zur Ansteuerung. Dann ergibt sich folgende Belegung der Eingänge (x3, x2, x1, x0) für die sieben Segmente (a, b, c, d, e, f, g):

Alle 128 möglichen Kombinationen einer Siebensegmentanzeige.

Eingänge und Segmente

x3	x2	x1	x0	Zeichen	a	b	c	d	e	f	g
0	0	0	0	0	1	1	1	1	1	1	0
0	0	0	1	1	0	1	1	0	0	0	0
0	0	1	0	2	1	1	0	1	1	0	1
0	0	1	1	3	1	1	1	1	0	0	1
0	1	0	0	4	0	1	1	0	0	1	1
0	1	0	1	5	1	0	1	1	0	1	1
0	1	1	0	6	1	0	1	1	1	1	1
0	1	1	1	7	1	1	1	0	0	0	0
1	0	0	0	8	1	1	1	1	1	1	1
1	0	0	1	9	1	1	1	1	0	1	1
1	0	1	0	A	1	1	1	0	1	1	1
1	0	1	1	B	0	0	1	1	1	1	1
1	1	0	0	C	1	0	0	1	1	1	0
1	1	0	1	D	0	1	1	1	1	0	1
1	1	1	0	E	1	0	0	1	1	1	1
1	1	1	1	F	1	0	0	0	1	1	1

Schaltfunktionen für die Segmente

Folgende Schaltfunktionen in Disjunktiver Minimalform (DMF) ergeben sich aus obiger Logiktabelle:

a) $x_3 \bar{x_2} \bar{x_1} + \bar{x_3} x_2 x_0 + \bar{x_2} \bar{x_0} + x_3 \bar{x_0} + \bar{x_3} x_1 + x_2x_1$

b) $\bar{x_3} \bar{x_1} \bar{x_0} + x_3 \bar{x_1} x_0 + \bar{x_3} x_1x_0 + \bar{x_2} \bar{x_0} + \bar{x_3} \bar{x_2}$

c) $\bar{x_3} \bar{x_1} + x_3 \bar{x_2} + \bar{x_3} x_2 + \bar{x_1} x_0 + \bar{x_3} x_0$

d) $\bar{x_3} \bar{x_2} \bar{x_0} + \bar{x_2} x_1 x_0 + x_2 x_1 \bar{x_0} + x_2 \bar{x_1} x_0 + x_3 \bar{x_1}$

e) $x_1 \bar{x_0} + x_3x_1 + x_3x_2 + \bar{x_2} \bar{x_0}$

f) $\bar{x_3} x_2 \bar{x_1} + \bar{x_1} \bar{x_0} + x_3 \bar{x_2} + x_2 \bar{x_0} + x_3x_1$

g) $\bar{x_3} x_2 \bar{x_1} + x_3 \bar{x_2} + x_1 \bar{x_0} + \bar{x_2} x_1 + x_3x_0$

Beschränkt man sich auf die Dezimalziffern, so vereinfachen sich die Funktionen zu:

a) $x_1 + x_2 x_0 + x_3 + \bar{x_2} \bar{x_0}$

b) $\bar{x_2} + \bar{x_0} \bar{x_1} + x_1 x_0$

c) $x_0 + \bar{x_1} + x_2$

d) $x_3 + \bar{x_2} x_1 + x_1 \bar{x_0} + x_2 \bar{x_1} x_0 + \bar{x_2} \bar{x_0}$

e) $\bar{x_2} \bar{x_0} + x_1 \bar{x_0}$

f) $x_3 + x_2 \bar{x_1} + \bar{x_1} \bar{x_0} + x_2 \bar{x_0}$

g) $x_3 + \bar{x_0} x_1 + x_1 \bar{x_2} + \bar{x_1} x_2$

Ältere Siebensegment-Treiberbausteine, die nur die Dezimalziffern 0 bis 9 anzeigen können, enthalten nur die im letzten Abschnitt dargestellten logischen Funktionen und zeigen nur „Kauderwelsch“ an, wenn die Hexadezimalwerte A bis F am Eingang anliegen.

Referenzen

1. ↑ AEG MIS Geascript Segment Schriften

Weblinks

 Commons: Siebensegmentanzeige – Album mit Bildern und/oder Videos und Audiodateien

• Animation und Funktionsweise der Siebensegmentanzeige
• F. W. Woods Patent aus dem Jahre 1908 (PDF-Datei; 520 kB)