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Affichage segmenté

comme les horloges numériques ou les calculatrices . Plus rarement, mais de façon courante, il sert également à afficher des informations alphanumériques . Un afficheur sept seg...

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comme les horloges numériques ou les calculatrices . Plus rarement, mais de façon courante, il sert également à afficher des informations alphanumériques . Un afficheur sept segments étant généralement moins coûteux qu'un afficheur capable de représenter plus fidèlement n'importe quel caractère, voire une image graphique, tel qu'un afficheur matriciel , le choix de l' utiliser représente un compromis entre la réduction des coûts et l'obtention de fonctionnalités plus complètes.

Histoire

L'affichage de chiffres sur sept segments apparaît dans des brevets dès 1903 ( ), lorsque Carl Kinsley inventa une méthode de transmission télégraphique de lettres et de chiffres et leur impression sur bande sous forme segmentée. En 1908, F.W. Wood inventa un afficheur à huit segments, affichant le chiffre 4 à l'aide d'une barre diagonale ( ). En 1910, un afficheur à sept segments éclairé par des ampoules incandescentes fut utilisé sur le panneau de signalisation de la chaufferie d'une centrale électrique. Ces afficheurs servaient également à afficher le numéro de téléphone composé aux opératrices lors du passage de la numérotation manuelle à la numérotation automatique. Leur utilisation ne se généralisa qu'avec l'avènement des LED dans les années 1970.

Certains des premiers afficheurs à sept segments utilisaient des filaments incandescents dans une ampoule sous vide ; on les appelle aussi numitrons. Une variante (les minitrons) utilisait un boîtier sous vide . Les minitrons sont des afficheurs à segments à filament logés dans des boîtiers DIP ( Dual In-line Package ), comme les afficheurs à segments LED modernes. Ils peuvent comporter jusqu’à 16 segments . Il existait aussi des afficheurs à segments utilisant de petites ampoules incandescentes au lieu de LED ou de filaments incandescents. Leur fonctionnement était similaire à celui des afficheurs à segments LED modernes.

Des versions à affichage fluorescent sous vide ont également été utilisées dans les années 1970.

De nombreux afficheurs LED à sept segments du début des années 1970 utilisaient une seule puce pour chaque chiffre , ce qui les rendait très petits. Certains modèles intégraient des lentilles grossissantes pour tenter d'améliorer leur lisibilité. D'autres utilisaient une ou deux puces par segment.

L'affichage à cristaux liquides (LCD) a largement supplanté l'affichage LED à sept segments. La forme des éléments d'un panneau LCD est arbitraire puisqu'ils sont formés par photolithographie , tandis que les segments LED sont généralement de simples rectangles , car ils doivent être moulés physiquement, ce qui rend difficile la réalisation de formes plus complexes. Cependant, la facilité de lecture des affichages à sept segments et le contraste visuel relativement élevé qu'ils offrent par rapport aux affichages matriciels expliquent la présence fréquente des écrans LCD à sept segments pour l'affichage de plusieurs chiffres sur les calculatrices basiques .

L’utilisation d’afficheurs à sept segments est déconseillée pour l’affichage d’informations critiques (c’est-à-dire des informations dangereuses pour la santé ou la sécurité en cas de mauvaise interprétation) en raison du risque d’erreur de lecture si l’afficheur est à l’envers ou si des segments sont bloqués (allumés ou éteints). Les écrans LCD matriciels rétroéclairés ont largement remplacé les afficheurs à sept segments sur ce type d’équipement.

L'affichage à sept segments a inspiré les créateurs de caractères typographiques , qui ont produit des polices rappelant cet affichage (mais plus lisibles), telles que New Alphabet , « DB LCD Temp », « ION B », etc. Le motif à sept segments est parfois utilisé sur des affiches ou des étiquettes, où l'utilisateur applique une couleur à des segments pré-imprimés ou à travers un gabarit de chiffres à sept segments , pour composer des chiffres tels que des prix de produits ou des numéros de téléphone.

Les afficheurs à sept segments, qui utilisent une gamme restreinte de lettres ressemblant à des chiffres (à l'envers), sont couramment utilisés par les écoliers pour former des mots et des phrases à l'aide d'une technique connue sous le nom de « orthographe à la calculatrice ».

