真空熒光顯示器的制作

第1步：它是如何工作的？

真空熒光顯示器的工作方式類(lèi)似于CRT，其中加速電子在一層熒光粉上轟擊，然后發(fā)出這種典型的藍(lán)綠色光。與CRT相比，VFD的驅(qū)動(dòng)電壓要低得多，這就是為什么它們經(jīng)常出現(xiàn)在LCD時(shí)代之前的小型消費(fèi)類(lèi)設(shè)備中。

為了產(chǎn)生自由電子，燈絲在VFD內(nèi)加熱，陰極（在負(fù)面，或在我們的情況下，地面潛力）。這在燈絲周?chē)a(chǎn)生電子云，其將朝向任何帶正電的表面加速，這里是陽(yáng)極板。這本身就已經(jīng)有了，但是需要為顯示器上的每個(gè)段提供一個(gè)單獨(dú)的引腳來(lái)驅(qū)動(dòng)它。為了減少輸入數(shù)量，大多數(shù)VFD與每個(gè)子結(jié)構(gòu)上方的矩陣復(fù)用，如7段。只有當(dāng)板及其基質(zhì)處于正電壓時(shí)，電子才會(huì)到達(dá)熒光粉表面。

IVL2-7/5受基質(zhì)和板的陽(yáng)極電壓控制在24V左右。燈絲用2.4V AC加熱。需要AC來(lái)均衡燈絲和陽(yáng)極之間的電壓差。如果使用DC，則靠近地的一側(cè)將具有更高的電壓差（0-24V對(duì)2.4-24V），并且可能比另一側(cè)更亮。在實(shí)踐中，差異幾乎不可察覺(jué)。

第2步：測(cè)試

最初我沒(méi)有顯示器的數(shù)據(jù)表，所以我不得不求助于試錯(cuò)法測(cè)試。通過(guò)測(cè)量它們之間的電阻可以很容易地找到燈絲引腳，因?yàn)樗鼞?yīng)該是幾十歐姆的數(shù)量級(jí)。所有其他引腳都是短路或開(kāi)路。

最后我找到了原始數(shù)據(jù)表，所以這不是必需的。..。..

步驟3：電路設(shè)計(jì)＆amp; PCB布局

手表在設(shè)計(jì)時(shí)考慮了以下規(guī)格：

從AA堿性電池運(yùn)行（簡(jiǎn)要）

緊湊尺寸

Wifi＆amp;藍(lán)牙

可輕松編程

手表的大腦是ESP32（Wroom-32模塊），因?yàn)樗梢酝ㄟ^(guò)Arduino進(jìn)行編程，并內(nèi)置Wifi/藍(lán)牙和非常低功耗的睡眠模式。為了與ESP32接口，使用了FTDI USB-Serial轉(zhuǎn)換器。

該項(xiàng)目最具挑戰(zhàn)性的部分是正確設(shè)計(jì)不同的電源。 VFD的陽(yáng)極需要24V，燈絲需要2.4V AC。當(dāng)大量使用無(wú)線(xiàn)通信時(shí)，ESP32還需要3.3V以上的電壓，電流超過(guò)240mA。所有這一切都必須從1.5V AA堿性電池中擠出。

早期的2.4V AC被燈絲上的3.3V替換，用H橋調(diào)制輸出不燃燒細(xì)絲。它實(shí)際上可以在3.3V下存活一段時(shí)間，但很快變成燈泡。..。..

3.3V是使用MP3120升壓轉(zhuǎn)換器生成的，專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)用于單節(jié)堿性電池。它理論上可以降至0.8V，但實(shí)際上僅在非常低的電流下。但它有一個(gè)內(nèi)置的線(xiàn)性穩(wěn)壓器，允許使用高于3.3V電壓的電池，如14500鋰電池。

VFD的24V也來(lái)自升壓轉(zhuǎn)換器MCP1663。由于3.3V至24V的高升壓，這一效率較低。該顯示器也可在低至16V的較低電壓下工作，但會(huì)失去很大的亮度。

要在顯示器上切換24V，需要使用16位I2C擴(kuò)展器（MCP23017）的2個(gè)高端開(kāi)關(guān)IC TBD63783A用過(guò)的。這也可以通過(guò)離散的PNP＆amp; NPN晶體管，但由于電路板面積有限，我選擇了更集成的解決方案。

整個(gè)設(shè)計(jì)和布局都是用KiCad5完成的。

步驟4：裝配和一些故障排除

PCB是從JLCPCB訂購(gòu)的，帶有黑色阻焊層和鍍金（因?yàn)闉槭裁床弧?.。..）。裝配是手工完成的。

最初USB-Serial轉(zhuǎn)換器不起作用，但經(jīng)過(guò)一些故障排除后，這是由于USB連接器上的數(shù)據(jù)線(xiàn)混亂，用一些bodge線(xiàn)修復(fù)了如上圖所示。

第5步：代碼