Pantalla de siete segmentos
Forma de dispositivo de visualización electrónico para mostrar números decimales

Un componente de pantalla LED típico de 7 segmentos , con punto decimal en un paquete DIP -10 ancho

Una pantalla de siete segmentos es un tipo de dispositivo de visualización electrónico para mostrar números decimales que es una alternativa a las pantallas de matriz de puntos más complejas .

Las pantallas de siete segmentos se utilizan ampliamente en relojes digitales , medidores electrónicos, calculadoras básicas y otros dispositivos electrónicos que muestran información numérica. [1]

Historia

La representación de cifras en siete segmentos se puede encontrar en patentes desde 1903 (en la patente estadounidense 1.126.641 ), cuando Carl Kinsley inventó un método para transmitir telegráficamente letras y números e imprimirlos en cinta en un formato segmentado. En 1908, F. W. Wood inventó una pantalla de 8 segmentos, que mostraba el número 4 utilizando una barra diagonal ( patente estadounidense 974.943 ). En 1910, se utilizó una pantalla de siete segmentos iluminada por bombillas incandescentes en el panel de señales de la sala de calderas de una central eléctrica. [2] También se utilizaron para mostrar el número de teléfono marcado a los operadores durante la transición de la marcación telefónica manual a la automática. [3] No alcanzaron un uso generalizado hasta la llegada de los LED en la década de 1970.

Pantalla de filamento de siete segmentos

Algunas de las primeras pantallas de siete segmentos utilizaban filamentos incandescentes en una bombilla de vacío; también se las conoce como numitrones. [4] Una variación (minitrones) hacía uso de una caja encapsulada de vacío . Los minitrones son pantallas de segmentos de filamento que se alojan en paquetes DIP ( paquete dual en línea ) como las pantallas de segmentos LED modernas. Pueden tener hasta 16 segmentos . [5] [6] [7] También había pantallas de segmentos que utilizaban pequeñas bombillas incandescentes en lugar de LED o filamentos incandescentes. Estos funcionaban de manera similar a las pantallas de segmentos LED modernas. [8]

También se utilizaron versiones de pantallas fluorescentes al vacío en la década de 1970. [9]

Una pantalla de siete segmentos en una gasolinera

Muchas de las primeras pantallas LED de siete segmentos (de alrededor de la década de 1970) tenían cada dígito construido en una sola matriz . Esto hacía que los dígitos fueran muy pequeños. Algunas incluían lentes de aumento en el diseño para intentar que los dígitos fueran más legibles. [10] [11] Otros diseños usaban 1 o 2 matrices para cada segmento de la pantalla. [12] [13]

El patrón de siete segmentos a veces se utiliza en carteles o etiquetas, donde el usuario aplica color a segmentos preimpresos o aplica color a través de una plantilla de dígitos de siete segmentos para componer cifras como precios de productos o números de teléfono.

En muchas aplicaciones, las pantallas de cristal líquido (LCD) de matriz de puntos han reemplazado en gran medida a las pantallas LED en general, aunque incluso en las LCD, las pantallas de siete segmentos son comunes. A diferencia de los LED, las formas de los elementos en un panel LCD son arbitrarias, ya que se forman en la pantalla mediante fotolitografía . Por el contrario, las formas de los segmentos de los LED tienden a ser simples rectángulos , porque tienen que moldearse físicamente para darles forma, lo que dificulta la formación de formas más complejas que los segmentos de las pantallas de siete segmentos. Sin embargo, el fácil reconocimiento de las pantallas de siete segmentos y el contraste visual comparativamente alto que obtienen dichas pantallas en relación con los dígitos de matriz de puntos, hace que las pantallas LCD de siete segmentos de varios dígitos sean muy comunes en las calculadoras básicas .

La pantalla de siete segmentos ha inspirado a los diseñadores tipográficos a producir tipos de letra que recuerdan a esa pantalla (pero más legibles), como New Alphabet , "DB LCD Temp", "ION B", etc.

Utilizando un rango restringido de letras que parecen dígitos (al revés), las pantallas de siete segmentos son comúnmente utilizadas por los niños en edad escolar para formar palabras y frases utilizando una técnica conocida como " ortografía de calculadora ".

