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制作数码管风格时钟的简易方法
2018-05-04 13:23
原创  Ieee Spectrum

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斯坦利•库布里克1968年拍摄的科幻电影《2001太空漫游》多年来依然经得起考验。但在科学家们参观发现于月球的巨石的场景里,有个明显的年代错误。在月球飞船的控制面板上,有很多数字指示灯,明显是用冷阴极显示器(也称数码管)制成的。该技术在20世纪50年代中期盛行,但在70年代前后已淡出了人们的视线。

复古技术爱好者中仍不乏数码管追随者。我时常想制作一台数码管时钟,但难度与费用总是让我望而却步。如今,想买到数码管(尤其是尺寸大些的)都是件难事,何况它们还需要高压驱动电路,十分危险。因此,当我无意中发现一款模仿数码管外观而不存在上述种种问题的产品时,我倍感兴奋。它的设计者将其称为“Lixie显示器”。

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Lixie的一端包含有WS2812b智能LED,可以根据需要改变颜色。LED发出的光线被聚集到一叠丙烯酸片中。这类“端面照光”显示器利用被称为全内反射的现象,可将光保持在丙烯酸片内刻蚀出图案的区域。(举例来说,这种显示形式被广泛用于出口标志。)每片都用激光刻蚀出一个数字,并且通常一次只照亮一张丙烯酸片。

Lixie的创造者康纳•西岛(Connor Nishijima)还特别仿照数码管的外形设计了“端面照光”显示器。但是,我不确定他是否意识到“端面照光”数字显示器拥有和数码管几乎一样久远的历史:20世纪50年代的一些计算机和电子测量设备利用端面照光丙烯酸,以类似的样式显示数字。

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我买了4个这样的西岛显示器,每个38美元。它们装配完备,很容易通过Arduino控制。因此,我需要做的就是给时钟制作一个基座,并给闲置着用来显示时间的备用Arduino Nano进行编程。

我从本地家居中心买了6毫米厚的红色橡木,做成了时钟的基座。木工工作中唯一具有挑战性的是精加工出适合Lixie显示器且从上方看不到的各种孔和切口。经我证明,用硬纸模板进行仔细的测量和测试非常有效,4座Lixie显示器最后很容易地安装在了木质基座上。

多亏西岛已经为这些显示器编写了Arduino库,因此编程也没有耗费什么功夫。这个库包括一项方便的功能:可以设置显示器通过的最大电流。我把该电流值设置为400毫安,这样就可以毫无后顾之忧地在计算机USB口上运行显示器了。Lixie库还支持其他功能,其中之一是模仿数码管颜色来设置显示器的颜色,我采用了这项功能。

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利用西岛编写的库,我拥有了一个能快速启动运行的四位时钟。最复杂的部分实际上是使其保持显示时间的正确性。Arduino有一项被称为millis()的功能,能够追踪自最后一次重置后的毫秒数。这项功能虽然很有用,但精确度只能达到系统时钟的水平——和时基准确度相同,而我使用的 Arduino Nano的时基是陶瓷谐振器。所以并不奇怪,它走得有点快,快大概0.3个百分点。因此,对代码进行了一些反复试验和调整,才确保时钟有了合理的精度。即使如此,我预计它的精度也会因为周围环境的温度变化而出现偏差。

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一种选择是增加一个能纠正偏差的实时时钟模块,但西岛的一个代码示例为该问题提供了一项更为精准的解决方案:可自动调节的Lixie时钟。它利用ESP8266通过Wi-Fi连到互联网,并通过网络定时协议(NTP)找出当前时间。ESP8266能够使用Arduino开发环境进行编程,也可以驱动Lixie显示器。


我还没有尝试安装基于ESP8266的NTP时钟,但如果偏差太大带来了问题,我可能会着手一试。在此期间,有复古未来派风格的计时器在侧,我只想享受丙烯酸玻璃反射的温暖琥珀色光芒和深邃、迷人的层次感。

作者:David Schneider


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