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]
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.
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]
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 ".
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).
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".
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]
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]
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.
Se necesitan cuatro bits binarios para direccionar los números del 0 al 9, pero cuatro bits son suficientes para seis números más, del 10 al 15. Los decodificadores con entradas de 4 bits a menudo muestran dígitos hexadecimales (hex), utilizando el patrón de mayúsculas y minúsculas que se muestra aquí [23] (de lo contrario, una "B" mayúscula sería lo mismo que "8" y una "D" mayúscula sería lo mismo que "0"), [24] [25] [26] [27] el dígito "6" también debe mostrarse comoPara evitar ambigüedad con 'b':
Los primeros circuitos integrados decodificadores a menudo producían patrones aleatorios o duplicados de dígitos, ya que estaban diseñados para utilizar la menor cantidad de puertas posible y solo necesitaban producir del 0 al 9.
Es posible producir palabras legibles en pantallas de siete segmentos, aunque no en inglés arbitrario (ni en ningún otro idioma). Algunos ejemplos que se han visto en equipos electrónicos reales:
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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 [28] estuvieron disponibles brevemente a principios de la década de 1980, pero no resultaron populares.
