Семисегментный индикатор

Семисегментный индикатор — это электронное устройство отображения цифровой информации, выполненное в виде набора из семи отдельных элементов (сегментов), расположенных в форме восьмёрки. Каждый сегмент может быть независимо включён или выключен, что позволяет формировать изображения десяти арабских цифр (от 0 до 9), а также ограниченного набора букв латинского и кириллического алфавитов, знаков препинания и специальных символов. Относится к классу знакосинтезирующих индикаторов и является наиболее распространённым типом цифровых дисплеев в устройствах, где требуется отображение небольшого количества цифровой информации.

История

Идея представления цифр с помощью набора сегментов возникла задолго до появления полупроводниковой электроники. В 1908 году американский изобретатель Фрэнк Вуд запатентовал устройство для отображения цифр, использующее восемь сегментов (восьмисегментный индикатор), однако практического распространения оно не получило. Современный семисегментный формат был предложен в 1930-х годах для использования в электромеханических табло и телефонных номеронабирателях.

Массовое внедрение семисегментных индикаторов началось в 1960-х годах с развитием полупроводниковых технологий. Первые коммерческие образцы были выполнены на основе газоразрядных ламп (например, индикаторы серии ИН-1 и ИН-17), где сегменты представляли собой катоды, светящиеся в среде инертного газа. В 1970-х годах на смену газоразрядным пришли светодиодные (LED) индикаторы, которые отличались меньшим энергопотреблением, низким напряжением питания и высокой надёжностью. К 1980-м годам светодиодные семисегментные индикаторы стали стандартом для бытовой электроники — калькуляторов, часов, измерительных приборов.

Устройство и принцип работы

Семисегментный индикатор состоит из семи светоизлучающих или светоотражающих элементов, обозначаемых латинскими буквами от A до G. Восьмым элементом часто является десятичная точка (DP, от англ. Decimal Point), расположенная справа внизу. Сегменты имеют форму вытянутых прямоугольников и расположены в виде цифры «8»: три горизонтальных (A — верхний, G — средний, D — нижний) и четыре вертикальных (F — верхний левый, B — верхний правый, E — нижний левый, C — нижний правый).

Типы сегментов

По принципу формирования изображения различают:

Светодиодные (LED): Наиболее распространённый тип. Каждый сегмент представляет собой один или несколько светодиодов. Бывают красного, зелёного, синего, жёлтого и белого цветов свечения.
Жидкокристаллические (LCD): Работают на просвет или на отражение, потребляют минимальную мощность, используются в часах и портативных устройствах.
Газоразрядные: Исторический тип, где сегмент светится при подаче высокого напряжения (около 170 В) в среде неона или аргона. Отличаются характерным оранжево-красным цветом.
Флуоресцентные (VFD): Вакуумные люминесцентные индикаторы, где сегменты покрыты люминофором и светятся под воздействием электронов. Дают яркое свечение сине-зелёного цвета.
Электролюминесцентные: Тонкоплёночные индикаторы, использующие эффект электролюминесценции.

Управление

Управление семисегментным индикатором осуществляется путём подачи напряжения на соответствующие сегменты. Для отображения цифры «1» включаются сегменты B и C; для цифры «2» — A, B, D, E, G; для «8» — все семь сегментов. Для упрощения схемотехники индикаторы часто объединяют в многозначные сборки (например, 4-значные индикаторы для часов). В таких сборках используется принцип динамической индикации, когда каждый разряд поочерёдно зажигается на короткое время, а за счёт инерции человеческого зрения создаётся впечатление непрерывного свечения всех разрядов.

Классификация

Семисегментные индикаторы классифицируются по нескольким признакам:

По количеству знаков: одноразрядные, двухразрядные, четырёхразрядные (наиболее распространены в бытовых приборах), а также многоразрядные модули (до 16 знаков).
По цвету свечения: красные, зелёные, синие, жёлтые, белые, а также двухцветные (например, красный/зелёный с возможностью получения оранжевого при одновременном включении).
По схеме включения: с общим катодом (ОК) и общим анодом (ОА). В первом случае все катоды сегментов соединены вместе и подключаются к «земле», а управление осуществляется подачей положительного напряжения на аноды. Во втором — наоборот.
По высоте знака: от 7 мм (миниатюрные) до 200 мм и более (крупноформатные уличные табло).
По типу корпуса: DIP (для монтажа в отверстия), SMD (для поверхностного монтажа), модульные сборки с общей шиной.

Отображаемые символы

Основное назначение — отображение цифр от 0 до 9. Однако с помощью семи сегментов можно отобразить и ограниченный набор букв и символов:

Цифры: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9.
Буквы латиницы: A, b, C, d, E, F, G, H, I, J, L, O, P, S, U, Y.
Буквы кириллицы: А, В, Г, Е, П, С, У, Ь, Ъ.
Специальные символы: минус (-), подчёркивание (_), градус (°) и некоторые другие.

Ограниченность набора символов обусловлена тем, что семь сегментов не могут воспроизвести сложные формы букв (например, «М», «Ж», «Ш»). Для отображения полного алфавита используются 14-сегментные или 16-сегментные индикаторы.

Применение

Семисегментные индикаторы являются неотъемлемой частью множества электронных устройств благодаря своей простоте, надёжности и низкой стоимости:

Бытовая электроника: цифровые часы (будильники, настенные часы), калькуляторы, микроволновые печи, духовые шкафы, стиральные машины, термостаты, пульты управления.
Измерительные приборы: мультиметры, вольтметры, амперметры, частотомеры, термометры, весы, манометры.
Промышленность и транспорт: табло обратного отсчёта времени на светофорах, информационные табло на вокзалах и в аэропортах, дисплеи на топливораздаточных колонках (АЗС), панели приборов автомобилей (одометры, спидометры), индикаторы в лифтах.
Медицинская техника: дисплеи в аппаратах искусственной вентиляции лёгких, инфузионных насосах, тонометрах.
Специализированное оборудование: кодовые замки, счётчики электроэнергии, водосчётчики, газовые счётчики.

Преимущества и недостатки

Преимущества

Простота управления: для работы с одноразрядным индикатором требуется всего 8-10 выводов (7 сегментов + точка + общий вывод).
Низкая стоимость: производство светодиодных индикаторов хорошо отработано и дешевле, чем изготовление матричных дисплеев.
Высокая яркость и контрастность: светодиодные индикаторы хорошо видны при ярком солнечном свете.
Широкий температурный диапазон: работают от -40°C до +85°C.
Долговечность: светодиоды имеют ресурс до 100 000 часов непрерывной работы.

Недостатки

Ограниченный набор символов: невозможно отобразить буквы сложной формы, что делает их непригодными для текстовых дисплеев.
Относительно высокое энергопотребление по сравнению с жидкокристаллическими дисплеями (особенно у ярких светодиодных моделей).
Необходимость динамической индикации для многозначных сборок, что усложняет схемотехнику и может вызывать мерцание при неправильной реализации.
Большие габариты при отображении большого количества цифр по сравнению с матричными дисплеями.

Интересные факты

В некоторых старых моделях часов и калькуляторов использовались индикаторы с 8 сегментами, где дополнительный сегмент располагался посередине для отображения цифры «4» с замкнутой петлёй.
Самыми крупными семисегментными индикаторами в мире считаются табло на стадионах и вокзалах, где высота одного сегмента может достигать 1 метра.
В СССР выпускались газоразрядные индикаторы серии ИН-1, ИН-2, ИН-17, которые до сих пор ценятся коллекционерами и радиолюбителями за характерное тёплое свечение.
Для отображения букв русского алфавита в некоторых промышленных контроллерах использовались специальные прошивки, где буква «П» отображалась как перевёрнутая «U», а буква «С» — как незамкнутый круг.

Источники

Хоровиц П., Хилл У. «Искусство схемотехники» (7-е издание), 2019.
Титце У., Шенк К. «Полупроводниковая схемотехника» (12-е издание), 2008.
ГОСТ 25024.1-88 «Индикаторы знакосинтезирующие. Общие технические условия».
Справочник по полупроводниковым приборам. Индикаторы светодиодные. — М.: Радио и связь, 1985.
Техническая документация на индикаторы серии ИН-1, ИН-17. — НПО «Светлана», 1970-е гг.

BFOmetr — база данных и аналитика по компаниям России.

На главную BFOmetr →