重製 21 段碼維多利亞顯示器

我覺得現今太多顯示技術可供選擇，實在眼花繚亂。例如，我最近看到一個時鐘，乍看之下，似乎用了六個輝光管。什麼？您問輝光管是什麼玩意兒？這是 1950 年代末期、1960 年代和 1970 年代初期數位資訊顯示的主要方式之一，大多用來顯示阿拉伯數字 0、1、2、3、4、5、6、7、8、9，但有多種變化型。

輝光管和真空管形狀相似，但裡面不是真空，而是填入低壓氣體，通常是氖氣混合少量水銀或氬氣，也就是所謂的彭寧混合物。管裡也有金屬絲網陽極和多個陰極，這些陰極的形狀好像是數字或其他符號。每個陰極可發出氖氣特有的紅橘色光，只要在該陰極和陽極之間，以少許 mA 的電流，施加大約 170 V DC 的電壓即可。

最後，輝光管在商業應用中還是被其他類型的顯示器所取代，但仍受到業餘愛好者、DIY 熱愛者和創客的喜愛。直到最近，輝光管的唯一獲取方式就是從舊設備當中回收，或是購買來自東德或俄國的全新庫存 (NOS)。NOS 指的是從未售出給客戶的庫存舊品，但依然是原包裝的「新品」。

圖 1：R|Z568M 輝光管的引腳與傳統的 Z568M 電子管相容，顯示尺寸為寬 2 吋，高 4 吋。(圖片來源：Dalibor Farny)

不過，前幾年在撰寫本文時，有一位住在捷克共和國的年輕人 Dalibor Farny，他開始提供 R|Z568M 電子管 (圖 1)，而「R」指的是「復活」的意思。這些令人驚豔的精品能顯示寬 2 吋和高 4 吋的數字 (多數管尺寸小得多)，而且引腳與原始的 Z568M 電子管相容。後者被廣泛認定為有史以來最漂亮的電子管之一。

事實上，我的辦公室裡就有一組 Dalibor 的電子管。我的這組有銅製網狀陽極和青銅基座，這是他所製作的唯二蒸汽龐克組中的一組 (我好像離題了)。

在開始撰寫這個專欄時，我注意到現今設計人員擁有眾多顯示技術選擇，讓他們眼花繚亂。舉例來說，我剛提到一個似乎用了六個輝光管的時鐘。但是若仔細觀察，我發現每個玻璃管都包含一個小型 OLED 顯示器，可用來顯示任何點陣型影像，包括看起來像是輝光管中陽極和發光陰極的影像。

此外，我相信大家都熟悉 7 段碼 LED 顯示器，例如 Lite-On Inc. 公司的 LSHD-5601。這種產品有多種顏色可選，且有共用陽極和共用陰極配置。我記得這些顯示器首次亮相是在 1970 初期。當時只有紅色。

這些 7 段碼 LED 顯示器很快就用於需要顯示數字的各樣元件上，包括手錶和四函數型電子計算器。在這種電子計算器中，除了十進位數字，還能顯示十六進位數值，儘管字母字元需要混用大寫和小寫符號顯示：A、b、C、d、E 和 F。

當然，沒過多久，設計人員便決定，除了十六進位數字，還要顯示更多字元，因此很快就出現包含 9、14 和 16 段碼的元件。

復古風潮

基於某個理由，多數人都有這樣的傾向，他們以為周遭出現的所有東西都是在近期發明的。實際上，幾乎每樣東西在以前就曾以其他形式存在過。如同在《傳道書》一章 9 節中，傳道者如此說：「已有的事後必再有；已行的事後必再行。日光之下並無新事。」(我想這位傳道者可能未曾受邀參加過許多派對)。

重點是，當我第一次看到 7 段碼 LED 顯示器時，我認為這是有史以來最棒的發明，就像人們所說的那樣，而且我以前從未想過有這樣的東西。因此，當我發現有位名叫 George Lafayette Mason 的發明家，在 1898 年申請了 21 段碼顯示器專利，你可以想像我是多麼驚訝，這將它們牢牢鎖定在維多利亞時代 (此專利最後在 1901 年獲准)。顯示器的每個段碼都有個小白熾燈炮，全部由一個複雜的機電開關控制，此開關會啟動所需的段碼以呈現相應的字元 (圖 2)。

圖 2：由 George Lafayette Mason 於 1898 年發明的顯示器，21 個段碼中每個都有一個小白熾燈炮，全部由一個複雜的機電開關控制。(圖片來源：美國專利局)

我會在這裡閒聊這些東西，是因為我住在英國的摯友 Steve Manley 以及我這卑微的敘述者，很樂意使用三色 LED 來點亮段碼，打造出此種 10 個字元版本的顯示器。較短的段碼有一個 LED，較長的則有兩個，總共有 35 個 LED。在此過程中，Steve 設計了一個小型電路板 (寬 50 mm 且高 64 mm)，外加 10 mm 深的 3D 列印外殼 (圖 3)。

圖 3：Mason 的 10 個字元重製品包含 LED 電路板 (左) 和 3D 列印外殼 (右)，採用 35 個三色 LED 而非白熾燈炮。(圖片來源：Steve Manley)

這些 LED 都是以菊鏈串接起來，屬於種類繁多的 WS2812B 產品，例如 Adafruit Industries LLC 的 4684。每個 LED 都有一個相關的 100 nF 電容，並跨接在 0 V 和 5 V 端子上。另外，板件還有單一的 47 µF 電容，跨接在自身的 0 V (接地) 和 5 V 電力輸入端之間，同時搭配 330 Ω 的電阻，其與板件的資料輸入端串聯安裝。

結論

看看圖 3 所示的 21 段碼板及其 35 個三色 LED，您就會開始思考，只用一個板件就能完成的所有事情；請記住，我跟 Steve 各自都在我們的顯示器上使用 10 個。除了呈現數字、字母和標點符號，我們也能顯示幾種驚奇的圖樣和效果。我們甚至能讓顯示器對聲音有所反應。

當然，這表示我們需要使用某種方式控制所有東西，這也是我們為何針對此任務設計特殊的控制板，而這正是我下一篇部落格文章的主題。同時，隨時歡迎你們提出意見、問題和建議。