איך זה עובד: רדיו-שעון
פעם לכולם היה אחד כזה ליד המיטה. בלילה הספרות שלו זהרו באור אדמדם ובבוקר, כדי להעיר אותנו, הוא שידר מוזיקה עד שרצינו להעיף אותו בזעם ולפרק אותו. עידו גנדל מגשים את הפנטזיה הזו
אי-שם בערפילי ההיסטוריה, בימים חשוכים בהם – אם נאמין לארכיאולוגים – לא היה אינטרנט בכל בית וטלפון היה דבר שמחובר לקיר בעזרת חוט, עלה אחד מאבותינו הקדומים על רעיון: הרי כולם צריכים שעון מעורר, וכולם צריכים רדיו, אז למה לא לשלב בין השניים? כך נולד הרדיו-שעון, מכשיר שמאפשר לנו גם לדעת מה השעה, גם להאזין לרדיו – וגם להתעורר בבוקר לצלילן הנעים של פרסומות לחברות ביטוח, במקום צפצוף שקודח בשכל. נכון גאוני?
איך זה עובד ב-ynet מדע:
רדיו-שעונים נמכרים כיום בזול בכל חנות (או מחלקת) חשמל, והם אמנם מגיעים באינספור צורות וצבעים, אך ממשק המשתמש שלהם כמעט תמיד זהה. לדוגמה, לא משנה עם איזה דגם אתם עובדים, כדי לכוון את זמן ההתעוררות אתם תלחצו על כפתור Alarm, ובו-זמנית תתקתקו על כפתורי Hour ו-Minute כדי לקדם את השעה/דקה בתצוגה. הממשק הזה נפוץ במיוחד לא מפני שהוא הכי נוח או הכי אינטואיטיבי, אלא בגלל זה:
הג'וק שבתמונה נקרא SC8560, והוא אחד ממספר דגמים שיוצרו במטרה מפורשת ובלעדית לנהל רדיו-שעון דיגיטלי. הם תפורים בדיוק רב כל-כך למשימה הזו (כפי שנראה עוד מעט), וכנראה גם כל כך זולים, שאף אחד לא טרח בכלל לחפש פתרונות אחרים: הממשקים של הרדיו-שעונים למיניהם פשוט נבנים אחד-לאחד לפי כניסות הקלט/פלט של הג'וק, וזהו.
תעלומת התצוגה
לפני שנמשיך בנושא הג'וק, יש עוד דבר שמשותף לכל הרדיו-שעונים הפשוטים: "מסך" שכולל ארבע ספרות – שתיים לשעות ושתיים לדקות – ונקודתיים באמצע, כולן מוארות לקריאה נוחה בחושך. כל ספרה מיוצגת בעזרת שבעה מקטעים (SSD – Seven Segment Display), שכל אחד מהם יכול להיות מואר או כבוי. בסרטון הבא מוצג רכיב דומה שכולל שלוש ספרות:
והנה התעלומה. האור ברכיבי SSD נובע מנוריות LED פנימיות, ולכל נורית רגילה יש שתי רגליים – אחת ל"פלוס" החשמלי ואחת ל"מינוס". עם זאת, לא צריך 14 רגליים כדי לשלוט בשבעת המקטעים השונים, כי רגל ה"פלוס" (או ה"מינוס") יכולה להיות משותפת לכולם גם יחד. למעשה, אם יש לנו לוח תצוגה עם ארבע ספרות, רגל משותפת יחידה יכולה לשרת את כל הנוריות שבפנים. במקרה כזה יש לנו רגל משותפת אחת, ועוד 4x7 רגליים לשליטה פרטנית במקטעים של כל ספרה, ועוד אחת לנקודתיים, סה"כ 30. נכון? אבל לג'וק שבתמונה יש 28 רגליים בלבד! אז איך זה יכול להיות?
אפשרות אחת היא דווקא להפריד בין הרגליים המשותפות, כך שלכל ספרה תהיה רגל משלה, ולעומת זאת לחבר בין רגלי המקטעים המקבילים של כל הספרות. הדבר יאפשר לנו לבודד ו"לצייר" כל ספרה לפי התור, בזמן שהאחרות כבויות, באמצעות אחת-עשרה רגליים בלבד (ועוד אחת לנקודתיים). אם נעשה את זה מספיק מהר, ההבהוב כמעט ולא יורגש – כפי שמוכיח המונה בן שש הספרות שמככב בסרטון הבא:
אך למרבה ההפתעה, מתכנני הג'וקים הייעודיים לרדיו-שעונים בחרו בפתרון אחר, שנראה במבט ראשון תמוה מאד. הסתכלו על השרטוטים הבאים, שנלקחו מהמפרט הטכני של הג'וק שהוצג קודם:
ניקח לדוגמה את פין מס' 5 של הג'וק. הוא נקרא "HR c & d", כלומר שייך לספרת האחדות של השעה (HR) ומדליק את מקטעים c ו-d שבה, כלומר את שני אלה שנוגעים בפינה הימנית התחתונה של ספרת ה-SSD. אבל מה עושים אם צריך להציג שם את המספרים 1,2,4 או 7, שבהם רק אחד משני המקטעים צריך להיות מואר? והמסתורין רק הולך ומתגבר כאשר מתגלה שלג'וק אין בכלל פינים שמיועדים לרגליים משותפות! האם אתם יכולים לנחש מה קורה שם?
חצי לפה, חצי לשם
על רכיב התצוגה עצמו היה אמנם מספר קטלוגי, אך זהו ככל הנראה רכיב נידח עד כדי כך, שאיש לא טרח להעלות לרשת את המפרט הטכני שלו. גם החיווט הפנימי נותר סמוי מהעין, כך שלא נותרה ברירה אלא לחבר חוטי חשמל לסוללה ולהריץ אותם הלוך ושוב על מגעי הרכיב כדי לגלות מה כל מגע עושה, בתקווה שהסוללה לא תתקצר בטעות בתהליך. הסתבר שיש שתי רגלי "מינוס" משותפות, כל אחת מהן אחראית לחלק מהמקטעים, וששתיהן מתחברות בסופו של דבר לא לג'וק, אלא ישירות ליציאות של השנאי הקטן שאחראי לאספקת החשמל (לא מופיע בתמונה).
וזהו פתרון התעלומה. הרדיו-שעון ניזון מרשת החשמל הביתית, שמספקת (בישראל) זרם חילופין בתדר קבוע של 50 הרץ (=פעמים בשניה). ג'וק השעון עצמו משתמש בתדר הזה לקביעת הזמן החולף, ובנוסף, בכל חצי מחזור (חילוף של הפלוס והמינוס, כביכול) הוא שולח מידע אחר למסך. המסך עצמו, דרך החיבורים לשנאי שהזכרנו, מסונכרן גם הוא לתדר של רשת החשמל, וכך מוארים בכל חצי מחזור המקטעים התואמים למידע שנשלח. למשל, אם רוצים להציג את 1 בספרת האחדות של השעה, פין 5 של הג'וק יוציא מתח בחצי המחזור הראשון (עבור מקטע c), ולא יוציא דבר בחצי המחזור השני (עבור מקטע d).
הרגל המשותפת שמחוברת למקטע c "מופעלת" בחצי המחזור הראשון, ואילו הרגל המשותפת שמחוברת ל-d "מופעלת" בחצי המחזור השני. כלומר, מקטע c יואר ויחשיך לחילופין, ואילו d יישאר חשוך. כל זה קורה חמישים פעמים בשניה, במהירות שהעין שלנו אינה מסוגלת לתפוס, וכך מתקבלת תמונה יציבה של כל הספרות בו-זמנית. הסרטון הבא מדגים את התהליך על רכיב התצוגה עצמו:
