Wie funktionieren Flipper-Displays?

Ein normales Display (also keins der modernes Dot-Matrix-Displays) besteht aus Stellen und Segmenten. Dabei legt die Anzahl der Stellen fest, wie lang die darzustellenden Zahlen oder Wörter sein können, während die Anzahl der Segmente pro Stelle bestimmt, ob Buchstaben oder nur Zahlen dargestellt werden können. Zusätzlich wurden pro Flipper mehrere Einzeldisplays verbaut, manchmal auf einer gemeinsamen Platine, manchmal aber auch getrennt.

Ein Williams System 6 (z.B Flash) hat demnach 4 Einzeldisplays mit je 6 Stellen zu acht Segmenten - 7 für die Zahl plus eine für's Komma. Zusätzlich besitzt das Gerät noch ein 4-stelliges Creditdisplay. Ein WPC alphanumeric (z.B. Funhouse) hat hingegen zwei Displays mit je 16 Stellen und 15 Segmenten  -14 für alphanumerische Zeichen und eins für's Komma.

Die Funktionsweise ist ähnlich, der Lampen-Matrix. Über eine Strobe-Leitung wird jeweils eine Stelle aktiviert, während über die Segmentleitungen bestimmt wird, welche Segmente innerhalb dieser Stelle leuchten und welche nicht. Danach wird die nächste Strobeleitung aktiv und damit die nächste Stelle aktiviert. Wichtig ist, dass die Stellen nacheinander beleuchtet werden, es leuchtet also immer nur eine Stelle auf einmal, der Begriff blitzen wäre demnach eigentlich treffender. Da sehr schnell durch die Stellen geschaltet wird und diese daher sehr häufig blitzen, können diese Blitze von unserem Auge nicht mehr wahrgenommen werden, so dass wir den Eindruck haben, alle Stellen würden gleichmäßig leuchten.

Ein 6 stelliges numerisches Display hat demnach den folgenden Aufbau:

Die Segmentleitungen aller Stellen sind verbunden und die Strobeleitungen bestimmen, welche Stelle gerade leuchtet (blitzt).

Ansteuerung der LED-Displays im Vergleich zu Glaskolbendisplays

Der Hauptunterschied in der Ansteuerung beider Displayarten lässt sich in einem Satz zusammenfassen: Glaskolben brauchen hohe Spannungen, LED Displays hohe Ströme. Beim Glaskolbendisplay ist daher ein Hochspannungsnetzteil nötig, dass die erforderlichen +-100V erzeugt. Außerdem werden spezielle Treiber ICs verwendet, um die 5V Signale der CPU in diese Hochspannungssignale zu übersetzen. Bei den Segmentleitungen (90V) sind dies häufig z.B. UDN6118A und bei den Strobeleitungen (-100V) UDN7180A.

LEDs kommen zwar mit der herkömmlichen 5V Versorgung aus, brauchen dafür aber Ströme bis zu 20mA pro leuchtender LED (Segment), bei einem alphanumerischen Display mit 15 Segmenten also bis zu 300mA. Als Segmenttreiber haben wir den ULN2803A verwendet, der die Kathoden der aktivierten Segmente mit Masse verbindet. An den Strobeleitungen hängen Feldeffekttransistoren, die die gerade ausgewählte Stelle mit 5 Volt versorgen. Die nicht ausgewählten Stellen bleiben also dunkel, da sie nicht mit 5V verbunden sind und die LEDs der nicht aktiven Segmente innerhalb der ausgewählten Stelle bleiben dunkel, da sie zwar 5V haben, der Strom aber nicht durch sie hindurch nach Masse fließen kann.

Das Bild zeigt den vereinfachten Aufbau einer Schaltung mit Common-Anode LED Displays. Die Widerstände R begrenzen den Strom durch die LEDs und bestimmen daher die Helligkeit. Die vollständige Schaltung für eine Stelle ist unten zu sehen, diese wiederholt sich entsprechend der Anzahl der Stellen.

Das Bild zeigt unser Design für frühe Bally Flipper und enthält noch die nötige zusätzliche Ansteuerlogik.