Implementaciones

Una pantalla multiplexada de siete segmentos y cuatro dígitos con solo 12 pines
Una pantalla de 4 dígitos que escanea por columnas para formar el número 1.234
Ocho pequeñas manchas rectangulares, que son los dígitos, conectadas por cables finos similares a cabellos a pistas a lo largo de una placa de circuito.
Radiografía de una pantalla LED multiplexada de 7 segmentos y 8 dígitos de una calculadora de los años 70

Las pantallas de siete segmentos pueden utilizar una pantalla de cristal líquido (LCD), un diodo emisor de luz (LED) para cada segmento, una pantalla electrocrómica u otras técnicas de generación o control de luz, como descarga de gas de cátodo frío (neón) (Panaplex), fluorescente de vacío (VFD), filamentos incandescentes (Numitron) y otros. Para los tótems de precios de gasolina y otros carteles grandes, todavía se utilizan comúnmente pantallas electromecánicas de siete segmentos formadas por segmentos que reflejan la luz invertidos electromagnéticamente. Un precursor de la pantalla de siete segmentos en la década de 1950 a 1970 fue el tubo nixie de cátodo frío, similar a una lámpara de neón . A partir de 1970, RCA vendió un dispositivo de visualización conocido comoNumitron , que utilizaba filamentos incandescentes dispuestos en una pantalla de siete segmentos.[14]En la URSS, la primera calculadora electrónica "Vega", que se produjo a partir de 1964, contiene 20 dígitos decimales conuna pantalla electroluminiscente.[15]

En un encapsulado LED simple, normalmente todos los cátodos (terminales negativos) o todos los ánodos (terminales positivos) de los LED de segmento están conectados y se llevan a un pin común; esto se conoce como un dispositivo de "cátodo común" o "ánodo común". [16] Por lo tanto, un encapsulado de 7 segmentos más punto decimal solo requerirá nueve pines, aunque los productos comerciales generalmente contienen más pines y/o espacios donde irían los pines, para que coincidan con los zócalos de CI estándar . También existen pantallas integradas, con uno o varios dígitos. Algunas de estas pantallas integradas incorporan su propio decodificador interno , aunque la mayoría no: cada LED individual se lleva a un pin de conexión como se describe.

Las pantallas LED de varios dígitos que se utilizan en las calculadoras de bolsillo y dispositivos similares utilizan pantallas multiplexadas para reducir la cantidad de pines de E/S necesarios para controlar la pantalla. Por ejemplo, todos los ánodos de los segmentos A de cada posición de dígito se conectarían entre sí y a un pin del circuito controlador , mientras que los cátodos de todos los segmentos de cada dígito se conectarían. Para operar cualquier segmento particular de cualquier dígito, el circuito integrado de control activaría el controlador de cátodo para el dígito seleccionado y los controladores de ánodo para los segmentos deseados; luego, después de un breve intervalo de supresión, se seleccionaría el siguiente dígito y se encenderían nuevos segmentos, de manera secuencial. De esta manera, una pantalla de ocho dígitos con siete segmentos y un punto decimal requeriría solo 8 controladores de cátodo y 8 controladores de ánodo, en lugar de sesenta y cuatro controladores y pines de CI. [17] A menudo, en las calculadoras de bolsillo, las líneas de control de dígitos también se usarían para escanear el teclado, lo que proporcionaría más ahorros; sin embargo, presionar varias teclas a la vez produciría resultados extraños en la pantalla multiplexada.

Aunque a simple vista todos los dígitos de una pantalla LED parecen iluminados, en una pantalla multiplexada solo se ilumina un dígito a la vez. El dígito cambia a una velocidad lo suficientemente alta como para que el ojo humano no pueda ver el parpadeo (en dispositivos anteriores podía ser visible con la visión periférica).

Personajes

Nombres de segmentos de una pantalla de siete segmentos con un octavo segmento de punto decimal.

