Miernik poziomu dźwięku z przetworzonego VFD: 7 kroków

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:29

VFD - Vacuum Fluorescent Displays, rodzaj Dinosaur of Display Technology, wciąż całkiem ładne i fajne, można znaleźć w wielu przestarzałych i zaniedbanych urządzeniach elektroniki domowej. Więc możemy ich rzucić? Nieeee, nadal możemy ich używać. Kosztowało to trochę wysiłku, ale warto.

Krok 1: Poznaj wyświetlacz

VFD ma 3 główne części

- Filament (niebieski)

- Bramy (zielone)

- Płytki (żółte) pokryte luminoforem, które zapalają się pod wpływem elektronów.

Elektrony wędrują z żarnika do płytek, mijając bramki. Aby tak się stało, płytka musi być o około 12 do 50 V bardziej dodatnia niż włókno (elektrony ujemne są przyciągane w kierunku dodatniej strony). Bramki pozwolą elektronom przelecieć, gdy ich napięcie będzie zbliżone do napięcia płytek. W przeciwnym razie, gdy bramki mają niskie lub ujemne napięcie, elektrony są odbijane i nie docierają do płytek, co skutkuje brakiem światła.

Przyglądając się uważnie wyświetlaczowi, zobaczysz, że bramki (przerywane metalowe tablice) zakrywają wiele tablic (elementy wyświetlacza z tyłu), więc jedna bramka przełącza wiele elementów wyświetlacza. Szereg płytek jest również połączonych ze sobą na jednym bolcu. W efekcie powstaje macierz, którą należy uruchomić w sposób multipleksowany. Włączasz jedną bramę na raz, a także włączasz tablice, które powinny się zapalić pod tą bramą, a następnie włączasz kolejną bramę i kilka innych tablic.

Aby przetestować wyświetlacz, możesz poszukać pinów żarnika - zwykle najbardziej zewnętrznych - i przyłożyć do nich około 3 V, używając 2 baterii AA. Nie używaj wyższego napięcia, ponieważ może to spowodować przepalenie cienkich drutów. Wtedy przewody stają się widoczne jako czerwone świecące paski, przyzwyczaiłeś się do dużego napięcia !

Następnie przyłóż 9/12/18V (2x 9V baterie) do bramki i płytki (wystarczy spojrzeć na wyświetlacz, gdzie znajdują się piny do metalowych bramek), powinno to zaświecić gdzieś jeden element wyświetlacza.

Na zdjęciach po prostu podłączyłem (prawie) wszystkie bramki i anody do 12V to włącza wszystko.

Zrób kilka notatek o tym, który pin zapala się, który segment wyświetlacza! Będzie to potrzebne do podłączenia i zaprogramowania wyświetlacza.

Krok 2: Wyzwanie 1: Wysokie napięcie

Jak widzieliśmy w teorii, płytki/bramki potrzebują napięcia od 12 do 50 woltów, aby były atrakcyjne dla elektronów i uzyskiwały ładne oświetlenie luminoforu. W urządzeniach konsumenckich napięcie to jest zwykle pobierane z dodatkowej zakładki na głównym transformatorze. Jako majsterkowicz nie masz transformatorów z dodatkowymi wypustkami, a i tak wolisz proste zasilacze 5V USB:)

Następnie uruchamiając multipleksowany wyświetlacz matrycowy, potrzebujemy większego napięcia, gdy ~12V z naszego testu, ponieważ segmenty wyświetlacza są podświetlane tylko krótko jeden po drugim, co daje efekt ściemniania (styl PWM ze stosunkiem 1:NumberOfGates). Więc powinniśmy dążyć do 50V.

Istnieje wiele obwodów, które podnoszą napięcie od 5V do 30V…50V, ale większość dostarcza tylko niewielką ilość mocy, jak kilka mA@50V dla sterownika, który pokażę w następnych krokach, który wykorzystuje rezystory podciągające, to nie wystarczy. Skończyło się na użyciu jednego z tanich obwodów wzmacniających napięcie, które można znaleźć na Amazon lub eBay (wyszukaj "XL6009"), konwertuje on 5V na ~35V przy wysokim prądzie, co jest wystarczająco dobre.

Te urządzenia oparte na XL6009 mogą być podkręcone do ~50V poprzez zmianę rezystora. Rezystor jest oznaczony na zdjęciach czerwoną strzałką. Możesz także wyszukać arkusz danych XL6009, który zawiera niezbędne informacje do obliczenia napięcia wyjściowego.

Krok 3: Wyzwanie 2: Zasil żarnik

Filament powinien być zasilany napięciem około 3V (w zależności od wyświetlacza). Najlepiej AC i jakoś podklejone w środku do GND. Puh, 3 życzenia w jednym rzędzie.

Ponownie w oryginalnych urządzeniach można to osiągnąć za pomocą zakładki na transformatorze i pewnego rodzaju połączenia diody Z do GND lub gdzieś jeszcze dziwniejszej (jak szyna -24V)

Kilka eksperymentów później stwierdziłem, że proste napięcie AC powyżej GND jest wystarczająco dobre. Napięcie prądu stałego, jak 2 baterie AA, również działa, ale wytwarza gradient jasności z jednej strony VFD na drugą, to tylko niektóre przykłady na youtube, gdy szukasz „VFD”.

Moje rozwiązanie

Aby uzyskać napięcie AC, jest to napięcie, które ciągle zmienia swoją polaryzację, mogę użyć obwodu H-Bridge. Są one bardzo powszechne w robotyce do sterowania silnikami prądu stałego. Mostek H pozwala na zmianę kierunku (polaryzacji), a także prędkości silnika.

