Nachbildung von viktorianischen 21-Segment-Anzeigen

Es scheint mir, dass wir heutzutage die Qual der Wahl haben, wenn es um Display-Technologie geht. Kürzlich habe ich zum Beispiel eine Uhr gesehen, die - auf den ersten Blick - sechs Nixie-Röhren zu verwenden schien. Wie bitte? Was meinen Sie mit: „Was sind Nixie-Röhren?“ Nun, diese waren in den späten 1950er, den 1960er und den frühen 1970er Jahren eine der primären Möglichkeiten, digitale Informationen anzuzeigen, hauptsächlich die hindu-arabischen Ziffern 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 und 9.

Nixie-Röhren ähneln in ihrer Form den Vakuumröhren, aber statt eines Vakuums sind sie mit einem Gas unter niedrigem Druck gefüllt, in der Regel Neon, gemischt mit ein wenig Quecksilber oder Argon, in einer so genannten Penning-Mischung. Die Röhre enthält außerdem eine Anode aus Drahtgeflecht und mehrere Kathoden, wobei die Kathoden wie Ziffern oder andere Symbole geformt sind. Jede Kathode kann durch Anlegen einer Zündspannung von etwa 170 Volt Gleichstrom bei einigen Milliampere zwischen dieser Kathode und der Anode in der charakteristischen neonrot-orangen Farbe zum Leuchten gebracht werden.

Schließlich wurden Nixie-Röhren durch andere Arten von Displays für kommerzielle Anwendungen ersetzt, aber sie erfreuen sich immer noch einer Anhängerschaft bei Bastlern, Heimwerkern und Herstellern. Bis vor kurzem bestand die einzige Möglichkeit, Nixie-Röhren zu erhalten, darin, sie aus alten Geräten zurückzugewinnen oder neue alte Lagerbestände (NOS) zu kaufen, die aus Ostdeutschland oder Russland stammten. NOS bezieht sich auf alte Warenbestände, die nie an einen Kunden verkauft wurden, aber immer noch „neu“ in ihrer Originalverpackung sind.

Abbildung 1: Die Nixie-Röhren R|Z568M sind pinkompatibel zu den klassischen Z568M-Röhren, mit einer Displaygröße von 2 Zoll Breite und 4 Zoll Höhe. (Bildquelle: Dalibor Farny)

Vor ein paar Jahren jedoch, zum Zeitpunkt der Niederschrift dieses Artikels, begann ein junger Bursche namens Dalibor Farny mit Sitz in der Tschechischen Republik, R|Z568M-Röhren anzubieten (Abbildung 1), wobei das „R“ für „Resurrection“ steht Diese stattlichen Schönheiten zeigen Ziffern an, die 2 Zoll breit und 4 Zoll hoch sind (die meisten Röhren sind viel kleiner), und sie sind pin-kompatibel mit den originalen Z568M-Röhren, die weithin als eine der schönsten Röhren aller Zeiten anerkannt sind.

Tatsächlich habe ich einen Satz von Dalibors Röhren hier in meinem Büro. Meine haben Kupferanodenmaschen und Bronzebasen - eines von nur zwei Steampunk-Sets, die er je gemacht hat - aber ich schweife ab...

Zu Beginn dieser Kolumne habe ich darauf hingewiesen, dass die Entwickler von heute die Qual der Wahl haben, wenn es um die Displaytechnologie geht. Kürzlich habe ich zum Beispiel eine Uhr gesehen, die - auf den ersten Blick - sechs Nixie-Röhren zu verwenden schien. Bei näherer Betrachtung stellte sich jedoch heraus, dass die Glasröhren jeweils ein kleines OLED-Display enthielten, mit dem beliebige Bitmap-Bilder dargestellt werden konnten, darunter auch Bilder, die wie die Anode und die leuchtenden Kathoden in Nixie-Röhren aussahen.

Ich bin sicher, dass wir alle mit 7-Segment-LED-Anzeigen vertraut sind, wie z. B. der LSHD-5601 von Lite-On Inc. die in einer Vielzahl von Farben in Konfigurationen mit gemeinsamer Anode und gemeinsamer Kathode erhältlich ist. Ich erinnere mich, als diese Displays in den frühen 1970er Jahren zum ersten Mal auf der Bildfläche erschienen. Zu dieser Zeit konnte man jede Farbe haben, die man wollte, solange diese Farbe rot war.

Diese 7-Segment-LED-Anzeigen tauchten schnell in allen Arten von Geräten auf, die Ziffern anzeigen mussten, einschließlich Uhren und elektronischen Taschenrechnern mit vier Funktionen. Im letzteren Fall konnten sie zusätzlich zu den Dezimalziffern auch zur Darstellung von Hexadezimalwerten verwendet werden, wobei die Alpha-Zeichen als Mischung aus Groß- und Kleinbuchstaben dargestellt werden mussten: A, b, C, d, E und F.