Affichage des prix à la station-service

Calculatrice avec une queue sur le chiffre « 7 »

Reproduction du panneau de commande de l'ordinateur de guidage Apollo

Lecteur CD Marantz CD63SE avec affichage fluorescent sous vide en mode test

Écran du lecteur CD Marantz CC-45

Un bus pékinois affichant le numéro de la ligne 695 sur un écran à sept segments

Mises en œuvre

Les afficheurs sept segments peuvent utiliser un écran à cristaux liquides (LCD), une diode électroluminescente (DEL) par segment, un écran électrochrome ou d'autres techniques de génération ou de contrôle de la lumière telles que la décharge gazeuse à cathode froide (néon) ( Panaplex ), la fluorescence sous vide (VFD), les filaments incandescents (Numitron), etc. Pour les panneaux d'affichage des prix de l'essence et autres grandes enseignes, les afficheurs sept segments électromécaniques, composés de segments réfléchissants à basculement électromagnétique, sont encore couramment utilisés. Un précurseur de l'afficheur sept segments, des années 1950 aux années 1970, était le tube nixie à cathode froide, semblable à une lampe au néon . À partir de 1970, RCA a commercialisé un dispositif d'affichage connu sous le nom de…Le Numitron utilisait des filaments incandescents disposés en un affichage à sept segments. En URSS, la première calculatrice électronique « Vega », produite à partir de 1964, comportait 20 chiffres décimaux avecun affichage électroluminescent.

Dans un boîtier LED simple, toutes les cathodes (bornes négatives) ou toutes les anodes (bornes positives) des segments sont généralement connectées à une broche commune ; on parle alors de dispositif à « cathode commune » ou à « anode commune » . Ainsi, un boîtier à 7 segments et point décimal ne nécessite que neuf broches, bien que les produits commerciaux comportent généralement davantage de broches, et/ou d'emplacements pour broches, afin de s'adapter aux supports de circuits intégrés standard . Il existe également des afficheurs intégrés, à un ou plusieurs chiffres. Certains de ces afficheurs intégrés intègrent leur propre décodeur , mais la plupart n'en possèdent pas : chaque LED est connectée individuellement à une broche, comme décrit précédemment.

Les afficheurs LED à plusieurs chiffres, utilisés dans les calculatrices de poche et autres appareils similaires, employaient un multiplexage pour réduire le nombre de broches d'E/S nécessaires à leur commande. Par exemple, toutes les anodes des segments A de chaque chiffre étaient reliées entre elles et à une broche du circuit de commande , tandis que les cathodes de tous les segments de chaque chiffre étaient également reliées. Pour afficher un segment particulier d'un chiffre, le circuit intégré de commande activait le circuit de commande de la cathode du chiffre sélectionné, ainsi que les circuits de commande des anodes des segments souhaités. Après un court délai, le chiffre suivant était sélectionné et les nouveaux segments s'allumaient, de manière séquentielle. Ainsi, un afficheur à huit chiffres, sept segments et une virgule décimale ne nécessitait que huit circuits de commande de cathode et huit circuits de commande d'anode, au lieu de soixante-quatre circuits de commande et broches de circuit intégré. Dans les calculatrices de poche, les lignes de commande des chiffres servaient souvent aussi à balayer le clavier, ce qui permettait de réaliser des économies supplémentaires ; cependant, la pression simultanée de plusieurs touches pouvait produire des résultats erratiques sur l'afficheur multiplexé.

Un afficheur multiplexé à 4 chiffres et 7 segments avec seulement 12 broches

Un affichage à 4 chiffres balayant les colonnes pour former le nombre 1,234

Radiographie d'un afficheur LED multiplexé à 7 segments et 8 chiffres provenant d'une calculatrice des années 1970

Personnages

Grille 16×8 affichant les 128 états d'un afficheur à sept segments

Décimal

Les chiffres numériques de 0 à 9 sont les caractères les plus couramment affichés sur les afficheurs à sept segments. Les motifs les plus courants utilisés pour chacun d'eux sont :

Modèles alternatifs : Le chiffre 1 peut être représenté avec les segments de gauche, les chiffres 6 et 9 peuvent être représentés sans « queue », et le chiffre 7 représenté avec une « queue » :

Dans Unicode 13.0, 10 points de code avaient été attribués aux chiffres segmentés 0 à 9 dans le bloc Symbols for Legacy Computing , afin de reproduire les premières polices d'ordinateur qui incluaient des versions à sept segments des chiffres. La référence officielle montre le « 7 » à quatre segments, moins courant ( ).

Hexadécimal

Les valeurs numériques de 0 à 9 en notation décimale binaire (BCD) nécessitent quatre bits binaires. Puisque quatre bits (2⁴ ⁾ peuvent contenir 16 valeurs, les chiffres hexadécimaux peuvent également être représentés par quatre bits. En raison du nombre limité de segments sur les afficheurs sept segments, les chiffres hexadécimaux B et D sont affichés en minuscules pour éviter toute confusion avec 8 et 0, respectivement. Le chiffre « 6 » doit également être affiché avec le segment supérieur afin d'éviter toute ambiguïté avec la lettre « b » .

Les premiers circuits intégrés de décodage produisaient souvent des motifs peu intuitifs ou des doublons de chiffres pour 10-15, car ils étaient conçus pour utiliser le moins de portes possible et n'avaient besoin de produire que 0-9.

Courrier

De nombreuses lettres de l' alphabet latin peuvent être affichées sur un afficheur sept segments. Bien que toutes les lettres ne soient pas disponibles, il est possible de créer de nombreux mots utiles. Un choix judicieux de mots permet parfois de contourner l'absence de certaines lettres. Les lettres majuscules « B », « I », « S », « Z », « D » et « O » sont incompatibles avec la représentation courante sur sept segments des chiffres « 8 », « 1 », « 5 », « 2 » et « 0 » ( , , , , ) respectivement, et la lettre minuscule « g » avec le chiffre « 9 » ( ). La lettre majuscule ) pourrait être placée à gauche (comme la lettre minuscule « L » ici), mais cela est rarement fait. Les lettres minuscules « b » et « q » sont identiques aux chiffres « 6 » et « 9 » ( , ).

Voici quelques exemples de mots anglais que l'on retrouve sur des appareils électroniques (la première ligne figurait sur certains lecteurs CD ) :

, , , , ,

, , , , , ,

Affichage à huit segments

Un afficheur à huit segments est un type d'afficheur composé de huit segments qui peuvent être allumés ou éteints en fonction du motif de police à produire.

Applications

L'une de ses applications fut la Sharp EL-8 , une des premières calculatrices électroniques. L'afficheur à huit segments produit des chiffres plus arrondis qu'un afficheur à sept segments , offrant un rendu plus « scripturaire », au prix d'un nombre réduit de caractères alphabétiques affichables, les barres F et G étant fusionnées (voir tableau ci-dessous).

Affichage

Un afficheur à huit segments peut parfois présenter des caractères alphabétiques moins lisibles, car les segments F et G sont combinés et les angles sont arrondis. La disposition asymétrique des éléments produisait un style de chiffres manuscrits distinctif, avec un « 0 » de demi-hauteur.

Exemples

Sharp EL-8 avec affichage à huit segments

Affichage à huit segments affichant un 8
Affichage à huit segments affichant un D

Affichage à neuf segments

Un afficheur à neuf segments est un type d'afficheur composé de neuf segments qui peuvent être allumés ou éteints selon le motif graphique à afficher. Il s'agit d'une extension de l' afficheur à sept segments , plus courant, auquel s'ajoutent deux segments diagonaux ou verticaux (l'un entre le segment supérieur et le segment central, et l'autre entre le segment inférieur et les segments horizontaux). Il permet un affichage efficace des caractères alphanumériques.

Les lettres affichées par un afficheur à neuf segments ne sont pas toujours majuscules ou minuscules. Un compromis courant consiste à utiliser un « n » minuscule au lieu d'un « N ». Selon la conception des segments, l'utilisation des deux segments supplémentaires peut être évitée autant que possible, comme pour les « r » et « y » minuscules « tall » du Nixxo X-Page.

Utilisations

Dans certaines calculatrices numériques soviétiques des années 1970, comme l' Elektronika 4-71b, des afficheurs à 9 segments étaient utilisés pour fournir des caractères alphanumériques de base et éviter les confusions avec la représentation des chiffres dans les codes postaux soviétiques .

Chiffre 3

Lettre 3 (ze)

Différents segments pour des glyphes similaires

Les deux barres supplémentaires étaient inclinées vers l'avant, permettant ainsi de former un И correct et de différencier le chiffre 3 de la lettre З. La calculatrice Sharp Compet utilise également un afficheur à 9 segments, ce qui limite le nombre de caractères et de symboles utilisables.

Les afficheurs à neuf segments sont utilisés dans de nombreuses montres numériques Timex et certains pagers , comme le Nixxo XPage , le pager Arch BR502 et le Scope Geo N8T . On les retrouve également dans certaines imprimantes Epson Stylus et les compteurs numériques Newport iSeries . L'afficheur de l'iSeries est unique : il possède un segment supplémentaire vertical en haut et un segment supplémentaire inférieur incliné vers l'arrière. Ceci permet un affichage plus naturel des chiffres R et M.

Les tables de flipper produites par Bally de 1986 à 1989 utilisaient des affichages de score à neuf segments.

Un écran à neuf segments a été développé pour afficher les chiffres bengalis et romains .

Affichage fluorescent sous vide à neuf segments

Exemple de code postal à neuf segments sur une enveloppe
Carte postale de Lettonie juste avant son indépendance

Affichage à quatorze segments

Les segments individuels d'un afficheur à quatorze segments

Un afficheur à quatorze segments ( FSD ), également appelé afficheur en étoile ou afficheur Union Jack est un type d'afficheur composé de 14 segments pouvant être activés ou désactivés pour afficher des lettres et des chiffres. Il s'agit d'une extension de l' afficheur à sept segments , plus courant, auquel s'ajoutent quatre segments diagonaux et deux segments verticaux, le segment horizontal central étant divisé en deux. Un afficheur à sept segments suffit pour les chiffres et certaines lettres, mais la représentation sans ambiguïté de l' alphabet latin de base ISO exige une plus grande précision . Une légère variante est l' afficheur à seize segments , qui offre une meilleure lisibilité pour l'affichage des lettres ou d'autres symboles.

Un point décimal ou une virgule peuvent être présents comme segment supplémentaire, ou paire de segments ; la virgule (utilisée pour les groupements à trois chiffres ou comme séparateur décimal dans de nombreuses régions) est généralement formée en combinant le point décimal avec un segment en forme d'arc descendant vers la gauche étroitement « attaché ».

Les afficheurs alphanumériques électroniques peuvent utiliser des LED , des écrans LCD ou des dispositifs d'affichage fluorescents sous vide . Les afficheurs LED sont généralement disponibles en versions à un ou deux caractères, ce qui permet au concepteur du système de choisir le nombre de caractères adapté à l'application.

Un générateur de caractères est souvent utilisé pour traduire les codes de caractères ASCII 7 bits en 14 bits qui indiquent lesquels des 14 segments doivent être activés ou désactivés.

Encodage de caractères

Chiffres arabes sur un écran à 14 segments

En éclairant différents éléments, on peut afficher différents personnages.

Dans un afficheur à 14 segments, il existe également un 15e segment optionnel qui est un point décimal (noté « DP »).

Décimal

alphabet latin

Lettres latines sur un écran à 14 segments

Un afficheur à 14 segments est principalement utilisé pour afficher du texte car les 14 éléments permettent d'afficher toutes les lettres latines en majuscules et en minuscules (à quelques exceptions près comme le « s »).

Applications

Les afficheurs multisegments utilisent moins d'éléments qu'un afficheur matriciel complet et peuvent offrir un meilleur rendu des caractères lorsque les segments sont correctement dimensionnés. Cela permet de réduire la consommation d'énergie et le nombre de composants de pilotage.

Les afficheurs à plasma gazeux à quatorze segments ont été utilisés dans les flippers de 1986 à 1991, avec une partie supplémentaire comprenant une virgule et un point , pour un total de 16 segments.

Les afficheurs à quatorze et seize segments étaient utilisés pour produire des caractères alphanumériques sur les calculatrices et autres systèmes embarqués . Aujourd'hui, on les retrouve notamment dans les afficheurs intégrés aux systèmes d'identification de l'appelant des téléphones , aux équipements de gymnase, aux magnétoscopes , aux autoradios , aux fours à micro-ondes , aux machines à sous et aux lecteurs DVD.

Ces types d'affichage étaient très courants sur les flippers pour afficher le score et d'autres informations, avant la généralisation des panneaux d'affichage à matrice de points.

lampe à incandescence

Les afficheurs alphanumériques à segments multiples sont presque aussi anciens que l'électricité. Un manuel de 1908 décrit un système d'affichage alphanumérique utilisant des lampes à incandescence et un mécanisme de commutation. Chacune des 21 lampes était reliée à un interrupteur actionné par un ensemble de barres à fentes, installé dans un tambour rotatif. Ce système pouvait être agencé de manière à ce que, lors de la rotation du tambour, différents ensembles d'interrupteurs se ferment et permettent ainsi d'afficher différentes lettres et différents chiffres. Ce dispositif aurait été utilisé pour des panneaux « parlants » afin d'épeler des messages, mais un ensemble complet d'interrupteurs, de tambours et de lampes était nécessaire pour chaque lettre d'un message, ce qui rendait le panneau ainsi obtenu très coûteux.

néon à cathode froide

Il existe plusieurs versions différentes de l'afficheur à quatorze segments utilisant des lampes néon à cathode froide. Par exemple, un modèle fabriqué par la société Burroughs Corporation était appelé « Panaplex ». Au lieu d'utiliser un filament comme les versions incandescentes, ces afficheurs utilisent une cathode chargée à un potentiel de 180 V, ce qui provoque la lueur orange vif du segment électrifié.

Exemples

Affichage d'horloge à quatre caractères et 14 segments. Notez les segments supérieur et inférieur continus, contrairement à un affichage à seize segments.

Caractères à quatorze segments sur la gamme de calculatrices d'ingénierie programmables HP-41 de Hewlett-Packard, datant de la fin des années 1970.
Affichage des caractères à 14 segments sur le multimètre Hewlett-Packard HP3478A
Affichage à quatorze segments sur un écran LCD d'autoradio de seconde monte
Un écran LCD inversé à quatorze segments rétroéclairé, utilisé dans un système mini Hi-Fi Sony MHC-EC55.

Affichage à seize segments

Les segments individuels d'un écran à seize segments

Chiffres arabes , lettres de l' alphabet latin de base ISO et ponctuation, y compris un caractère dont le dernier segment est allumé sur un afficheur 16 segments standard.

Un afficheur à seize segments ( SISD ) est un type d'afficheur composé de seize segments pouvant être activés ou désactivés pour produire un motif graphique. Il s'agit d'une extension de l' afficheur à sept segments , plus courant, auquel il ajoute quatre segments diagonaux et deux segments verticaux, et dont les trois segments horizontaux sont divisés en deux. Parmi les autres variantes, on trouve l' afficheur à quatorze segments , qui ne divise pas les segments horizontaux supérieur et inférieur, et l'afficheur à vingt-deux segments qui permet l'affichage de caractères minuscules avec jambages .

Un générateur de caractères est souvent utilisé pour traduire les codes de caractères ASCII 7 bits en 16 bits qui indiquent lesquels des 16 segments doivent être activés ou désactivés.

Applications

Les afficheurs à seize segments étaient initialement conçus pour afficher des caractères alphanumériques (lettres latines et chiffres arabes). Plus tard, ils ont été utilisés pour afficher des chiffres thaïlandais et des caractères persans . Des afficheurs non électroniques utilisant ce principe existaient déjà en 1902.

Avant l'avènement des écrans matriciels bon marché , les afficheurs à seize et quatorze segments étaient utilisés pour produire des caractères alphanumériques sur les calculatrices et autres systèmes embarqués . Plus tard, ils furent utilisés sur les magnétoscopes , les lecteurs DVD , les fours à micro-ondes , les autoradios , les afficheurs d'identification de l'appelant sur les téléphones et les machines à sous .

Les afficheurs à seize segments peuvent reposer sur différentes technologies, les trois types optoélectroniques les plus courants étant les LED , les LCD et les VFD . La variante LED est généralement fabriquée en boîtiers à un ou deux caractères, qui peuvent être combinés selon les besoins pour former des lignes de texte d'une longueur adaptée à l'application ; ces lignes peuvent également être empilées pour créer des afficheurs multilignes.

Comme pour les afficheurs à sept et quatorze segments, un point décimal et/ou une virgule peuvent apparaître comme segment supplémentaire, ou paire de segments. La virgule (utilisée pour les groupes de trois chiffres ou comme séparateur décimal dans de nombreuses régions) est généralement formée en combinant le point décimal avec un segment en forme d'arc descendant vers la gauche. Ainsi, un point ou une virgule peut être affiché entre deux caractères au lieu d'occuper une position entière, ce qui serait le cas si le segment vertical central inférieur était utilisé comme point et le segment diagonal inférieur gauche comme virgule. Ces affichages étaient très courants sur les flippers pour afficher le score et d'autres informations, avant la généralisation des écrans matriciels .

Exemples

Un afficheur à seize segments sur une borne d'arcade Beatmania IIDX

Un afficheur fluorescent sous vide à dix-huit segments . Deux segments supplémentaires sont utilisés pour les éléments inférieurs des lettres cyrilliques Д , Ц , Щ , Җ , Қ , Ң , Ҵ , Ҷ , Ԥ .
Un affichage à seize segments sur un AIM-65