Medidor de nível de áudio de um VFD atualizado: 7 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:36

VFD - Vacuum Fluorescent Display, uma espécie de Dinosaur of Display Technology, ainda muito bom e legal, pode ser encontrado em muitos aparelhos eletrônicos domésticos desatualizados e negligenciados. Então, devemos jogá-los fora? Nããão, ainda podemos usá-los. Custou um pouco de esforço, mas valeu a pena.

Etapa 1: Conheça a tela

Um VFD tem 3 partes principais

- Filamento (azul)

- Portões (verde)

- Placas (amarelas) revestidas de fósforo que se acendem ao serem atingidas pelos elétrons.

Os elétrons viajam do filamento para as placas, passando pelos portões. Para que isso aconteça, a placa deve ser cerca de 12 a 50 V mais positiva que o filamento (os elétrons negativos são puxados para o lado positivo). As portas permitirão que os elétrons voem quando sua voltagem estiver próxima à das placas. Caso contrário, quando as portas têm uma voltagem baixa ou negativa, os elétrons são rebatidos e não alcançam as placas, resultando em nenhuma luz.

Ao olhar atentamente para a tela, você verá que as portas (as placas de metal pontuadas) cobrem várias placas (os elementos da tela atrás), portanto, uma porta alterna vários elementos da tela. Várias placas também são conectadas em um pino. Isso resulta em uma matriz, que precisa ser executada de forma multiplexada. Você alterna em um portão de cada vez e também liga as placas que devem acender sob este portão, em seguida, liga o próximo portão e algumas outras placas.

Para testar a tela, você pode procurar os pinos do filamento - geralmente os mais externos - e aplicar cerca de 3 V a eles, usando 2 pilhas AA. Não use voltagem mais alta, pois isso pode explodir os fios de filamento fino. Em seguida, os fios tornam-se visíveis como estribos brilhantes vermelhos, você acostumados com muita voltagem!

Em seguida, aplique 9/12 / 18V (2 baterias de 9V) a um portão e uma placa (basta olhar para o display onde estão os pinos dos portões de metal). Isso deve acender um elemento do display em algum lugar.

Nas fotos eu simplesmente conectei (quase) todas as portas e ânodos a 12V isso liga tudo.

Faça algumas anotações sobre qual pino acende qual segmento da tela! Isso será necessário para conectar e programar o display.

Etapa 2: Desafio 1: Alta tensão

Como vimos na teoria, as placas / portões precisam de uma voltagem de 12 a 50 volts para serem atraentes para os elétrons e obter uma boa iluminação do fósforo. Em dispositivos do consumidor, essa tensão geralmente é obtida de uma guia extra no transformador principal. Como um cara do faça-você-mesmo, você não tem transformadores com abas extras e prefere fontes USB 5V simples de qualquer maneira:)

Em seguida, executando uma tela de matriz multiplexada, precisamos de mais voltagem quando ~ 12V de nosso teste, porque os segmentos da tela são iluminados apenas um após o outro, resultando em um efeito de escurecimento (estilo PWM com uma proporção 1: NumberOfGates). Portanto, devemos apontar para 50V.

Existem vários circuitos para aumentar as tensões de 5V a 30V..50V, mas a maioria fornece apenas uma pequena quantidade de energia, como alguns mA @ 50V para o driver que mostro nas próximas etapas, que usa resistores pullup, isso não é suficiente. Acabei usando um dos circuitos booster de voltagem cheep que você pode encontrar na Amazon ou eBay (procure por "XL6009"), ele converte 5V para ~ 35V com alta corrente, o que é bom o suficiente.

Os dispositivos baseados em XL6009 podem ser modificados para produzir ~ 50 V alterando um resistor. O resistor é marcado nas imagens com uma seta vermelha. Você também pode procurar um datasheet do XL6009, que contém as informações necessárias para o cálculo da tensão de saída.

Etapa 3: Desafio 2: Energize o Filamento

O Filamento deve ser acionado com cerca de 3V (depende do display). De preferência AC e de alguma forma gravado no meio para GND. Puh, 3 desejos em uma linha.

Novamente nos dispositivos originais, isso seria obtido com uma guia no transformador e algum tipo de conexão de diodo Z ao GND ou em algum lugar ainda mais estranho (como um trilho de -24V)

Alguns experimentos mais tarde descobri que uma voltagem CA simples acima do GND é boa o suficiente. Tensão DC, como 2 pilhas AA, também funcionam, mas produz um gradiente de brilho de um lado do VFD para o outro, são alguns exemplos no youtube quando você procura por "VFD".

Minha solução

Para obter uma tensão CA, que é uma tensão que muda constantemente sua polaridade, posso usar um circuito H-Bridge. Isso é muito comum em robótica para controlar motores DC. O H-Bridge permite mudar a direção (polaridade) e também a velocidade de um motor.