Mój ulubiony dostawca elektroniki dla majsterkowiczów oferuje mały moduł „Pololu DRV8838”, który robi dokładnie to, czego chcę.

Jedynym potrzebnym wejściem jest zasilanie i źródło zegara, więc rzecz stale zmienia polaryzację. Zegar? Okazuje się, że prosty element RC między wyjściem ujemnym a wejściem FAZY może działać jak oscylator.

Obraz przedstawia podłączenie sterownika silnika do generowania napięcia AC dla żarnika VFD.

Krok 4: Połączenie z logiką 5 V

Teraz możemy podświetlić cały wyświetlacz, świetnie. Jak pokazujemy pojedynczą kropkę/cyfrę?

Musimy przełączyć każdą bramkę i anodę w określonym czasie. Nazywa się to multipleksowaniem. Widziałem tutaj kilka innych samouczków na ten temat. Np. (https://www.instructables.com/id/Seven-Segment-Di…

Nasz VFD ma wiele pinów, wszystkie muszą być sterowane różnymi wartościami, więc każdy potrzebuje pinu na kontrolerze. Większość małych kontrolerów nie ma tylu pinów. Używamy więc rejestrów przesuwnych jako ekspanderów portów. Łączą się one z zegarem, danymi i linią wyboru do układu kontrolera (tylko 3 styki) i mogą być połączone kaskadowo, aby zapewnić tyle styków wyjściowych, ile potrzeba. Arduino może wykorzystać swój interfejs SPI do wydajnej serializacji danych do tych układów.

Po stronie wyświetlacza znajduje się również chip do tego celu. "TPIC6b595" to rejestr przesuwny z wyjściami otwartego drenu, który obsługuje do 50V. Otwarty dren oznacza, że wyjście pozostaje otwarte, gdy jest ustawione na TRUE/1/HIGH, a wewnętrzny tranzystor przełącza się aktywnie na stronę low FALSE/0/LOW. Po dodaniu rezystora z pinu wyjściowego do V+ (50V) pin zostanie podciągnięty do tego poziomu napięcia, o ile wewnętrzny tranzystor nie sprowadzi go do GND.

Pokazany obwód kaskadowo 3 z tych rejestrów przesuwnych. Macierze rezystorów są używane jako podciąganie. Obwód zawiera również przełącznik mocy żarnika (mostek H) i prosty wzmacniacz napięcia, który został później odrzucony i zastąpiony płytą XL6009.

Krok 5: Wykonanie miernika poziomu

Do tego używam wyświetlacza Dot matrix z 20 cyframi i 5x12 pikseli na cyfrę. Ma 20 bramek, po jednej dla każdej cyfry, a każdy piksel ma pin talerzowy. Kontrolowanie każdego piksela wymagałoby 60+20 pojedynczych kontrolowanych pinów, np. 10x żetonów TPIC6b595.

Mam tylko 24 sterowane piny z 3x TPIC6b595. Łączę więc kilka pikseli z jednym większym pikselem wskaźnika poziomu. Właściwie mogę podzielić każdą cyfrę na 4, ponieważ mogę kontrolować 20+4 pinów. Używam 2x5 pikseli na krok wskaźnika poziomu. Piny do tych pikseli są zlutowane, wygląda trochę chaotycznie, ale działa:)

PS: Właśnie znalazłem ten projekt, w którym ten wyświetlacz jest sterowany pikselami.

Krok 6: Programowanie Arduino

Jak wspomniano, rejestr przesuwny zostanie podłączony do sprzętowego SPI. Na schemacie pinów Leonardo (zdjęcie z Arduino) szpilki są nazywane „SCK” i „MOSI” i wyglądają na fioletowe. MOSI oznacza MasterOutSlaveIn, tam data jest serializowana.

Jeśli używasz innego Arduino, przeszukaj schemat pinów dla SCK i MOSI i zamiast tego użyj tych pinów. Sygnał RCK powinien być utrzymywany na pinie 2, ale można go przesunąć, zmieniając to również w kodzie.

Szkic uruchamia konwerter AD na pinie A0 jako usługę przerwań. Tak więc wartości AD są stale odczytywane i dodawane do zmiennej globalnej. Po kilku odczytach ustawiana jest flaga, a główna pętla pobiera wartość reklamy, przekształca ją w który pin, co robi, i przesuwa ją do SPI do TPIC6b.. Aktualizacja wyświetlacza musi być zapętlona przez wszystkie cyfry/bramki ponad i znowu z taką szybkością, że ludzkie oko nie zauważy jej migotania.

Dokładnie taka praca, do której Arduino zostało stworzone:)

Oto kod do mojego wyświetlacza miernika poziomu…

github.com/mariosgit/VFD/tree/master/VFD_T…

Krok 7: PCB

Zrobiłem kilka płytek do tego projektu, żeby mieć ładną i czystą konstrukcję. Ta płytka zawiera inny wzmacniacz napięcia, który nie dostarczał wystarczającej mocy, więc nie użyłem go tutaj i zamiast tego wstrzyknąłem 50 V ze wzmacniacza XL6009.

Trudną częścią jest dodanie VFD, ponieważ mogą one mieć różne kształty. Starałem się, aby płytka PCB była nieco ogólna w części złącza VFD. W końcu musisz wymyślić pinout swojego wyświetlacza i jakoś podłączyć okablowanie i ostatecznie zmienić trochę kod programu, aby wszystko do siebie pasowało.

Płytka jest dostępna tutaj: