Bildschirmtechnologie
Moderene Bildschirme bestehen aus Millionen von Leuchtdioden. Die folgende Tabelle zeigt eine Auswahl von typischen Bildschirmauflösungen:
| Bezeichnung | Auflösung | Total Pixel | Kontakte | Multiplexing |
|---|---|---|---|---|
| Full HD | 1920x1080 | 2’073’600 | 12’441’600 | 6’840 |
| WQHD | 2560x1440 | 3’686’400 | 22’118’400 | 9’120 |
| 4K | 3840x2160 | 8’294’400 | 49’766’400 | 13’680 |
Da jedes Pixel aus drei Leuchtdioden (rot, grün und blau) besteht und jede Leuchtdiode zwei Kontakte hat, werden pro Pixel theoretisch sechs Kontakte benötigt (siehe Spalte «Kontakte» in der Tabelle). Eine solche Menge an Zuleitungen ist technisch nicht lösbar.
Deshalb werden die Kathoden, also die Anschlüsse der Leuchtdiode, welche mit dem Minuspol verbunden werden, aller Leuchtdioden in einer Zeile des Bildschirms zusammengefasst.
Für einen Bildschirm, der aus 4x4 Leuchtdioden besteht, sieht der Schaltplan wie folgt aus:
Damit wird pro Zeile nur noch ein Anschluss benötigt, pro Spalte drei (für die drei Farben). Die benötigte Anzahl Anschlüsse reduziert sich dadurch massiv (siehe Spalte «Multiplexing» in der Tabelle).
Zeitmultiplexing
Da aber nun alle Leuchtdioden in der gleichen Spalte zusammenhängen, können diese nicht mehr einzeln ein- und ausgeschaltet werden, alle Zeilen zeigen immer das gleiche Muster an.
Dies wird gelöst, indem immer nur eine Zeile zur gleichen Zeit eingeschaltet wird. Wenn die Zeilen nacheinander schnell genug kurz eingeschaltet werden, entsteht für den Betrachter
die Illusion eines stehenden Bilds.
Diese Technik wird als Zeitmultiplexing bezeichnet.
Bei modernen Bildschirmen werden alle Zeilen innerhalb von einer Sekunde 60 bis 240 Mal einzeln eingeschaltet. Diese wird als Bildwiderholfrequenz bezeichnet und in Hertz angegeben (Englisch: frames per second, fps).
Das folgende Bild zeigt, wie auf einer vierfachen Siebensegmentanzeige mit Hilfe von Zeitmultiplexing unterschiedliche Ziffern angezeigt werden können:
Anwendung
Wir wollen das Zeitmultiplexing mit einer vierfachen Siebensegmentanzeige realisieren. Die verwendete Anzeige hat folgende Pinbelegung:
Aufgabe: Zeitmultiplexing
Schliessen Sie die Anzeige nach folgendem Schema am micro:bit an:
| Pin Anzeige | Pin micro:bit |
|---|---|
| GND1 | |
| GND2 | |
| GND3 | |
| GND4 | |
| a | |
| b | |
| c | |
| d | |
| e | |
| f | |
| g |
Schreiben Sie ein micro:bit-Programm, welches folgende Logik umsetzt:
- Alle GND-Anschlüsse werden auf 1 geschaltet. Damit werden alle Ziffern ausgeschaltet.
- Das Muster für die erste Ziffer wird auf den Anschlüssen a bis g aufgeschaltet.
- Der Anschluss GND1 wird auf 0 geschaltet. Jetzt fliesst Strom durch die Leuchtdioden der ersten Ziffer.
- Warte ein paar Milliskeunden.
- Wiederhole Schritte 2 bis 4 für die restlichen Ziffern.
- Wiederhole den ganzen Ablauf.