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7 セグメント ディスプレイは、より複雑なドット マトリックス ディスプレイの代替として、小数点を表示する電子ディスプレイ デバイスの一種です。
7セグメントディスプレイは、デジタル時計、電子メーター、基本的な計算機、その他数値情報を表示する電子機器に広く使用されています。[1]
歴史
7セグメントの数字表示は、1903年の特許（米国特許1,126,641 ）にすでに見られ、Carl Kinsleyが文字と数字を電信送信し、セグメント形式でテープ上に印刷する方法を発明した。1908年には、FW Woodが8セグメントディスプレイを発明し、斜めのバーを使用して数字の4を表示した（米国特許974,943）。1910年には、白熱電球で照らされた7セグメントディスプレイが発電所のボイラー室の信号盤で使用された。[2]また、手動から自動の電話ダイヤリングへの移行中に、ダイヤルした電話番号をオペレーターに示すためにも使用された。[3]これらは、1970年代に LEDが登場するまで広く普及しなかった。
初期の7セグメントディスプレイには、真空の電球の中に白熱フィラメントを使用したものがあり、ヌミトロンとも呼ばれています。[4]バリエーション（ミニトロン）は、真空の容器入りの箱を使用していました。ミニトロンは、現代のLEDセグメントディスプレイのようにDIP（デュアルインラインパッケージ）パッケージに収められたフィラメントセグメントディスプレイです。最大16セグメントを持つことができます。[5] [6] [7] LEDや白熱フィラメントの代わりに小さな白熱電球を使用するセグメントディスプレイもありました。これらは現代のLEDセグメントディスプレイと同様に機能します。[8]
1970年代には蛍光表示管を使ったバージョンも使用されました。 [9]
初期（1970年代頃）のLED 7セグメントディスプレイの多くは、各桁が1つのダイ上に構築されていました。これにより、数字が非常に小さくなりました。数字をより読みやすくするために、設計に拡大レンズを組み込んだものもありました。[10] [11]他の設計では、ディスプレイの各セグメントに1つまたは2つのダイを使用しました。[12] [13]
7 セグメント パターンはポスターやタグで使用される場合があり、ユーザーは事前に印刷されたセグメントに色を適用するか、7 セグメントの数字テンプレートを通じて色を適用して、製品価格や電話番号などの数字を作成します。
多くの用途では、ドットマトリックス液晶ディスプレイ(LCD) が一般に LED ディスプレイに取って代わっていますが、LCD でも 7 セグメント ディスプレイが一般的です。LED とは異なり、LCD パネルの要素の形状は、ディスプレイ上にフォトリソグラフィーによって形成されるため任意です。対照的に、LED セグメントの形状は単純な長方形になる傾向があります。これは、物理的に成形して形状を形成する必要があり、7 セグメント ディスプレイのセグメントよりも複雑な形状を形成するのが困難だからです。ただし、7 セグメント ディスプレイは認識しやすく、ドットマトリックスの数字に比べて視覚的なコントラストが比較的高いため、 7 セグメントの複数桁 LCD 画面は基本的な電卓では非常に一般的です。
7 セグメント ディスプレイは、書体デザイナーにインスピレーションを与え、 New Alphabet、"DB LCD Temp"、"ION B" など、 そのディスプレイを彷彿とさせる (ただし、より読みやすい) 書体を生み出しました。
7 セグメント ディスプレイは、（逆さまの）数字のように見える限られた範囲の文字を使用して、学校の子供たちが「電卓スペリング」と呼ばれる手法で単語やフレーズを形成するためによく使用されます。
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ガソリンスタンドの価格表示 -
「7」の桁に末尾がある電卓 -
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アポロ誘導コンピュータのコントロールパネルの複製
実装
7 セグメント ディスプレイには、液晶ディスプレイ(LCD)、各セグメント用の発光ダイオード(LED)、エレクトロクロミック ディスプレイ、または冷陰極ガス放電 (ネオン) (Panaplex)、真空蛍光(VFD)、白熱フィラメント(Numitron) などの他の光生成または制御技術が使用される場合があります。ガソリン価格トーテムやその他の大型看板には、電磁的に反転した光反射セグメントで構成される電気機械式 7 セグメント ディスプレイが今でも一般的に使用されています。1950 年代から 1970 年代にかけての 7 セグメント ディスプレイの前身は、冷陰極のネオン ランプのようなニキシー管でした。1970 年から、RCA は、ヌミトロンは白熱フィラメントを7セグメントディスプレイに配列した。14]エレクトロルミネセンスディスプレイを備えた20桁の小数点が含まれていた。[15]
単純なLEDパッケージでは、通常、セグメントLEDのすべてのカソード（負極）またはすべてのアノード（正極）が接続され、共通のピンに引き出されます。これは、「共通カソード」または「共通アノード」デバイスと呼ばれます。[16]したがって、7セグメントプラス小数点パッケージには9つのピンしか必要ありませんが、市販の製品には通常、標準のICソケットに合わせるために、より多くのピンや、ピンが入るスペースが含まれています。1桁または複数桁の統合ディスプレイも存在します。これらの統合ディスプレイの一部には独自の内部デコーダが組み込まれていますが、ほとんどはそうではありません。各個別のLEDは、前述のように接続ピンに引き出されます。
ポケット電卓や類似のデバイスで使用される複数桁の LED ディスプレイでは、ディスプレイを制御するために必要な I/O ピンの数を減らすために多重化ディスプレイが使用されていました。たとえば、各桁位置の A セグメントのすべてのアノードは一緒に接続され、ドライバ回路ピンに接続され、各桁のすべてのセグメントのカソードは接続されます。任意の桁の特定のセグメントを操作するには、制御集積回路が、選択した桁のカソード ドライバと目的のセグメントのアノード ドライバをオンにします。次に、短いブランキング間隔の後に次の桁が選択され、新しいセグメントが順番に点灯します。この方法では、7 つのセグメントと小数点を持つ 8 桁のディスプレイに必要なのは、64 個のドライバと IC ピンではなく、8 個のカソード ドライバと 8 個のアノード ドライバだけです。[17]ポケット電卓では、多くの場合、桁駆動ラインがキーボードのスキャンにも使用され、さらに節約されますが、複数のキーを同時に押すと、多重化ディスプレイで奇妙な結果が生成されます。
肉眼では LED ディスプレイのすべての数字が点灯しているように見えますが、多重化されたディスプレイでは常に 1 つの数字だけが点灯します。数字の変化速度が速すぎるため、人間の目には点滅が見えません (以前のデバイスでは周辺視野で見えていました)。
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わずか12ピンの多重化4桁7セグメントディスプレイ -
4桁のディスプレイを列ごとにスキャンして1.234の数字を作る -
1970 年代の電卓の 8 桁 7 セグメント多重化 LED ディスプレイの X 線写真
キャラクター
7 つのセグメントは長方形として配置され、各側に 2 つの垂直セグメント、上、中央、下にそれぞれ 1 つの水平セグメントがあります。長方形は斜めになっていることが多く、読みやすくなっています。ほとんどのアプリケーションでは、セグメントはほぼ均一な形状とサイズになっています (通常は細長い六角形ですが、台形や長方形も使用できます)。ただし、加算機の場合は、垂直セグメントが長く、端が奇妙な形になっており、読みやすくなっています。ディスプレイの 7 つの要素は、アラビア数字のそれぞれを表すために、さまざまな組み合わせで点灯できます。
個々のセグメントは文字「a」から「g」で参照され、オプションの小数点（「第8セグメント」、DPと呼ばれる）は非整数の表示に使用されることがあります。[18] [16] 1バイトで、小数点を含む7セグメントディスプレイの完全な状態をエンコードできます。最も一般的なビットエンコードはgfedcbaとabcdefgです。gfedcba表現では、バイト値0x06はセグメント「c」と「b」をオンにし、「1」を表示します。
小数点
0から9までの数字は、7セグメントディスプレイに表示される最も一般的な文字です。これらの文字に最もよく使用されるパターンは次のとおりです。[20]
代替パターン：数字1は左の部分で表され、数字6と9は「尾」なしで表され、数字7は「尾」付きで表されます： [21]
Unicode 13.0では、 7セグメントの数字を含む初期のコンピュータフォントを再現するために、レガシーコンピューティングブロックのSymbols for Legacy Computingでセグメント化された数字0〜9に10個のコードポイントが与えられました。 [22]公式リファレンスでは、あまり一般的ではない4セグメントの「7」が示されています。
16進数
2進化10進数（BCD）の0から9の数字の値を保持するには、4つの2進ビットが必要です。4ビット（2 4）で16個の値を保持できるため、16進数（hex）の数字も4ビットで表すことができます。[23] 7セグメントディスプレイのセグメント数は限られているため、16進数の数桁は小文字で表示する必要があります。そうしないと、大文字の「B」が数字「8」と同じになり、大文字の「D」が数字「0」と同じになります。[24] [25] [26] [27] 数字「6」も、最上位のセグメントが次のように表示する必要があります。
文字「b」との曖昧さを避けるためです。
初期のデコーダ IC は、できるだけ少ないゲートを使用し、0 ～ 9 を生成することだけを目的として設計されていたため、10 ～ 15 の数字に対してランダムなパターンや重複した数字を生成することが多かったです。
手紙
ラテン アルファベットの文字の多くは、7 セグメント ディスプレイに適切に実装できます。すべての文字が使用できるわけではありませんが、多くの便利な単語を作成できます。単語を慎重に選択することで、使用できない文字を回避できる場合があります。大文字の「I」、「O」、「S」、「Z」は、数字の「1」、「0」、「5」、「2」、および小文字の「g」と数字の「9」の一般的な 7 セグメント表示と競合します。大文字のI は左側に配置することもできますが (ここでは小文字の L を示しています)、これはあまり行われません。小文字の「b」と「q」は、代替の数字の「6」と「9」と同じです。
以下は、実際の電子機器に表示される実際の英語の単語の例です。
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参照
14セグメントと16セグメントのディスプレイ（完全な英数字用）もありますが、これらはほとんどがドットマトリックスディスプレイに置き換えられました。完全なASCII文字セットを表示できる22セグメントディスプレイ[28]は1980年代初頭に短期間利用可能でしたが、人気はありませんでした。
参考文献
- ^ 「7セグメントディスプレイ」。2012年4月4日時点のオリジナルよりアーカイブ。
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- ^ 「DL-3422 4桁22セグメント英数字インテリジェントディスプレイ予備データシート」。インターネットアーカイブ。Litronix 1982 Optoelectronics Catalog。p. 82。2016年9月3日閲覧。
外部リンク
ウィキメディア・コモンズには、7 セグメント ディスプレイに関連するメディアがあります。
- 7セグメントディスプレイのインタラクティブなデモンストレーション
- 7 セグメント ディスプレイと 8051 マイクロコントローラのインターフェイス
- 7セグメントディスプレイとAVRマイクロコントローラのインターフェース