再现 21 段维多利亚显示屏

在我看来，当今显示技术选择众多，令我们眼花缭乱。例如，我最近看到一个时钟，乍看上去似乎用了六个数码管。什么？你什么意思，“什么是数码管？”数码管是 20 世纪 50 年代后期、60 年代及 70 年代早期显示数字信息的主要方式之一；尽管有许多变体，主要还是显示阿拉伯数字 0、1、2、3、4、5、6、7、8 和 9。

数码管与真空管形状相似，但不是真空，其中充满低压气体，通常为氖混合少量汞或氩，称为彭宁混合物。数码管还包含金属丝网阳极和多个阴极，其中阴极形状类似于数字或其他符号。在阴极和阳极之间以几毫安的电流，施加约 170 伏直流电的启动电压，每个阴极都可以发出氖气独有的红橙色光。

最终，数码管在商业应用中还是被其他类型的显示屏所取代，但仍然受到业余爱好者、DIY 爱好者和创客的追捧。直到最近，数码管的唯一获取方法是从旧设备中回收，或购买来自东德或俄罗斯的库存新品 (NOS)。NOS 是指从未出售给客户的陈旧库存，但仍为原包装的“新”商品。

图 1：R|Z568M 数码管与经典的 Z568M 电子管引脚兼容，显示尺寸为 2 英寸宽、4 英寸高。（图片来源：Dalibor Farny）

然而，几年前在撰写本文时，捷克共和国一位名叫 Dalibor Farny 的年轻小伙子开始提供 R|Z568M 电子管（图 1），其中“R”表示“复兴”。这些令人惊艳的精品可显示 2 英寸宽、4 英寸高（大多数电子管要小得多）的数字，并且与原始 Z568M 电子管引脚兼容，后者被广泛认为是有史以来最漂亮的电子管之一。

实际上，我的办公室就有一套 Dalibor 电子管。我的电子管有铜制网状阳极和黄铜底座，这是他做过的仅有的两个蒸汽朋克套装之一，但我偏题了......

在开始撰写这个专栏时，我注意到当今设计人员拥有众多显示技术选择，让他们眼花缭乱。举个例子，我刚提到一个似乎用了六个数码管的时钟。但近距离查看发现，每个玻璃管包含一个小型 OLED 显示屏，可用于显示任何位图式图像，包括看起来像是数码管阳极和发光阴极的图像。

此外，我相信大家都熟悉 7 段 LED 显示屏，例如 Lite-On Inc. 的 LSHD-5601。该产品有多种颜色可供选择，并且提供共阳极和共阴极配置。我记得这些显示屏首次出现是在 20 世纪 70 年代初。那时，你可以有任何想要的颜色，只要是红色就行。

这些 7 段 LED 显示屏迅速出现在需要显示数字的各种设备上，包括手表和四函数电子计算器。在电子计算器中，除了十进制数字外，还可用于表示十六进制值，尽管字母字符必须以大写和小写符号的混合形式表示：A、b、C、d、E 和 F。

当然，不久之后，设计人员决定他们需要显示比十六进制数字更多的字符，因此加快了 9 段、14 段和 16 段器件的推出。

复古袭来

出于某种原因，我们大多数人都倾向于认为我们周围看到的一切都是最近发明的。实际上，几乎所有东西在之前都曾以一种或另一种形式出现过。正如牧师在《传道书》1:9 所说：“已有的事后必再有；已行的事后必再行，日光之下并无新事。”（我想他没有被邀请参加过很多派对）。

重点是，当我第一次看到 7 段 LED 显示屏时，我认为这是有史以来最棒的东西，就像他们说的那样，我之前从来没有想过有这样的事情。因此，当我发现一位名叫 George Lafayette Mason 的发明家于 1898 年为 21 段显示申请专利时，你可以想象我有多么惊讶，这将它们牢牢锁定在维多利亚时代（该专利最终于 1901 年获得批准）。每段显示都有一个小白炽灯泡，全部由一个复杂的机电开关控制，该开关会激活相应各段以显示所需的字符（图 2）。

图 2：由 George Lafayette Mason 于 1898 年发明，在 21 段显示中，每段都有一个小白炽灯泡，全部由一个复杂的机电开关控制。（图片来源：美国专利局）

我在这里闲聊这些是因为我在英国的密友 Steve Manley 和我这个谦逊的叙述者，非常开心地使用三色 LED 来点亮显示段，打造出 10 个字符版本的显示屏。较短的部分有一个 LED，较长的则有两个 LED，共 35 个 LED。作为其中的一部分，Steve 设计了一个小型电路板（50 mm 宽和 64 mm 高）和 10 mm 深的 3D 打印外壳（图 3）。

图 3：LED 电路板（左）和 3D 打印外壳（右）再现了 Mason 的 10 个字符版本，采用 35 个三色 LED 代替白炽灯泡。（图片来源：Steve Manley）

这些 LED 以菊花链方式连接在一起，属于种类繁多的 WS2812B 系列，如 Adafruit Industries LLC 的 4684。每个 LED 都有一个相关的 100 纳法 (nF) 电容器，并跨接在 0 伏和 5 伏端子上。此外，电路板有一个 47 微法拉 (μF) 电容器，跨接在自身的 0 伏（接地）和 5 伏电源输入端之间，还有一个与电路板数据输入端串联的 330 欧姆 (Ω) 电阻器。

总结

看看图 3 所示的带有 35 个三色 LED 的 21 段电路板，你就会开始想用一块电路板可以完成的所有事情；请记住，Steve 和我各自都在我们的显示屏使用了十个。除了显示数字、字母和标点符号，我们还能显示一些惊人的图案和效果。我们甚至能让显示屏对声音做出响应。

当然，这意味着我们需要某种控制一切的办法，这就是为什么我们为此设计了专用控制板，我将在下次博客中进行介绍。同时，随时欢迎你们提出各种意见、问题和建议。