Los siete segmentos están dispuestos como un rectángulo, con dos segmentos verticales a cada lado y un segmento horizontal en cada uno de los lados superior, medio e inferior. A menudo, el rectángulo es oblicuo (inclinado), lo que puede facilitar la lectura. En la mayoría de las aplicaciones, los segmentos tienen una forma y un tamaño casi uniformes (normalmente hexágonos alargados , aunque también se pueden utilizar trapecios y rectángulos ); aunque en el caso de las máquinas sumadoras , los segmentos verticales son más largos y tienen una forma más extraña en los extremos, para intentar que sean más fáciles de leer. Los siete elementos de la pantalla se pueden iluminar en diferentes combinaciones para representar cada uno de los números arábigos .

Los segmentos individuales se denominan con las letras "a" a "g", y a veces se utiliza un punto decimal opcional (un "octavo segmento", denominado DP) para la visualización de números no enteros. [18] [16] Un solo byte puede codificar el estado completo de una pantalla de siete segmentos, incluido el punto decimal. Las codificaciones de bits más populares son gfedcba y abcdefg . En la representación gfedcba , un valor de byte de 0x06 activaría los segmentos "c" y "b", que mostrarían un "1".

Cuadrícula de 16×8 que muestra los 128 estados de una pantalla de siete segmentos [19]

Decimal

Los dígitos numéricos del 0 al 9 son los caracteres más comunes que se muestran en las pantallas de siete segmentos. Los patrones más comunes que se utilizan para cada uno de ellos son: [20]

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Patrones alternativos: El numeral 1 puede representarse con los segmentos izquierdos, los numerales 6 y 9 pueden representarse sin una "cola" y el numeral 7 puede representarse con una "cola": [21]

1* 6 7 9

En Unicode 13.0, se habían dado 10 puntos de código para los dígitos segmentados del 0 al 9 en el bloque Símbolos para la informática heredada , para replicar las primeras fuentes de computadora que incluían versiones de siete segmentos de los dígitos. [22] La referencia oficial muestra el "7" de cuatro segmentos menos común.

Hexadecimal

Se necesitan cuatro bits binarios para direccionar los números del 0 al 9, pero cuatro bits son suficientes para direccionar seis números adicionales, direccionados del 10 al 15. Por lo general, los decodificadores con entradas de 4 bits también pueden mostrar dígitos hexadecimales (hex). Hoy en día, se utiliza comúnmente una combinación de caracteres en mayúsculas y minúsculas para A–F; [23] esto se hace para obtener una forma única e inequívoca para cada dígito hexadecimal (de lo contrario, una "D" mayúscula sería idéntica a un "0" y lo mismo puede decirse de las mayúsculas "B" y "8"). [24] [25] [26] [27] El dígito "6" debe mostrarse con el segmento superior activado para evitar ambigüedad con "b".

A b do d mi F

Letras

La mayoría de las letras del alfabeto latino se pueden implementar de forma razonable en una pantalla de siete segmentos. Aunque no todas las letras están disponibles, es posible crear muchas palabras útiles. Con una elección cuidadosa de las palabras, a veces se puede evitar el uso de letras no disponibles.

Alfabeto latino
ABdoDmiFGRAMOyoIYoKyoMETROnorteOhPAGQRSyotúVYoincógnitaYO
SuperiorUnadomiFGRAMOyoI*Yo*yoMETROMETROnorteOhPAGStúYoYoO
Más bajoa*bdodmigramo*yoi#yoyonorteoqaatúy
 Ambiguo con un dígito. La letra I  mayúscula se podría colocar a la izquierda (como se muestra aquí con la letra L minúscula), pero esto no se hace a menudo. Las letras "b" y "q" minúsculas son idénticas a los dígitos numéricos alternativos "6" y "9".

'M' y 'W' pueden representarse razonablemente sólo mediante el uso de dos celdas de visualización, y siempre que el espacio físico entre las celdas no sea grande.

Mensajes cortos que brindan información sobre el estado (por ejemplo, "norteoesd1Sdo" en un reproductor de CD) también se representan comúnmente en pantallas de siete segmentos. En el caso de tales mensajes no es necesario que cada letra sea unívoca, sino que basta con que las palabras en su conjunto sean legibles.

Ejemplos:

OhPAGminorte,doyoOhSmi,PAGyoAY,PAGAtúSmi,SyotúFFyomi,norteo dISdo
SaAaa,SaoPAG,atúnorte,FAIyo,miaaoa,SmiatúPAG,yomiyoPAG
METROMETROodmi,onorte,OhFF,ymiS,norteo,yooa,dooyod

También se han utilizado pantallas de siete segmentos para mostrar letras de los alfabetos cirílico y griego :

Alfabeto cirílico
UnaBEnGҐDEnYEsYoYZYoYoYoYoYoYoKElyoMNoYoAcerca dePRCTYoYoYoFXCCYoYoYoYoYoBYoYoYo
SuperiorUnaBEnGYEsZYoYoYoNoAcerca dePRCYoCYoYoBYo
Más bajoendyyoyoyoopcon
  Ambiguo con un dígito.
Alfabeto griego
UnaBΓΔYoOElOYoKOmiNOOPPΣTOhΦOOOhmio
SuperiorUnaBΓYoOElOYoOOPPΣOhOhmio
Más bajodelyolamicrasoπτyo
  Ambiguo con un dígito.

Hay suficientes patrones para mostrar todas las letras, pero pocas representaciones son inequívocas e intuitivas al mismo tiempo. [28] Cuando es necesario mostrar todas las letras en un dispositivo, las pantallas de dieciséis segmentos y de matriz de puntos son mejores opciones que las pantallas de siete segmentos.

Puntuación

Siete segmentos son capaces de mostrar algunos caracteres de glifo de puntuación .

Codificaciones de puntuación
GlifoMostrarUnicodeSignificado
es0x0020Espacio
__0x005FSubrayar
--0x002DMenos , Negativo , Guión , Raya
‾‾0x203EPuntuación excesiva , Macron
=ecualizador0x003DEs igual
=⁼0x207CSuperíndice es igual a
≡≡0x2261Barra triple, idéntica a , botón de hamburguesa
°°0x00B0Grado
""0x0022Comillas dobles , doble prima
''0x0027Apóstrofe , comilla simple , prima
( o [[0x005BParéntesis, corchete (entra en conflicto con C mayúscula )
) o ]]0x005DParéntesis, corchete
<<0x003CMenos que
>>0x003EMás que
??0x003FSigno de interrogación

El punto decimal se puede utilizar para agregar un punto después de una letra.

Circuitos integrados decodificadores

En el pasado, algunos circuitos integrados decodificadores de siete segmentos no generaban la siguiente fuente decimal/hexadecimal moderna.

0123456789AbdodmiF
  • Para "1", el MC14558B muestra el número en el lado izquierdo de la pantalla utilizando los segmentos "e" y "f" en lugar de los habituales "b" y "c". [29]
  • Para "7", el TC5022B lo muestra con el segmento adicional "f". [30]
  • Para "6" y "9", el CD4511B, MC14558B, TC5002B, SN74x46/SN74x47/SN74x48/SN74x49 muestra ambos números sin una "cola", donde "x" es la familia lógica TTL .
  • De la "A" a la "F":
  • Los circuitos integrados decodificadores BCD admiten varias fuentes de siete segmentos para su salida decodificada de entradas "A" (10) a "F" (15).
  • Los chips 7446/7447/7448/7449 [31] y Siemens FLH551-7448/555-8448 usaban versiones truncadas de "2", "3", "4", "5" y "6" para los dígitos A–E. El dígito F (binario 1111) estaba en blanco. [32] [33]
  • Los modelos TC5002B y TC5022B repiten los números del 0 al 5 para los dígitos A–F. [30]
  • El MM74C912 mostraba "o" para A y B, "−" para C, D y E, y en blanco para F. [34] El CD4511B solo mostraba espacios en blanco. [35]
  • Las calculadoras programables soviéticas como la Б3–34 usaban los símbolos "−", "L", "C", "Г", "E" y " " (espacio), lo que permitía mostrar el mensaje de error EГГ0Г .
FabricanteNúmero de piezaProducciónDescripción0123456789ABdoDmiFProducciónFicha de datos
TISN74LS47Activo (TI)Descodificador BCD0123456789doaV*DaesActivo bajo, OC[31]
TISN74LS247Activo (TI)Descodificador BCD0123456789doaV*DaesActivo bajo, OC[36]
MotorolaMC14558BInterrumpidoDescodificador BCD01*23456789esesesesesesActivo-Alto, PP[29]
ToshibaTC5002BInterrumpidoDescodificador BCD0123456789012345Activo-Alto, OE[30]
ToshibaTC5022BInterrumpidoDescodificador BCD0123456789012345Activo-Alto, OE[30]
RCA
TI		CD4511B
CD74x4511		Activo (TI)Decodificador BCD , Latch0123456789esesesesesesActivo-Alto, PP[35] [37]
RCA
TI		CD4543B
CD74x4543		Activo (TI)Decodificador BCD, Latch0123456789esesesesesesActivo-Alto
o Bajo, PP		[38] [39]
NacionalDM9374InterrumpidoDecodificador BCD, Latch0123456789-miyoyoPAGesActivo bajo, CC[40]
NacionalDM9368InterrumpidoDecodificador hexagonal , pestillo0123456789AbdodmiFActivo alto, CC[41]
NacionalDM9370InterrumpidoDecodificador hexagonal, pestillo0123456789AbdodmiFActivo bajo, OC[42]
MotorolaMC14495-1InterrumpidoDecodificador hexagonal, pestillo0123456789AbdodmiFActivo-Alto, OE[43]
NacionalMM74C912InterrumpidoControlador BCD de 6 dígitos0123456789o°‾-_esActivo-Alto, PP[34]
NacionalMM74C917InterrumpidoControlador hexadecimal de 6 dígitos0123456789AbdodmiFActivo-Alto, PP[34]
RCACD4026BActivo (TI) Contador BCD , Arriba0123456789 Activo-Alto, PP[44]
RCACD4033BActivo (TI)Contador BCD, arriba0123456789 Activo-Alto, PP[44]
RCACD40110BActivo (TI)Contador BCD, arriba/abajo0123456789 Activo-Alto, PP[45]
Notas de la tabla
  • Toda la información de la tabla anterior se extrajo de las referencias de la columna de la hoja de datos, excepto donde se indica a continuación.
  • Para la columna "Fabricante", incluye el nombre del primer fabricante (original) de la pieza.
  • Para la columna "Número de pieza", la "x" en los números de pieza significa familia lógica, como "HC" o "HCT".
  • Para la columna "Producción", el estado "Activo" del sitio web de Texas Instruments (TI), el estado "Descontinuado" se derivó de que las piezas nuevas no estaban disponibles en los principales distribuidores, aunque el stock antiguo nuevo (NOS) puede estar disponible en vendedores especializados.
  • Para la columna "Salida", "Activo-Alto" significa que ocurre un alto (1) cuando un segmento está encendido; "Activo-Bajo" significa que ocurre un bajo (0) cuando un segmento está encendido; "OC" significa colector abierto (conduce a bajo); "OE" significa emisor abierto (conduce a alto); "PP" significa push-pull (conduce a alto y bajo), "CC" significa corriente constante .

Véase también

Pantallas de 7, 9 , 14 y 16 segmentos mostradas una al lado de la otra

También hay pantallas de catorce y dieciséis segmentos (para caracteres alfanuméricos completos); sin embargo, estas han sido reemplazadas en su mayoría por pantallas de matriz de puntos . Las pantallas de 22 segmentos capaces de mostrar el conjunto completo de caracteres ASCII [46] estuvieron disponibles brevemente a principios de la década de 1980, pero no resultaron populares.

Referencias

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Wikimedia Commons tiene medios relacionados con Pantalla de siete segmentos.
  • Demostración interactiva de una pantalla de siete segmentos
  • Interfaz de una pantalla de siete segmentos con un microcontrolador 8051
  • Interfaz de una pantalla de 7 segmentos con un microcontrolador AVR
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