[053] Tajemniczy wyświetlacz 5082 cz. 1

Skąd w ogóle pomysł, by do pracy zaprząc dziś wyświetlacze mające 50 lat? Otóż zrobiła się moda na wszystko co stare, a właściwie pochodzące w ery narodzin tego, co dziś otacza nas dookoła. Nie inaczej było z wyświetlaczami. I nie rzecz w tym, że te pierwsze były po prostu pierwsze. Istotą tamtych czasów był brak standardów. Wielu producentów opracowywało własne pomysły na urządzenie pokazujące ludziom takie czy inne wyniki. Oczywiście ludzie posługiwali się cyframi dużo wcześniej, więc naturalną rzeczą było ukazywanie cyfr w kształtach już znanych.

I w tym tkwi właśnie magia wyświetlaczy czasów pierwotnych: bardzo często usiłowano przedstawiać wzory podobne do pisma czy druku. Gdy spojrzymy na wyświetlacz siedmiosegmentowy, który obecnie stanowi absolutny standard, dopatrzymy się sporych jednak różnic między tym, co wskazuje, a znanymi nam od dawna cyframi. Nauczyliśmy się nowych, uproszczonych kształtów i obecnie nikt z tym nie ma problemu, jednak na początku było to obce.

Widoczne tu wyświetlacze otrzymałem w prezencie i należą do oryginalnych ze względu na krój cyferek. W zasadzie siatka stanowi wzór siedmiosegmentowego standardu, ale tworzy go dwadzieścia niezależnych świecących punktów, nie licząc punktu dziesiętnego. Dało to większą swobodę projektantowi i ten z niej skorzystał: cyfry wyglądają niepowtarzalnie.

Wyświetlacze te najprawdopodobniej opracował Hewlett Packard w 1972 roku. Zatem pochodzą właściwie z początku czasów powszechnego użycia diod świecących w wyświetlaczach. Z jakiego okresu pochodzą te konkretne? Nie umiem tego określić. Data zakodowana jest tutaj liczbą 706, co albo było niezgodne ze standardem czterocyfrowym, oznaczającym rok i tydzień, albo jest to wyjątkowo wczesna wersja, jeszcze z roku 70, a dostępna dokumentacja nie jest pierwszym opracowaniem. Pozostawmy tę zagadkę nierozwiązaną.

Istotą niniejszego opracowania będą dwa zagadnienia: próba ożywienia takich elementów za pomocą Arduino oraz umiejętność czytania dokumentacji i opracowywania ścieżki działań w wymienionym celu.

Mamy zatem same wyświetlacze, opisane zarówno na obudowie jak i w opakowaniu. W prezencie otrzymałem trzy odmiany owych świecidełek i jak się okazuje, należą do jednej rodziny, z której zestawia się konkretne konfiguracje, zgodnie z potrzebami.

Zatem pierwsza paczka zawiera wskaźniki wyświetlające cyfry i znak minusa oraz kropkę z prawej strony, druga – to odmiana z kropką z lewej strony, zaś trzecia zawiera tylko jedynkę oraz znak minusa i plusa. Istnieje jeszcze jedna rodzina, która może wyświetlać dodatkowo litery od A do F.

Wyświetlacze mają osiem nóżek, zatem na wstępie można się domyślić, że musimy mieć wewnątrz elektronikę albo diody ułożone są w multiplex. Nawet bez dokumentacji widać, że pod cyferką siedzi struktura układu scalonego, więc wyświetlacz zawiera jakąś inteligencję i należy się do niego dobrać przez magistralę.

Zanim jednak weźmiemy się za to, rzućmy okiem: całość sieci w czerwonym, przejrzystym tworzywie, stanowiącym filtr barwny. Dodatkowo chroni on delikatniejszą warstwę hermetyzującego silikonu, znajdującego się pod spodem, który izoluje strukturę od warunków otoczenia. Parametry pracy i wykonanie kwalifikują wyświetlacz do zadań profesjonalnych, w tym wojskowych. Znosi on temperaturę pracy od -20 do 85 stopni, a przechowywania – w jeszcze szerszych granicach. Ze względu na wiek nie jest to urządzenie oszczędne, jedna cyfra konsumuje od połowy do jednego wata. Z tego powodu podczas pracy temperatura wyświetlaczy osiągnęła aż 45 stopni, ale tak ma być.

Przejdźmy do dokumentacji. Po pierwsze – mamy tutaj standard TTL, czyli pracujemy w logice pięciowoltowej, w jakiej pracuje Arduino Uno. Zatem będziemy mogli się podłączać bezpośrednio.

Po drugie, widzimy, że wyświetlacz przygotowany jest do pracy na magistrali równoległej, co było charakterystyczne dla peryferiów epoki ośmiobitowej. Elektronika obecna wewnątrz przetwarza kod znaku na konkretne kształty, na które nie mamy wpływu. Znaki są kodowane w systemie BCD, czyli naturalnie, na czterech bitach według wagi. Zero to same zera, dziewiątka wymaga, by pierwszy i czwarty bit był ustawiony i tak dalej. Mamy jeszcze możliwość wyświetlania spacji, minusa i wszystkich diod naraz, już poza standardem BCD, ale wykorzystuje się tutaj nieużywane słowa czterobitowe.

W końcu dane mogą być zapamiętywane, jak na pełnokrwiste peryferium przystało. Przypominam, że te wyświetlacze powstały w chwili, gdy narodził się pradziadek wszystkich mikroprocesorów, jeszcze czterobitowy Intel 4004 i były stworzone do współpracy z tą architekturą. Za zapamiętywanie podanej wartości odpowiedzialne jest wejście enable, a konkretnie zmiana poziomu z niskiego na wysoki.

Podsumujmy: cztery wejścia wyświetlanej cyfry na czterech bitach, piąte – wejście enable, szóste i siódme to zasilanie. Ostatnie wejście zupełnie niezależnie wyświetla kropkę dziesiętną, gdy podać tam stan niski. Jeśli nam ta kropka nie będzie potrzebna, możemy to wejście zignorować.

Czas podłączyć całość. Nie miałbym serca lutować tych wyświetlaczy tak na chwilę tylko, więc skorzystam z płytki testowej. Musiałem naciąć drucików łączących wspólne wyprowadzenia i złożyć dwie standardowe płytki, ponieważ mamy tutaj sześć szyn wspólnych, a typowa płytka ma takowe tylko cztery. Przypomnę, łączymy razem masy, zasilania i wejścia BCD, wszystko równolegle. Do tego każde z wejść enable poszczególnych wyświetlaczy, więc także sześć linii, bo zdecydowałem się na zegar z sekundnikiem. Dwanaście przewodów przeprowadziłem do Arduino siedzącego w płytce edukacyjnej TME, w której tkwią także mikrostyki, które wykorzystam w projekcie.

Wyświetlacze postanowiłem zaprezentować w formie zegara, w którym wszystkie cyfry będą się świecić statyczne, bez charakterystycznego dla multipleksu migotania. Oczywiście zegar jest tylko przykładem, choć użytecznym. Przypomnę, że podmiotem artykułu jest sposób rozmawiania Arduino z wyświetlaczami.

Pragnę jeszcze zwrócić uwagę na dwie rzeczy: płytki stykowe mają w połowie szyn długich przerwę, więc trzeba je zmostkować. Druga rzecz to kondensatory blokujące zasilanie. Dobrym zwyczajem w świecie cyfrowym jest blokowanie linii zasilających przy każdym układzie scalonym kondensatorem o pojemności około 100 nF, a do tego co jakiś czas niewielkim elektrolitem. Ponieważ te wyświetlacze możemy traktować jak układy scalone, wsunąłem między zasilanie, a masę, dwa kondensatory, w tym jeden elektrolit. Uprościłem nieco zasadę, gdyż powinno się użyć po jednym kondensatorze na wyświetlacz, jak najbliżej jego nóżek, ale to tylko układ testowy. Tak naprawdę bez tych elementów także wszystko działa poprawnie, lecz nie wypada tak robić.

Skoro wszystko zostało już podłączone i sprawdzone – trzykrotnie, bo pomyłka może być bolesna – czas uruchomić nasz retro zegar. Ale o tym napiszę w kolejnym artykule.