Meu fornecedor de eletrônicos DIY favorito oferece um pequeno módulo "Pololu DRV8838" que faz exatamente o que eu quero.

A única entrada necessária é energia e uma fonte de relógio para que a coisa alterne a polaridade constantemente. Relógio? Acontece que um elemento RC simples entre a saída negativa e a entrada FASE pode atuar como um oscilador para isso.

A imagem mostra a conexão do driver do motor para gerar tensão CA para o filamento do VFD.

Etapa 4: Interface com lógica 5V

Agora podemos iluminar todo o display, ótimo. Como mostramos um único ponto / dígito?

Precisamos alternar cada porta e ânodo em um determinado momento. Isso é chamado de multiplexação. Eu vi alguns outros tutoriais sobre isso aqui. Por exemplo, (https://www.instructables.com/id/Seven-Segment-Di…

Nosso VFD tem muitos pinos, todos eles devem ser acionados com valores diferentes, então cada um precisaria de um pino no controlador. A maioria dos controladores pequenos não tem tantos pinos. Portanto, usamos registradores de deslocamento como expansores de porta. Eles se conectam com um relógio, um dado e uma linha de seleção para o chip controlador (apenas 3 pinos) e podem ser conectados em cascata para fornecer quantos pinos de saída forem necessários. Um Arduino pode utilizar seu SPI para serializar dados de forma eficiente para esses chips.

No lado da tela, há um chip também para essa finalidade. O "TPIC6b595" é um registrador de deslocamento com saídas de dreno abertas, que suporta até 50V. Dreno aberto significa que a saída é deixada aberta quando definida como TRUE / 1 / HIGH e um transistor interno muda ativamente para o lado baixo FALSE / 0 / LOW. Ao adicionar um resistor do pino de saída a V + (50 V), o pino será puxado até este nível de tensão, desde que o transistor interno não o puxe para baixo até GND.

O circuito mostrado em cascata 3 desses registradores de deslocamento. Arrays de resistores são usados como pull up. O circuito também contém o seletor de alimentação de filamento (ponte H) e um amplificador de tensão simples que foi posteriormente rejeitado e substituído pela placa XL6009.

Etapa 5: fazer um medidor de nível

Para isso, uso um display de matriz de pontos com 20 dígitos e 5x12 pixels por dígito. Possui 20 portas, uma para cada dígito e cada pixel possui um pino de placa. O controle de cada pixel exigiria 60 + 20 pinos controláveis individuais, por exemplo, 10x chips TPIC6b595.

Eu só tenho 24 pinos controláveis de 3x TPIC6b595's. Então, eu conecto um monte de pixels a um pixel indicador de nível maior. Na verdade, posso dividir cada dígito em 4 porque posso controlar 20 + 4 pinos. Eu uso 2x5 pixels por etapa do indicador de nível. Os pinos para esses pixels são soldados juntos, parece um pouco caótico, mas funciona:)

PS: Acabei de encontrar este projeto onde esta exibição é controlada pixelwise..

Etapa 6: Programando o Arduino

Conforme mencionado, o registrador de deslocamento será conectado a um SPI de hardware. No diagrama de pinagem do Leonardo (Imagem do Arduino) os pinos são chamados de "SCK" e "MOSI" e parecem roxos. MOSI significa MasterOutSlaveIn, aí a data é serializada.

Se você usar outro Arduino, procure no diagrama de pinagem SCK e MOSI e use esses pinos. O sinal RCK deve ser mantido no pino 2, mas pode ser realocado ao alterar isso no código.

O esboço executa o conversor AD no pino A0 como um serviço de interrupção. Portanto, os valores AD são constantemente lidos e adicionados a uma variável global. Depois de algumas leituras, um sinalizador é definido e o loop principal pega o valor do anúncio, transforma-o em qual pino faz o quê e o desloca para o SPI no TPIC6b. A atualização do Display precisa passar por todos os dígitos / portas acima e outra vez com uma taxa tal que o olho humano não o verá cintilar.

Exatamente o tipo de trabalho para o qual um Arduino foi feito:)

Aí vem o código para o visor do meu medidor de nível …

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

Etapa 7: PCB

Fiz alguns PCBs para este projeto, apenas para ter uma construção limpa e bonita. Este PCB contém outro amplificador de tensão que não fornecia energia suficiente, então não o usei aqui e injetei 50 V do amplificador XL6009.

A parte complicada é adicionar o VFD, já que eles podem ter todos os tipos de formas. Tentei fazer o PCB um pouco genérico na parte do conector do VFD. No final, você tem que descobrir a pinagem do seu monitor e conectar a fiação de alguma forma e, eventualmente, alterar o código do programa um pouco para fazer tudo se encaixar.

O PCB está disponível aqui: