mini|Digitaluhr von 1978 mit LED-Anzeige. Links Uhrzeit, rechts Tag/Datum Eine Segmentanzeige ist in der Lage, durch elektronische oder elektromechanische Ansteuerung einzelner oder mehrerer ihrer Segmente Buchstaben, Zahlen oder Zeichen darzustellen. Es existieren viele verschiedene Arten von Segmentanzeigen, welche sich in der Anzahl und Anordnung ihrer Segmente unterscheiden. Die wichtigste ist die Siebensegmentanzeige, die z. B. in Digitaluhren oder Taschenrechnern zum Einsatz kommt und alle Ziffern von 0 bis 9 aus bis zu sieben einzelnen „Strichen“ zusammensetzt.

Eine Erweiterung dieser Segmentanzeige führt zur Vierzehnsegmentanzeige, bei der noch zusätzliche diagonale und vertikale Segmente enthalten sind. Selten wird diese auch als Sechzehnsegmentanzeige ausgeführt. Diese beiden Segmentanzeigen bieten den Vorteil, alle Großbuchstaben des lateinischen Alphabets und einige Sonderzeichen, wie zum Beispiel „+“ und „*“, gut abbilden zu können. Im Englischen werden diese Anzeigen wegen ihres Aussehens oft auch Starburst-Display, Union-Jack-Display oder British-Flag-Display genannt.

Andere Weiterentwicklungen haben zum Teil deutlich mehr Segmente, zum Beispiel 38, 88 oder 111 in der weit verbreiteten Geascript-Familie von BMG/MIS.BMG/MIS-Geascript-Segmentschriften Gerade die hohe Lesbarkeit sorgt dafür, dass sich diese Technik in bestimmten Nischen, wie etwa der Parkleittechnik, gegen Matrixanzeigen mit flexibleren Gestaltungsmöglichkeiten behaupten kann.

Siebensegmentanzeige mini|100px|Anordnung der Segmente a bis g Eine Siebensegmentanzeige ist ein Anzeigeelement aus sieben separat schaltbaren, sichtbaren Balken, die in Form zweier übereinanderstehender, häufig quadratischer Rechtecke angeordnet sind. Normalerweise werden die Segmente mit den kleinen lateinischen Buchstaben a bis g bezeichnet, wobei oben begonnen, im Uhrzeigersinn fortgefahren und das mittlere Segment zuletzt benannt wird.

Sie wird überwiegend zur Darstellung der dezimalen Ziffern Null bis Neun verwendet, beispielsweise bei Taschenrechnern oder Digitaluhren, aber teilweise auch auf nicht-elektronischen Anzeigetafeln, bspw. für Lotto-Jackpots. Die Darstellung der Ziffern ist hier abstrahiert, also nicht ganz perfekt im Vergleich zur „normalen“ Schrift (besonders augenfällige Beispiele sind die Ziffern 4 und 7). Durch die hohe Verbreitung von Siebensegmentanzeigen fällt diese Abstrahierung im täglichen Leben kaum mehr auf. mini|Tankstellenanzeige mit mechanisch angesteuerten oder manuell einstellbaren Ziffern

Zusätzlich ist rechts oder links der Ziffer oft noch ein Punkt als Kommazeichen integriert. Dieses spezielle Segment wird häufig als dp für decimal point bezeichnet.

Von einer -Ziffer spricht man, wenn nur die Segmente b und c und ein Pluszeichen integriert sind. Damit lassen sich dann 0 (= aus), die Zahl 1, sowie + und – darstellen, z. B. Anzeigen bis 1999. Von einer -Ziffer spricht man, wenn die Zahlen 1, 2, 3 sowie aus angezeigt werden können, z. B. bei Anzeigen bis 3999.

Da die meisten Systeme heute mit einer Datenbreite von 8 Bit oder Vielfachem davon arbeiten, gibt es bei den meisten Anzeigeelementen noch ein achtes „Element“ in Form eines Punktes auf der Basislinie rechts neben dem Segment d (rechts, weil dort aufgrund der meistens kursiven Ausrichtung des Zeichens mehr Platz als links ist). Der Punkt wird über ein achtes Datenbit angesteuert und dient meistens als Dezimaltrennzeichen, wird aber je nach Bedarf auch ganz anders eingesetzt.

Geschichte hochkant=0.5|mini|Schema der Seg­ment­an­ordnung von Frank W. Woods Anzeige, 1908 Bereits am 17. Juni 1908 ließ sich Frank W. Wood eine Achtsegmentanzeige patentieren, die ein zusätzliches Diagonalsegment zur Darstellung der Ziffer Vier enthielt (Patentnummer US 974,943, erteilt am 8. November 1910). Weitere Verbreitung fanden Segmentanzeigen erst in den 1960er Jahren mit dem Aufkommen der Fluoreszenz- und LED-Anzeigen. Vor dem Durchbruch der LED-Technik gab es in den 1970er Jahren Vorläufer in Form von Ziffernanzeigeröhren in Glühfaden-Technik – erst Numitrons in Röhrengehäusen, dann Minitrons (wie die späteren LED-Versionen) in Plastikgehäusen – oder als Gasentladungsröhre. Diese Variante ist allerdings deutlich seltener als die 7-Segmentanzeige.

Darstellung Mit den am häufigsten anzutreffenden 7-Segmentanzeigen lassen sich Buchstaben (lateinisch, griechisch, kyrillisch) nur eingeschränkt darstellen.

Die Darstellung von hexadezimalen Ziffern (0–9, A–F) ist allerdings durch die Verwendung von gemischten Klein- und Großbuchstaben gut möglich:

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F 7-Segmente 20px|0 20px|1 20px|2 20px|3 20px|4 20px|5 20px|6 20px|7 20px|8 20px|9 20px|A 20px|B 20px|C 20px|d 20px|E 20px|F

Nicht alle Buchstaben lassen sich mit 7 Segmenten darstellen oder sind mit Ziffern zu verwechseln. Die 9-Segment-Anzeigen (mit mehreren Optionen der Anordnung der diagonalen Striche) erlauben mehr Buchstaben und oft besser lesbare Darstellungen und auch einige weitere Sonderzeichen. Zeichen mit Diakritikum wie die deutschen Umlaute ‹Ä›, ‹Ö› und ‹Ü› bereiten Probleme; wobei ‹ö› und ‹ü› darstellbar sind. + Buchstaben A a b C c d E e F f G g H h I i J j K k L l M m N n O o P p Q q R r S s T t U u V v W w X x Y y Z z ä ö ü 7-Segmente 20px|A 20px|b 20px|C 20px|c 20px|d 20px|E 20px|F 20px|G 20px|H 20px|h 20px|I 20px|i 20px|J 20px|j 20px|L 20px|l 20px|n 20px|O 20px|o 20px|P 20px|q 20px|r 20px|S 20px|t 20px|U 20px|u 20px|Y 20px|ö 20px|ü 9-Segmente 20px|A 20px|C 20px|c 20px|E 20px|e 20px|F 20px|G 20px|g 20px|H 20px|h 20px|J 20px|K 20px|L 20px|n 20px|O 20px|o 20px|R 20px|r 20px|S 20px|t 20px|U 20px|u 20px|V 20px|v 20px|z

+ Ziffern & Sonderzeichen 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 - _ " ' = < ´ [ ] 7-Segmente 20px|0 20px|1 20px|2 20px|3 20px|4 20px|5 20px|6 20px|7 20px|8 20px|9 20px|- 20px|_ 20px|" 20px|' 20px|= 20px|< 20px|´ 20px|[ 20px|] 9-Segmente 20px|0 20px|1 20px|2 20px|3 20px|4 20px|5 20px|6 20px|7 20px|8 20px|9 20px|- 20px|_ 20px|" 20px|' 20px|= 20px|< 20px|´

Für einige Ziffern gibt es Varianten mit einem Segment mehr oder weniger: In sicherheitskritischen Bereichen ist ein Design sinnvoll, in dem der Ausfall eines beliebigen Segments nicht dazu führt, dass eine Ziffer aussieht wie eine andere (z. B. ‹9› oder ‹6› zu ‹5›), sondern der Defekt bemerkt wird. Daneben können auch Präferenzen aus der lokal üblichen Handschrift entscheidend sein.

Beispiele Bei einigen CD-Spielern erfolgen Statusinformationen über eine Siebensegmentanzeige: Hello 20px|H20px|E20px|L20px|L20px|O Open 20px|O20px|P/p20px|E20px|N Close 20px|C20px|L20px|O20px|S20px|E Play 20px|P/p20px|L20px|A20px|Y/y Load 20px|L20px|O20px|A20px|d No Disc 20px|N20px|O20px|d20px|I20px|S20px|C –OFF– 20px|-20px|O20px|F/f20px|F/f20px|-

Ansteuerung mini|Sieben-Segment-Numitron-Röhre. Jedes Segment besteht aus einem glühenden Glühlampenfaden – eine der ersten Siebensegmentanzeigen. mini|LED-Siebensegmentanzeige mini|Zwei LED-Siebensegmentanzeige (SMD) Die Segmente werden heute meist aus Leuchtdioden (LEDs) oder Flüssig-Kristallanzeigen (LCDs) gebildet. Bei sehr großformatigen Anzeigen sind auch Leuchtstoffröhren zur Bildung der Segmente im Einsatz. Bei LEDs gibt es einstellige Anzeigen, die sich technisch wie Matrixanzeigen durch gemeinsame Anode oder gemeinsame Kathode unterschieden. Der Dezimalpunkt wird teils dezidiert angesteuert.

Siebensegment-Decoder Zur Ansteuerung von Siebensegmentanzeigen aus LEDs oder LCDs werden meist integrierte Siebensegment-Decoder-Schaltungen (ICs) verwendet, welche binär codierte Zahlen (4 bit) auf sieben Bit zur Ansteuerung der sieben Segmente umcodieren. In diskret aufgebauten Uhren der 1970er Jahre kommen bei TTL- und CMOS-Bausteinen der Baureihen 74xx und 40xx diverser Hersteller, meist die Typen mit den Endziffern 46…49, 247 oder 4511 zum Einsatz. Dies sind BCD-Decoder, die vom Prinzip Demultiplexer gefolgt von mit weiteren Nicht-Gattern und Und-Gattern umkodierte Multiplexer und integriertem Ausgangstreiber sind. Je nach Baustein wurden TTL-Ausgangstreiber bis zu 30 Volt offener Kollektor benutzt. Bei CMOS-Ausgängen wird deren Kurzschlussfestigkeit genutzt und kleine LEDs oft ohne weitere Bauteile angesteuert. Einige der Schaltkreise bieten zudem die Funktion „Lampentest“, bei der alle Ausgänge aktiviert werden. Eine Dunkeltastung per Deaktivierung des Bausteins oder dessen Ausgänge ist auf einen weiteren Anschluss gelegt.Datenblätter 74LS47, 74HC4511

Zeitmultiplexverfahren und Schieberegister Zahlen aus mehreren Ziffern können mit Hilfe des Zeitmultiplexverfahrens angesteuert werden, wodurch nicht für jede Ziffer ein weiterer Decoderschaltkreis erforderlich ist. Nachteilig ist dabei das Flimmern der Anzeige bei niedrigen Frequenzen und die teils verringerte Helligkeit der Anzeige, da diese nicht permanent angesteuert wird. Ein weiteres Verfahren ist die Ansteuerung über Schieberegister, die dem Prozessor und 2 bis 3 Anschlüsse zur Ansteuerung der Anzeige abfordert und Kabelbäume dünn hält.

Seit den 1990er Jahren ersetzt teilweise ein programmierbarer Mikrocontroller die vorher in großer Zahl erforderlichen ICs bei kleineren Anzeigen, wobei jedoch mit einem BCD-zu-7-Segment-Decoder die Anzahl der nötigen I/O-Anschlüsse am Microcontroller verringert werden kann. Bei größeren LED-Anzeigen sind Treiberstufen nachgeschaltet, da die Ausgänge der Mikrocontroller nicht genug Strom aufbringen können.

Ansteuerung mehrerer Anzeigen mit Mikrocontrollern mini|Veranschaulichung einer 7-Segment-Anzeige mit synchronem Segment-Multiplexing Während die Anzeige mehrerer Ziffern mit Zähler-ICs recht unproblematisch ist, wird beim Einsatz von Mikrocontrollern die Zahl der nötigen I/O-Anschlüsse kritisch. So hat z. B. eine Digitaluhr (ohne Sekundenanzeige) 28 Leuchtdioden (bzw. 27, da die Zehner-Stundenziffer ein Segment nicht benötigt). Auch beim Einsatz von Treiber-ICs ist die Anzahl mit 16 recht hoch. Abhilfe wird geschaffen, indem der gemeinsame Anschluss einer Ziffer nicht dauerhaft mit der Versorgungsspannung verbunden wird, sondern die Ziffern nacheinander angesteuert werden. Dann können die sieben getrennten Anschlüsse von allen Ziffern zusammengefasst werden. Dadurch werden für Ziffern I/O-Anschlüsse benötigt, also für eine 4-ziffrige Digitaluhr z. B. 11 Anschlüsse (siehe Multiplexer). Damit wird eine geringere Helligkeit erreicht, was ggf. durch kleinere Vorwiderstände kompensiert werden kann. Allerdings kann das bei Softwarefehlern zur Beschädigung der Anzeige führen. Auch führt diese Methode zu einem sichtbaren Flackern, wenn die Anzeige mit Fernsehkameras gefilmt wird (ähnlich wie beim Filmen von Bildschirmen).

Eine bessere, jedoch aufwändigere Methode ist es, jeder Ziffer ein Treiber-IC mit eingebautem Register (z. B. 4511) vorzuschalten. Der Mikrocontroller kann dann über den Speicher-Eingang die zu ändernde Ziffer auswählen und wie beschrieben über verbundene Datenleitungen diese ändern.

Logiktabelle Angenommen, eine 7-Segment-Anzeige besitzt vier digitale Eingänge zur Ansteuerung. Dann ergibt sich zur Zifferndarstellung folgende Belegung der Eingänge (x3, x2, x1, x0) für die sieben Segmente (a, b, c, d, e, f, g):

mini|Alle 128 möglichen Kombinationen einer Siebensegmentanzeige

+ Wahrheitstabelle für 7-Segmentdekoder: 4 Eingänge (xn) und 7 Ausgänge (a…g) für SegmenteWertx3 x2 x1 x0 Zeichen a b c d e f g 0 0 0 0 0 20px|0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 20px|1 0 1 1 0 0 0 0 2 0 0 1 0 20px|2 1 1 0 1 1 0 1 3 0 0 1 1 20px|3 1 1 1 1 0 0 1 4 0 1 0 0 20px|4 0 1 1 0 0 1 1 5 0 1 0 1 20px|5 1 0 1 1 0 1 1 6 0 1 1 0 20px|6 1 0 1 1 1 1 1 7 0 1 1 1 20px|7 1 1 1 0 0 0 0 8 1 0 0 0 20px|8 1 1 1 1 1 1 1 9 1 0 0 1 20px|9 1 1 1 1 0 1 1 10 1 0 1 0 20px|A 1 1 1 0 1 1 1 11 1 0 1 1 20px|B 0 0 1 1 1 1 1 12 1 1 0 0 20px|C 1 0 0 1 1 1 0 13 1 1 0 1 20px|D 0 1 1 1 1 0 1 14 1 1 1 0 20px|E 1 0 0 1 1 1 1 15 1 1 1 1 20px|F 1 0 0 0 1 1 1

Schaltfunktionen für die Segmente Folgende Schaltfunktionen in Disjunktiver Normalform (DNF) ergeben sich aus obiger Logiktabelle: