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Wissenswertes zu 7-Segment Anzeigen und Punkt-Matrix Anzeigen

Mit 7-Segment-Anzeigen lassen sich Ziffern, Zeichen und Buchstaben darstellen. Diese Anzeigen sind weit verbreitet und eignen sich um wenige Information abzubilden. Wie Sie 7-Segment-Anzeigen nutzen können und welche Möglichkeiten sie bieten, erfahren Sie hier.

Was sind 7-Segment-Anzeigen?

Mit 7 Segment Anzeigen lassen sich durch elektronische Ansteuerung bestimmte Symbole abbilden. Der häufigste Anwendungszweck ist die Anzeige der Ziffern Null bis Neun. Es lassen sich aber auch einige Buchstaben und Zeichen damit darstellen. Mit mehreren Anzeigen können Symbolfolgen abgebildet werden. Dies wird beispielsweise zur Anzeige von Ziffernfolgen bei Taschenrechnern oder der Wiedergabe von Statusinformationen bei einem CD-Player genutzt. Außerdem gibt es auch vierstellige 7-Segment-Anzeigen als einzelnes Bauteil, was die Ansteuerung durch nur eine Schnittstelle erleichtert.

Durch die Verwendung von 7-Segment-Anzeigen lassen sich beispielsweise Potentiometer-Werte, Schaltzustände oder Statusinformationen darstellen. Die Anzeigen sind günstig und es sind mehrstellige Module verfügbar, weshalb sie oft bei kleineren Anwendungen eingesetzt werden. Durch die verschiedenen Baugrößen und die breite Farbauswahl finden Sie passende Anzeigen für den individuell passenden Einsatzzweck.

Ansteuerung und Bauformen

Die Segmente der Anzeige bestehen meist aus Leuchtdioden (LEDs), es gibt auch noch Bauarten mit Flüssigkristallanzeigen (LCDs). Da die Ansteuerung mit Datenraten von 8-Bit erfolgt, gibt es oft ein achtes Segment in Form eines Punktes an der unteren rechten Seite. Dieser Punkt wird häufig zur Darstellung des Dezimaltrennzeichens verwendet.

Um die jeweiligen Segmente anzusteuern, besitzen die Anzeigen Bauteilanschlüsse, an welche eine Spannung beziehungsweise ein Signal angelegt wird. In der Praxis werden solche Anzeigen von Signalgebern wie Computern, Mikrocontrollern oder mithilfe von Integrierten Schaltungen (ICs) angesteuert. Für eigene Projekte eignen sich günstige Einplatinencomputer wie dem Raspberry Pi oder programmierbare Mikrocontroller wie beispielsweise ein Arduino. Diese beiden Controller bieten freie Anschlüsse, an denen 7-Segment-Anzeigen angebracht werden können. Der Anschluss erfolgt dabei über Platinenverbinder oder Lötverbindungen.

Mithilfe von Software wird die Anzeige gesteuert und kann so in das Projekt eingebunden werden, um Informationen darzustellen. Da für jede 7-Segment-Anzeige sieben bis acht freie Anschlüsse benötigt werden, können diese am Controller schnell knapp werden. Deshalb bietet es sich an, Decoder-ICs zu verwenden. Mit ihnen reduzieren sich die Anschlusspins auf vier bis fünf, sodass noch einige andere Bauteile wie Sensoren oder Taster am Steuerungsgerät Platz finden.

Sollen mehrere 7-Segment-Anzeigen bedient werden, bietet sich das Zeitmultiplexverfahren an. Damit werden die einzelnen Anzeigen über nur eine Schnittstelle nacheinander angesteuert. Bei einer ausreichend hohen Frequenz ist dann auch kein Flimmern sichtbar. Allerdings nimmt damit die Helligkeit der Anzeige ab. Dieses Verfahren kann über einen programmierten Mikrocontroller oder mit speziellen ICs erfolgen. Die entsprechenden Daten können dann über Datenprotokolle wie beispielsweise dem weit verbreiteten I2C-Protokoll übergeben werden.

Neben den klassischen 7-Segment-Anzeigen gibt es noch weitere Bauformen mit mehr Segmenten. Mit alphanumerischen Segment-Anzeigen lassen sich beispielsweise alle Buchstaben des Alphabets korrekt Darstellen. Für die Anzeige von komplexeren Symbolen oder anderen Informationen gibt es Punkt-Matrix-Anzeigen. Diese funktionieren nach demselben Prinzip wie Segment-Anzeigen, allerdings werden hier mithilfe von LEDs lediglich einzelne Punkte angezeigt, welche die Buchstaben oder das Bild ergeben.

Die flexibleren Gestaltungsmöglichkeiten von Punkt-Matrix-Displays gehen allerdings zulasten der Lesbarkeit. Deshalb werden Segment-Anzeigen in einigen Bereichen bevorzugt verwendet. Neben den rein elektronischen Segment-Anzeigen finden sich noch mechanische Anzeigen wie zum Beispiel die Preistafeln an Tankstellen.

Was sollten Sie beim Kauf beachten?

Im Datenblatt finden Sie die Bezeichnungen „Common Anode“ und „Common Cathode“. Damit wird der gemeinsame Anschluss beschrieben, also ob jeweils alle Anoden oder Kathoden der LEDs miteinander verbunden sind. Diese beiden unterschiedlichen Konfigurationen sind wichtig für die Ansteuerung der Anzeige und damit für die Programmierung von Controllern.

Bei der „Common Anode“-Variante leuchten die Segmente, deren Anschlüsse nicht angesteuert werden. Die „Common Cathode“-Variante funktioniert genau umgekehrt. Der Dezimalpunkt kann je nach Anzeige so ausgelegt sein, dass er unabhängig davon angesteuert wird.

In den Herstellerangaben finden sich Zeichnungen und Informationen zur Anschlussbelegung der 7-Segment-Anzeige. Beachten Sie: die Belegung ist selbst bei verschiedenen Anzeigen desselben Herstellers nicht zwingend identisch.

In den Tabellen des Datenblattes finden Sie die Betriebsspannung (Zeichen VF oder UF, englisch: Forward Voltage) der Anzeige. Oft ist es erforderlich, dass ein Vorwiderstand vor dem Spannungsanschluss angebracht werden muss, da die Anzeige bei zu hoher Eingangsspannung leicht zerstört werden kann. Für die Bestimmung des Vorwiderstands finden sie den Stromwert (Zeichen IF, englisch: Forward Current) ebenfalls im Datenblatt.

Die Anzeigen sind in verschiedenen Größen verfügbar. Je nach Anwendung benötigen Sie große Anzeigen für eine gute Lesbarkeit oder kleine Anzeigen, welche auf geringem Raum untergebracht werden können. Unter den technischen Daten finden Sie die Abmaße der 7-Segment-Anzeige.

Fazit

Zur Darstellung von Zahlen oder Buchstaben werden oft 7-Segment-Anzeigen verwendet. Mithilfe eines Mikrocontrollers wie dem Arduino oder einem Einplatinencomputer wie dem weit verbreiteten Raspberry Pi, lassen sich Segment-Anzeigen leicht in Schaltungen oder Steuerungen integrieren. Wenn sie mehrere Anzeigen betreiben möchten, sollten Sie Decoder-ICs oder ein Zeitmultiplexerverfahren verwenden, um die Anzahl der Anschlüsse am Steuerungsgerät übersichtlich zu halten. Im Datenblatt finden Sie wichtige Hinweise zur Anschlussbelegung und technische Daten für die Spannungsversorgung.

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