Měřič úrovně zvuku z upcyklovaného VFD: 7 kroků

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:21

VFD - Vakuové fluorescenční displeje, druh dinosaura zobrazovací technologie, stále velmi pěkný a skvělý, najdete v mnoha zastaralých a opomíjených domácích elektronických zařízeních. Vyhodíme je tedy? Noooo, můžeme je ještě použít. Stálo to trochu úsilí, ale stojí to za to.

Krok 1: Seznamte se s displejem

VFD má 3 hlavní části

- Vlákno (modré)

- Brány (zelené)

- Desky (žluté) potažené fosforem, které se rozsvítí při dopadu elektronů.

Elektrony putují z vlákna na desky a procházejí branami. Aby se to stalo, musí být deska o 12 až 50 V pozitivnější než vlákno (negativní elektrony jsou přitahovány směrem k pozitivní straně). Brány umožní elektronům proletět, když se jejich napětí blíží napětí na deskách. Jinak, když mají brány nízké nebo záporné napětí, elektrony se odrazí a nedosáhnou na desky, což má za následek žádné světlo.

Při pozorném pohledu na displej uvidíte, že brány (přerušované kovové desky) pokrývají více desek (zobrazovací prvky za sebou), takže jedna brána přepíná řadu zobrazovacích prvků. Na jednom kolíku je také spojena řada desek. Výsledkem je matice, kterou je třeba spustit multiplexně. Přepínáte vždy po jedné bráně a také zapínáte desky, které by se měly pod touto bránou rozsvítit, poté zapnete další bránu a některé další desky.

Chcete -li displej otestovat, můžete vyhledat filamentové kolíky - obvykle nejvzdálenější - a přiložit na ně asi 3 V pomocí 2 baterií AA. Nepoužívejte vyšší napětí, mohlo by dojít k přetržení jemných vláken. Potom se dráty stanou viditelnými jako červeně zářící pruhy, zvykli jste si na velké napětí!

Poté aplikujte 9/12/18V (2x 9V baterie) na bránu a talíř (stačí se podívat do displeje, kde jsou kolíky pro kovové brány) toto by mělo někde rozsvítit jeden zobrazovací prvek.

Na obrázcích jsem jednoduše připojil (téměř) všechny brány a anody na 12V. Tím se vše zapne.

Udělejte si poznámky o tom, který kolík rozsvítí který segment displeje! To bude potřeba pro připojení a programování displeje.

Krok 2: Výzva 1: Vysoké napětí

Jak jsme viděli v teorii, desky/brány potřebují napětí 12 až 50 voltů, aby byly atraktivní pro elektrony a získaly pěkné osvětlení luminoforu. U spotřebitelských zařízení je toto napětí obvykle odebíráno z další záložky na hlavním transformátoru. Jako kutil nemáte transformátory s extra záložkami a stejně dáváte přednost jednoduchým 5V USB zdrojům:)

Poté, co spustíme multiplexovaný maticový displej, potřebujeme větší napětí při ~ 12V z našeho testu, protože segmenty displeje se rozsvítí jen krátce po sobě, což má za následek efekt stmívání (styl PWM s poměrem 1: NumberOfGates). Měli bychom tedy mířit na 50V.

Existuje řada obvodů, které zvyšují napětí od 5 V do 30 V..50 V, ale většina dodává pouze malé množství energie, například několik mA při 50 V pro ovladač, který zobrazuji v dalších krocích, který používá výsuvné odpory., to nestačí. Nakonec jsem použil jeden z obvodů Cheep Voltage booster, které najdete na Amazonu nebo eBay (hledejte „XL6009“), převádí 5V na ~ 35V s vysokým proudem, což je dost dobré.

Tato zařízení založená na XL6009 lze pimpedovat na výstup ~ 50V změnou odporu. Rezistor je na obrázcích označen červenou šipkou. Můžete také vyhledat datový list XL6009, který obsahuje potřebné informace pro výpočet výstupního napětí.

Krok 3: Výzva 2: Získejte napájení vlákna

Filament by měl být napájen přibližně 3 V (závisí na displeji). Přednostně AC a nějakým způsobem přelepené uprostřed na GND. Fuj, 3 přání v jedné řadě.

Opět v původních zařízeních by toho bylo dosaženo záložkou na transformátoru a nějakým připojením Z diody k GND nebo někam ještě divnějším (jako lišta -24V)

O několik experimentů později jsem zjistil, že jednoduché střídavé napětí nad GND je dost dobré. Stejnosměrné napětí, stejně jako 2 baterie AA, také funguje, ale vytváří gradient jasu z jedné strany VFD na druhou, to jsou některé příklady na youtube, když hledáte „VFD“.

Moje řešení

Abych dostal střídavé napětí, je to napětí, které neustále mění polaritu, mohu použít obvod H-Bridge. Ty jsou v robotice k řízení stejnosměrných motorů velmi běžné. H-Bridge umožňuje měnit směr (polaritu) a také rychlost motoru.

Můj oblíbený dodavatel elektroniky pro kutily nabízí malý modul „Pololu DRV8838“, který dělá přesně to, co chci.

Jediným potřebným vstupem je Napájení a zdroj hodin, takže věc neustále přepíná polaritu. Hodiny? Ukázalo se, že jednoduchý RC prvek mezi záporným výstupem a vstupem PHASE může pro tuto věc fungovat jako oscilátor.

Obrázek ukazuje zapojení ovladače motoru pro generování střídavého napětí pro VFD filament.

Krok 4: Rozhraní s logikou 5V

Nyní můžeme rozsvítit celý displej, skvělé. Jak zobrazíme jednu tečku/číslici?

Musíme přepnout každou bránu a anodu v určitý čas. Toto se nazývá multiplexování. Viděl jsem zde další návody na toto téma. Např. (Https://www.instructables.com/id/Seven-Segment-Di…

Naše VFD má spoustu pinů, všechny tyto musí být poháněny různými hodnotami, takže každý bude potřebovat pin na ovladači. Většina malých ovladačů nemá tolik pinů. Jako expandéry portů tedy používáme posuvné registry. Ty se připojují hodinami, daty a výběrovou linkou k čipu řadiče (pouze 3 piny) a lze je kaskádovat tak, aby poskytovaly tolik výstupních pinů, kolik je potřeba. Arduino může využít své SPI k efektivní serializaci dat do těchto čipů.

Na straně displeje je i pro tento účel čip. „TPIC6b595“je posuvný registr s výstupy s otevřeným odtokem, který zvládá až 50 V. Otevřený odtok znamená, že výstup zůstane otevřený, když je nastaven na TRUE/1/HIGH a interní tranzistor se aktivně přepne na spodní stranu FALSE/0/LOW. Když přidáte odpor z výstupního kolíku na V+ (50 V), bude kolík vytažen až na tuto napěťovou úroveň, pokud ho vnitřní tranzistor nestáhne dolů na GND.

Obvod zobrazil kaskády 3 těchto posuvných registrů. Jako výsuvy se používají odporová pole. Obvod také obsahuje vláknový vypínač (H-můstek) a jednoduchý zesilovač napětí, který byl později zamítnut a nahrazen deskou XL6009.

Krok 5: Výroba hladinoměru

K tomu používám jehličkový displej s 20 číslicemi a 5x12 pixely na číslici. Má 20 bran, jednu pro každou číslici a každý pixel má kolík desky. Ovládání každého pixelu by vyžadovalo 60+20 jednotlivých ovládatelných pinů, např. 10x čipy TPIC6b595.

Mám pouze 24 ovladatelných pinů z 3x TPIC6b595. Takže připojuji spoustu pixelů k jednomu většímu indikačnímu pixelu. Ve skutečnosti mohu každou číslici rozdělit na 4, protože mohu ovládat 20+4 piny. Používám 2x5 pixelů na krok indikátoru úrovně. Piny pro tyto pixely jsou pájeny dohromady, vypadají trochu chaoticky, ale fungují:)

PS: Právě jsem našel tento projekt, kde je tento displej ovládán pixelově..

Krok 6: Programování Arduina

Jak již bylo zmíněno, posuvný registr bude připojen k hardwarovému SPI. V pinoutovém diagramu Leonarda (obrázek z Arduina) se kolíky nazývají „SCK“a „MOSI“a vypadají fialově. MOSI znamená MasterOutSlaveIn, tam je datum serializováno.

Pokud používáte jiné Arduino, vyhledejte v pinoutovém diagramu SCK a MOSI a místo toho použijte tyto piny. Signál RCK by měl být zachován na pinu 2, ale to lze přemístit, když to také změníte v kódu.

Náčrt spouští převaděč AD na kolíku A0 jako službu přerušení. Hodnoty AD jsou tedy neustále čteny a přidávány do globální proměnné. Po několika odečtech je nastaven příznak a hlavní smyčka převezme hodnotu reklamy, transformuje ji na jaký pin co dělá a přesune ji do SPI do TPIC6b.. Aktualizace displeje musí být zacyklena přes všechny číslice/brány přes a znovu takovou rychlostí, že to lidské oko neuvidí blikat.

Přesně taková práce, pro kterou bylo Arduino vyrobeno:)

Zde přichází kód pro můj displej měřiče úrovně…

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

Krok 7: PCB

Pro tento projekt jsem vyrobil několik desek plošných spojů, abych měl pěknou a čistou konstrukci. Tato deska plošných spojů obsahuje další zesilovač napětí, který nedodával dostatek energie, takže jsem ji zde nepoužil a místo toho jsem vstříkl 50 V z posilovače XL6009.

Choulostivá část je přidání VFD, protože tyto mohou mít všechny druhy tvarů. Snažil jsem se udělat desku plošných spojů v části konektoru VFD poněkud obecnou. Nakonec musíte zjistit vývod displeje a zapojit kabeláž a případně trochu změnit kód programu, aby vše do sebe zapadalo.

Deska plošných spojů je k dispozici zde: