많은 디스플레이 시스템은 광지시기(indicator)를 사용하여 온-오프 상태를 나타내거나 영문숫자를 표시한다. 영문숫자라는 용어는 영문자와 소수점을 포함한 숫자 0에서 9를 축약한 것이다. 그 한 형태가 영문자와 숫자를 7개의 세그먼트를 이용하여 표시하는 것이 있다. 아래 그림은 이 세그먼트를 보여 주고 있다.
또 다른 형태가 그 아래 그림과 같은 7×5 또는 9×7의 도트 매트릭스가 있다. 적절한 도트들을 켜서 글자들을 표시할 수 있다.
1. 광지시기
세븐 세그먼트나 도트 매트릭스와 같은 디스플레이 장치에 많이 사용되는 광지시기는 네온램프, 백열전구, 발광 다이오드(LED) 또는 액정(Liquid Crystal Display : LCD) 등이 있다. 네온램프는 고전압이 저전류에 동작하므로 주전원을 바로 이용할 수 있으나 적색빛만 낼 수 있다. 백열전구는 넓은 전압범위에서 사용할 수 있지만 고전류가 필요하다. 이것은 백색광을 내기 때문에 원하는 색을 얻기 위하여 필터를 사용한다. 매우 밝다는 것이 주요 장점이다.
일반적으로 발광 다이오드는 저전압 저전류이면서도 가격이 저렴하다. 이 다이오드에 정바이어스를 걸면 특정 대역의 파장을 갖는 빛을 발하게 된다. 아래 그림은 LED의 기본적인 구조를 보여 주고 있는데 반사경에 의하여 한족 방향으로 보강되어 발광되는 것을 알 수 있다. 흔히 LED에 사용되는 재료는 갈륨비소화합물, 갈륨 인화합물 그리고 이 두 재료의 합금 등이 있다. 적색, 황색, 녹색을 내는 LED에 가장 많이 사용되고 있고 마이크로프로세서 기반 시스템에서 광지시기로 가장 많이 사용하고 있다.
2. 발광 다이오드 디스플레이
발광 다이오드는 허용 최대 전류가 10에서 30mA 정도 되는데 이를 제한하기 위하여 대개 전류제한 저항이 필요하다. LED는 1개의 광지시기뿐만 아니라 7 또는 16 세그먼트 영문숫자 디스플레이, 도트 매트릭스, 막대 그래프 형태로 사용되고 있다.
아래 그림은 LED가 세븐 세그먼트 디스플레이에서 사용될 때 드라이버에 어떻게 연결되는지를 보여 주고 있는데 1개의 라인이 low가 되면 양단에 전압이 걸리게 되므로 그 라인의 LED는 켜지게 된다. LED가 정상적 빛을 발하기 위해서는 턴온(turn-on) 전압 이상이 인가되어야 하는데 대개 이 전압은 1.5V 정도이다. 이러한 연결방법은 애노드가 공통으로 묶여 있기 때문에 애노드 공통 연결이라 한다. 다른 방법으로는 캐소드 공통 연결이 있다. 애노드 공통의 각 LED는 해당 입력을 low로 떨어뜨리면 켜지게 되고 캐소드 공통은 high가 되면 켜진다. 사용되는 전류의 방향과 크기가 적절하므로 애노드 공통이 자주 사용되고 있다.
이러한 형태의 디스플레이의 대표적인 예가 Hewlett Packard사의 7.6과 10.9mm의 세븐 세그먼트 고광도 디스플레이인에 애노드 공통과 캐소드 공통 모두를 구할 수 있다. 또한 문자를 위한 세븐 세그먼트 이외에 좌측과 또는 우측에 소수점이 있다. 몇몇개의 세그먼트를 선택적으로 켜서 모든 숫자뿐만 아니라 약간의 문자도 표시할 수 있다.
종종 드라이버로의 입력이 보통의 2진수가 아니라 2진화 10진수인 경우가 있다. 2진화 10진수의 경우 10진수의 각 자리가 개별적으로 4비트 2진수로 변환되어 있다. 예컨대 10진수 15는 1이 0001로 5가 0101로 각각 변환되어 2진화 10진수로는 0001 0101이 된다. 드라이버의 출력은 LED 디스플레이를 켜기 위하여 적절한 형태로 디코드(decode)되어 나오게 된다.
3. 5×7 도트매트릭스 LED 디스플레이
아래 그림은 5×7 도트매트릭스의 기본 내부 구조를 보여 주고 있다. 배열은 5개의 접속열을 가지고 있고 각 열에는 7개의 LED의 애노드들이 연결되어 있다. 각 행에는 5개의 LED의 캐소드들이 연결되어 있다. 특정 LED를 켜기 위해서는 해당 열에 전원이 공급되고 해당 행을 접지시키면 된다. 이러한 디스플레이는 모든 ASCII문자를 전부 표시하는 것이 가능하다.
4. 액정 디스플레이
액정 디스플레이(liquid crystal display)는 직접 빛을 발하지 못하고 반사광이나 투과광을 이용한다. 액정재료는 긴 막대모양이 분자로서 미세한 홈이 있는 2장의 고분자판 사이에 끼워져 있다. 상판과 하판에 있는 홈의 방향은 서로 90도 각도로 엇갈려 있다. 액정분자가 서로 고분자의 홈방향에 따라 정렬하면 아래 그림과 같이 분자의 방향이 두 판 사이에서 서서히 90도를 틀게 된다.
액정재료에 면편광이 조사되면 빛의 편광면이 액정을 통과하면서 회전을 하게 된다. 그러므로 서로 투과방향이 직각인 두 편광판을 맞붙여 놓은 경우 액정에 의한 편광의 회전으로 빛을 투과하게 만들어 하판을 통하여 빛이 나오게 된다.
그러나 전기장이 가해져서 액정분자가 전장에 대해 정렬하게 되면 위 편광판을 투과되어온 빛이 회전을 하지 못하게 되므로 아래 편광판을 투과할 수 없고 흡수되어 버린다. 결국 하판 표면은 어두워진다.
세븐 세그먼트와 같은 형상의 전극을 갖는 2장의 유리를 맞대 놓고 사이에 액정재료를 넣는다. 해당 세그먼트에 전압을 가하면 그 세그먼트에 전장이 형성되어 까맣게 되고 나머지 전장이 형성되지 않은 부분은 밝게 남아 있게 된다. 이것이 바로 계산기, 시계 등과 같이 전지에 의하여 동작되는 기기에 많이 사용하는 액정 디스플레이의 원리이다. 액정 디스플레이를 5×7 도트 매트릭스 형태로 만들어 다양한 디스플레이를 만드는 것도 가능하다.
5. 경보지시기
계측제어 시스템에는 다양한 종류의 경보 시스템이 사용되고 있다. 대개 다음과 같은 경우 중 하나가 될 것이다.
1) 온도경보
온도가 특정 온도 이상에 도달하거나 또 다른 온도 이하로 떨어질 때 발생한다. 대개는 저항형 온도 센서나 열전대를 온도계측에 이용하여 이러한 경보를 발생시킨다.
2) 전류경보
전류가 특정 설정전류 이상이 되거나 또 다른 전류 이하로 떨어질 때 발생한다.
3) 전압경보
전압이 설정전압 이상이 되거나 또 다른 전압 이하로 떨어질 때 발생한다.
4) 중량경보
용기의 중량이 설정중량 이상이 되거나 또 다른 중량 이하로 떨어질 때 발생한다. 이 경보에는 주로 전기저항형 스트레인 게이지를 사용한 로드셀을 이용한다.
경보지시기는 어떤 센서로부터 아날로그 입력을 받아들이는데 센서에 따라서는 신호조절기가 필요한 경우도 있을 것이다. 이 신호로 적절한 표시를 하거 위하여 온-오프 신호로 변환한다. 아래 그림은 경보 시스템의 기본 구조를 보여 주고 있다. 입력은 경보 설정치(set point)와 비교된다. 비교기는 2개의 입력을 받아 1개의 출력을 내는데, 예를 들어 입력 A가 B보다 크면 1이 출력되고 아니면 0이 출력된다. 이 결과가 논리 유닛에 입력되어 이 유닛이 스위칭 유닛을 동작시킴으로써 결국 지시기를 켜고 끌 수 있다. 지시기는 부저, 벨, 나팔, 경적, 색등, 점멸등, 백라이트 디스플레이 등이 될 수 있다.
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