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七段發光二極管顯示器

七段液晶顯示器

點陣顯示器

七段發光二極管顯示器

數字可以由具有不同基數的數系來表示。在日常生活中,我們習慣用0至9來表示數字,這種表示法稱為十進制數系,它的基數是10。在數碼電子學中,只有低電平和高電平兩種狀態,它們分別代表0和1,這種表示法稱為二進制數系,它的基數是2。二進制數的每一個數位稱為位元 (bit),它是由英文字 “binary digit” 的縮寫所構成的。

輸入A至D是用來控制顯示在LED顯示器上的數字的。輸入按 “DCBA” 的順序來表示一個4位元二進制數。它們各自的數權值如下所示:

輸入D 是最高有效位元: (MSB) 23 = 8
輸入C 是第二有效位元: (2ndSB)22 = 4
輸入B 是第三有效位元: (2rdSB)21 = 2
輸入A 是最低有效位元: (LSB) 20 = 1

4位元二進制數轉換為十進制數的公式是:

十進制數 = D x 23 + C x 22 + B x 21 + A x 20

七段發光二極管顯示器是電子學中顯示十進制阿拉伯數字的一種方式。在現今的點陣顯示器出現之前,它已被廣泛應用。七段發光二極管顯示器由七個區段組成,見圖1。每個區段都是一顆發光二極管。它們被組合起來共同顯示標準的十進制阿拉伯數字。

圖1: 七段發光二極管顯示器

BCD至七段解碼器的集成電路 (IC) 芯片把二進制輸入A至D的邏輯狀態轉換成可以驅動七段發光二極管顯示器的七個輸出訊號。BCD的全寫是Binary-Coded Decimal,意思是二進制編碼十進制。表1列出了二進制輸入、解碼器輸出和十進制數0至9之間的關係;圖2則指出顯示器七個區段的名稱。

表1: BCD至七段解碼器的真值表

圖2: 顯示模組的示意圖,內裡包含BCD至七段解碼器和七段發光二極管顯示器


七段液晶顯示器

液晶顯示器 (LCD) 是一種很薄的平面顯示裝置,它由彩色或單色的像素組成,而這些像素以陣列方式排列在光源或反射器之前。

光以電磁波的形式傳播,並在垂直於光線傳播方向的平面上振動。在這個平面上,普通光的振動方向是隨機的。在LCD中,偏振鏡把輸入之光 線過濾為只有一種振動方向的光束,見圖3。

圖3: 光被偏振鏡所偏振

LCD的工作原理可參看圖4a和4b。若LCD兩端沒有施加任何電壓,則從LCD頂部進入的光被第一面偏振鏡所偏振,其後的各層液晶分子引導偏振光以一定轉向角度通過它們,從而改變光的振動方向。當偏振光通過最後一層液晶分子後,它的振動方向剛好扭轉了90° 並與第二面偏振鏡的方向相同 (與頂部的偏振鏡相差90°)。這時偏振光通過第二面偏振鏡並且被底部的平面鏡反射,造成該覆蓋區域變亮。

圖4a: 當沒有施加電壓時,光波被偏振及轉向

圖4b: 當施加電壓時,光波被阻擋

若在兩面偏振鏡之間施加一個電壓,它們之間會形成一個電場,液晶分子受電場作用而按電場方向排列。偏振光直接通過所有的液晶分子層 (沒有改變振動方向),其振動方向與第二面偏振鏡互相垂直。因此,偏振光不能通過第二面偏振鏡,亦沒有光被底部的平面鏡反射,造成該覆蓋區域變暗。

由於直流電壓所形成的電場方向是恆定的,為了防止液晶分子分解成正粒子和負粒子,液晶顯示器不能在直流電壓下工作。顯示器需要一個方波時鐘訊號來不斷改變電場的方向。


點陣顯示器

點陣顯示器是一種包含多個細小發光元素的顯示裝置,這些發光元素以二維陣列的形式排列。通過點亮不同的元素組合,可使顯示器描繪出不同的字符。因此點陣顯示器所顯示的字符比分段顯示器具有較高的分辨率。

點陣顯示器接收一個7位元的二進制數作為輸入。ASCII碼 (全寫為American Standard Code for Information Interchange,美國資訊交換標準碼) 是一套字符集及字符編碼體系。它被廣泛應用於數碼電子學來表示字符訊息。它是一種7位元碼,當中A0至A6分別對應二進制的前7個位元,表示十進制數0至127,而A0為最低有效位元 (LSB),A6則為最高有效位元 (MSB)。

ASCII 碼的前32個編碼 (0至31) 被預留作為控制電腦設備 (如打印機) 的控制編碼。例如,編碼10代表“換行”功能 (使打印機對紙張進行換行)。表1顯示了ASCII碼的可列印字符表。

表2:ASCII的可列印字符表及其對應的十進制編碼

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