Natürlich dauerte es nicht lange, bis die Designer beschlossen, dass sie mehr Zeichen als Hexadezimalzahlen anzeigen mussten, was schnell zur Einführung von 9-, 14- und 16-Segment-Versionen dieser Komponenten führte.

Was alt ist, macht wieder Spaß

Aus irgendeinem Grund haben die meisten von uns die Tendenz zu denken, dass alles, was wir um uns herum sehen, erst kürzlich erfunden wurde. In Wirklichkeit hat man fast alles schon einmal in der einen oder anderen Form gesehen. Wie der Prediger in Ecclesiastes 1:9 sagt: „Was gewesen ist, ist, was sein wird, was geschehen ist, das ist, was geschehen wird, und es gibt nichts Neues unter der Sonne.” (Ich habe den Eindruck, dass er nicht zu vielen Partys eingeladen wurde).

Der Punkt ist, dass ich, als ich zum ersten Mal eine 7-Segment-LED-Anzeige sah, dachte, das sei das Tollste seit dem geschnittenen Brot, wie man so schön sagt, und es ist mir nie aufgefallen, dass es so etwas schon einmal gegeben hat. Sie können sich also vorstellen, wie überrascht ich war, als ich entdeckte, dass ein Erfinder namens George Lafayette Mason 1898 ein Patent für 21-Segment-Anzeigen anmeldete, was sie fest in die viktorianische Ära stellt (das Patent wurde schließlich 1901 erteilt). Jedes Segment der Anzeige hatte eine kleine Glühbirne, und alles wurde durch einen komplizierten elektromechanischen Schalter gesteuert, der die Segmente aktivierte, die zur Darstellung des gewünschten Zeichens erforderlich waren (Abbildung 2).

Abbildung 2: Erfunden von George Lafayette Mason im Jahr 1898, hatte jedes der 21 Segmente in diesem Display eine kleine Glühbirne, wobei alles durch einen komplizierten elektromechanischen Schalter gesteuert wurde. (Bildquelle: US Patent Office)

Der Grund, warum ich hier über all das schwadroniere, ist, dass mein Kumpel Steve Manley, der in Großbritannien ansässig ist, zusammen mit Ihrem bescheidenen Erzähler fröhlich 10-Zeichen-Versionen dieser Displays mit dreifarbigen LEDs zur Beleuchtung der Segmente erstellt. Die kürzeren Segmente haben eine LED, die längeren Segmente haben zwei LEDs, so dass sich insgesamt 35 LEDs ergeben. Als Teil davon hat Steve eine kleine Leiterplatte (50 Millimeter (mm) breit und 64 mm hoch) zusammen mit einer 10 mm tiefen 3D-gedruckten Schale entworfen (Abbildung 3).

Abbildung 3: Die LED-Platine (links) und das 3D-gedruckte Gehäuse (rechts) für eine 10-Zeichen-Nachbildung von Mason, bei der 35 dreifarbige LEDs anstelle von Glühbirnen verwendet werden. (Bildquelle: Steve Manley)

Die LEDs, die in Reihe geschaltet werden, sind von der Sorte WS2812B, wie z.B. die 4684 von Adafruit Industries LLC. Jede LED hat einen zugehörigen 100-Nanofarad-Kondensator (nF), der über den 0-Volt- und 5-Volt-Anschluss montiert ist. Außerdem hat das Board einen einzelnen 47-Mikrofarad-Kondensator (µF) über den 0-Volt- (Masse) und 5-Volt-Leistungseingängen sowie einen 330-Ohm-Widerstand (Ω) in Reihe mit dem Dateneingang der Karte.

Fazit

Wenn man sich die 21-Segment-Platine mit ihren 35 dreifarbigen LEDs anschaut, wie in Abbildung 3 gezeigt, fängt man an, über all die Dinge nachzudenken, die man mit nur einer Platine machen könnte; und denken Sie daran, dass Steve und ich jeweils zehn davon in unseren Anzeigen verwenden. Neben der Darstellung von Zahlen, Buchstaben und Interpunktionssymbolen können wir auch einige erstaunliche Muster und Effekte darstellen. Wir können unsere Displays sogar auf Geräusche reagieren lassen.

Das bedeutet natürlich, dass wir eine Möglichkeit brauchen, alles zu kontrollieren. Deshalb haben wir eine spezielle Steuerplatine für diese Aufgabe entworfen, die Thema meines nächsten Beitrags ist. In der Zwischenzeit freue ich mich, wie immer, über Ihre Kommentare, Fragen und Vorschläge.