Ricreare i display di epoca vittoriana a 21 segmenti

Oggigiorno, quando parliamo di tecnologia dei display non abbiamo che l'imbarazzo della scelta. Recentemente, ad esempio, ho visto un orologio che, a colpo d'occhio, sembrava utilizzare sei tubi Nixie. Cosa? Cosa sono i tubi Nixie? Alla fine degli anni '50, negli anni '60 e nei primi anni '70, questa tecnologia era molto utilizzata per visualizzare le informazioni digitali, principalmente i numeri arabi 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 e 9, anche se esistevano molte varianti.

I tubi Nixie sono simili nella forma ai tubi a vuoto come le valvole termoioniche, ma al posto del vuoto sono riempiti con un gas a bassa pressione, di solito neon mescolato con un po' di mercurio o argon, in quella che è conosciuta come miscela di Penning. Il tubo contiene anche un anodo a rete metallica e molteplici catodi che hanno la forma di numeri o di altri simboli. Ogni catodo può essere fatto brillare con il caratteristico colore rosso-arancio del neon applicando una tensione di circa 170 V c.c. a pochi milliampere tra il catodo e l'anodo.

Alla fine, i tubi Nixie sono stati sostituiti da altri tipi di display per applicazioni commerciali, ma godono ancora di un certo seguito fra gli hobbisti, gli appassionati del fai-da-te e i maker. Fino a poco tempo fa, l'unico modo per ottenere tubi Nixie era quello di recuperarli da vecchie apparecchiature o di acquistare nuovi vecchi stock (NOS) provenienti dalla Germania Orientale o dalla Russia. NOS è il termine che indica merce obsoleta che non è mai stata venduta ed è dunque ancora "nuova" nella sua confezione originale.

Figura 1: I tubi Nixie R|Z568M sono compatibili a livello di pin con i classici tubi Z568M, con una dimensione del display di 50,8 mm di larghezza e 101,6 mm di altezza. (Immagine per gentile concessione di Dalibor Farny)

Tuttavia, alcuni anni fa, quando scrivevo questo articolo, un giovane di nome Dalibor Farny, residente nella Repubblica Ceca, ha iniziato a offrire tubi R|Z568M (Figura 1), dove la "R" sta per "Resurrection". Queste "bellezze" visualizzano numeri di 50,8 mm di larghezza e 101,6 mm di altezza (la maggior parte dei tubi è molto più piccola) e sono compatibili con i tubi originali Z568M, ampiamente riconosciuti tra i più belli mai realizzati.

In effetti, ho un set di tubi di Dalibor qui nel mio ufficio. I miei hanno maglie anodiche in rame e basi in bronzo - uno dei due soli set steampunk che abbia mai realizzato - ma sto divagando...

Ho iniziato questa rubrica facendo notare che i progettisti di oggi hanno l'imbarazzo della scelta quando si tratta di tecnologia dei display. Come esempio, ho menzionato un orologio che sembrava impiegare sei tubi Nixie. Un esame più approfondito, tuttavia, ha rivelato che i tubi di vetro contenevano ciascuno un piccolo display OLED, che poteva essere utilizzato per presentare qualsiasi immagine bitmap, comprese le immagini che assomigliavano all'anodo e ai catodi illuminati nei tubi Nixie.

Per restare in tema, sono sicuro che abbiamo tutti familiarità con i display a LED a 7 segmenti, come LSHD-5601 di Lite-On Inc., disponibile in una varietà di colori sia in configurazione ad anodo comune che a catodo comune. Mi ricordo quando questi display apparvero per la prima volta sulla scena nei primi anni '70. A quel tempo, si poteva avere qualsiasi colore che si voleva, a patto che fosse... rosso.

Questi display a LED a 7 segmenti apparvero rapidamente in tutti i tipi di dispositivi che avevano bisogno di visualizzare i numeri, compresi gli orologi e le calcolatrici elettroniche a quattro funzioni. In quest'ultimo caso, oltre alle cifre decimali, potevano anche essere usati per presentare valori esadecimali, anche se i caratteri alfanumerici dovevano essere presentati come un misto di simboli maiuscoli e minuscoli: A, b, C, d, E e F.

Naturalmente, non passò molto tempo prima che i progettisti capissero che avevano bisogno di visualizzare più caratteri che numeri esadecimali. Da questa esigenza nacquero in breve dispositivi a 9, 14 e 16 segmenti.

Ciò che è vecchio è di nuovo divertente

Per qualche strano motivo, la maggior parte di noi ha la tendenza a pensare che tutto ciò che vediamo intorno a noi sia stato inventato di recente. In realtà, quasi tutto esisteva già, in una forma o nell'altra. Come diceva il sapiente nel versetto 1:9 dell'Ecclesiaste "Ciò che è stato sarà e ciò che si è fatto si rifarà; non c'è niente di nuovo sotto il sole". (Ho l'impressione che non sia stato invitato a molte feste).

Il punto è che, quando ho visto per la prima volta un display a LED a 7 segmenti, ho pensato che fosse la più grande invenzione dopo la ruota, come si dice, e non mi ha mai sfiorato l'idea che ci fosse stato qualcosa di simile prima. Immaginate la mia sorpresa nello scoprire che un inventore chiamato George Lafayette Mason depositò un brevetto per i display a 21 segmenti nel 1898, che li colloca in piena epoca vittoriana (il brevetto venne poi concesso nel 1901). Ogni segmento del display aveva una piccola lampadina a incandescenza e tutto era controllato da un complicato interruttore elettromeccanico che attivava i segmenti necessari per rappresentare il carattere desiderato (Figura 2).

Figura 2: Ciascuno dei 21 segmenti di questo display inventato da George Lafayette Mason nel 1898 aveva una piccola lampadina a incandescenza e tutto era controllato da un complicato interruttore elettromeccanico. (Immagine per gentile concessione dell'ufficio brevetti degli Stati Uniti)

La ragione per cui sto parlando di tutto questo è che io, il vostro umile blogger e il mio amico Steve Manley, che risiede nel Regno Unito stiamo felicemente creando versioni a 10 caratteri di questi display usando LED tricolori per illuminare i segmenti. I segmenti più corti hanno un LED, mentre quelli più lunghi ne hanno due, per un totale di 35 LED. Steve ha inoltre progettato un piccolo circuito (50 mm di larghezza e 64 mm di altezza) insieme a un guscio stampato in 3D profondo 10 mm (Figura 3).

Figura 3: Il circuito stampato dei LED (a sinistra) e il guscio stampato in 3D (a destra) per ricreare il dispositivo di Mason a 10 caratteri, utilizzando 35 LED tricolori al posto delle lampadine a incandescenza. (Immagine per gentile concessione di Steve Manley)

I LED, che sono collegati a margherita, sono del tipo WS2812B, come il modello 4684 di Adafruit Industries LLC. Ogni LED è associato a un condensatore da 100 nF inserito attraverso i suoi terminali da 0 V e 5 V. Inoltre, la scheda ha un singolo condensatore da 47 µF montato attraverso i suoi ingressi di alimentazione da 0 V (terra) e 5 V, abbinato a una resistenza da 330 Ω installata in serie con l'ingresso dati della scheda.

Conclusione

Basta guardare questa scheda a 21 segmenti con i suoi 35 LED tricolori (Figura 3), per iniziare a pensare a tutte le cose che ci si potrebbe realizzare. Io e Steve ne stiamo usando dieci ciascuno nei nostri display. Oltre a presentare numeri, lettere e simboli di punteggiatura, possiamo anche visualizzare alcune semplici pattern ed effetti sorprendenti. Possiamo anche far reagire i nostri display al suono.

Naturalmente, questo significa che abbiamo bisogno di un modo per controllare tutto, ed è per questo che abbiamo progettato una scheda di controllo speciale. Ma di questo ne parlerò nel mio prossimo blog. Nel frattempo, come al solito, i vostri commenti, suggerimenti e domande sono benaccetti.