8 разрядный вакуумный флуоресцентный дисплей vfd как подключить
В наше время появилось появилось много новых типов индикаторов, особенно сложных многоразрядных, а с дальнейшей миниатюризацией роль управляющих элементов стали нести специальные процессоры. Однако работу индикаторов все равно полезно знать и мастеру по ремонту электроники, и радиолюбителю. Проведем детальное разъяснение принципов работы вакуумно-люминесцентных индикаторы и методов управления ими.
Принцип работы вакуумно-люминесцентных индикаторов
Вакуумно-люминесцентные индикаторы (или ВЛИ) относятся к активным индикаторам, преобразующим электрическую энергию в световую. По виду отображаемой информации ВЛИ различают на единичные, цифровые, буквенно-цифровые, шкальные, мнемонические и графические; по виду информационного ноля — на сегментные и матричные одноразрядные и многоразрядные, а также матрицы без фиксированных знакомест.
К числу достоинств ВЛИ следует отнести: высокую яркость, обеспечивающую хорошую видимость воспроизводимых знаков, низкие рабочие напряжения, допускающие возможность их применения с формирователями на МОП-микросхемах, малое потребление энергии, что позволяет использовать их в устройствах, питаемых от батарей.
Необходимость использования источника питания накала индикатора может оказаться его недостатком. В ряде случаев трудно исключить мешающие восприятию изображения блики, создаваемые отражением света от стеклянных баллонов индикаторов.
ВЛИ используют для отображения информации в устройствах самого различного назначения: в микрокалькуляторах и больших ЭВМ, кассовых аппаратах и станках с числовым и программным управлением, электронных часах, электро- и радиоизмерительных приборах (цифровых, ампервольтомметрах, частотомерах), диспетчерских пультах управления энергетическими установками и воздушным движением, медицинских приборах и т. п.
Вакуумный люминесцентный индикатор представляет собой электронную диодную или триодную систему, в которой под воздействием электронной бомбардировки высвечиваются покрытые низковольтным катодолюминофором аноды-сегменты.
Конструктивная схема одноразрядного индикатора показана на рис. 2.1. Детали индикатора монтируются на керамической или стеклянной плате 1. Участки платы, на которые нанесен люминофор, образуют аноды-сегменты 2 ; под люминофором имеется токопроводящий слой. Каждый из анодов имеет определенный вывод 3. Источником электронов служит оксидный катод прямого наказа 4. Управление электронным потоком осуществляется сеткой 7. Электронный поток, высвечивающий сегменты, ограничивается экранирующим электродом-маской 8. Вся арматура индикатора заключена в стеклянный баллон 6, в котором создан вакуум. Штриховой линией показаны примерные траектории электронов. На внутреннюю поверхность баллона нанесено токопроводящее покрытие 5, прозрачное для всей области спектра излучения индикатора. Электрически оно соединено с отдельным выводом или катодом; покрытие обеспечивает стекание электрических зарядов с поверхности баллона, способных исказить траектории электронов.
Катод ВЛИ представляет собой отрезок вольфрамовой проволоки диаметром 6…60 мкм, покрытый тонким (несколько микрометров) слоем окислов щелочно-земельных металлов (оксидом). Рабочая температура катода выбирается по возможности низкой, с тем, чтобы нить, находящаяся по направлению наблюдения перед анодами, не мешала наблюдению светящихся символов. Понижение температуры катода способствует увеличению его срока службы и снижает нагрев люминофора, от которого исходит свечение. Условия эксплуатации катодов во ВЛИ можно считать экстремальными: катод работает при низкой температуре и высоком отборе тока; это обстоятельство в значительной мере определяет долговечность ВЛИ.
Сетка ВЛИ управляет электронным потоком. Поскольку сетка имеет положительный относительно катода потенциал, она рассеивает электроны и ускоряет их в направлении анодных сегментов. Рассеивающее действие сетки обеспечивает равномерность засветки поверхностей, покрытых люминофором.
Конструктивно сетка должна быть редкой, «прозрачной» для электронов с тем, чтобы уменьшить долю электронов, ею перехватываемых. В многоразрядных ВЛИ сетка также обеспечивает выбор разряда, работающего в заданный момент. Сетки изготовляются из полотна, «тканого» из вольфрамовой проволоки или электрохимическим фрезерованием тонкой никелевой фольги. В одноразрядных индикаторах форма излучающей поверхности анодов определяется металлической маской, электрически соединенной с управляющей сеткой. Изображение букв, цифр и других символов во ВЛИ формируется высвечиванием необходимой комбинации анодов-сегментов. Смена изображений достигается путем соответствующей коммутации анодов-сегментов.
Аноды-сегменты представляют собой покрытые люминофором слои токопроводящего материала заданной конфигурации, нанесенные на стеклянную или керамическую плату. В ряде ВЛИ токопроводящие слои получают напылением в вакууме тонких металлических пленок на всю поверхность платы, а формирование рисунков анодов — фотолитографией. После этой (первой) фотолитографии на платы напыляют диэлектрик и производят вторую фотолитографию, которая открывает в диэлектрике «окна» на местах анодов-сегментов, и в окна наносят люминофор. Возможно применение толстопленочной технологии, при которой на плату с помощью трафаретов наносятся проводящая паста и затем люминофор. Аноды-сегменты выполнены в виде точек или протяженных участков различной формы, символов и трафаретов. Количество, конфигурация и взаимное расположение сегментов образует структурный рисунок индикатора, по которому различают цифровые, буквенно-цифровые, матричные и шкальные индикаторы.
У многоразрядных индикаторов одноименные аноды-сегменты соединяются внутри баллона параллельно, что позволяет резко сократить число выводов.
Так, например, 14-разрядный индикатор ИВ-27 имеет 24 вывода (два вывода шкала, 14 выводов сеток и восемь выводов от параллельно соединенных анодов-сегментов). Если создать 14-разрядный индикатор с раздельными выводами каждого анода-сегмента, то он имел бы 128 выводов (два вывода накала, 8Х14 поводов анодов-сегментов, 14 выводов сеток). Очевидно, что такое конструктивное решение оказалось бы трудновыполнимым.
Конструктивно многоразрядные индикаторы выпускают со статическим и мультиплексным управлением.
Люминофор включенных сегментов, т. е. имеющих в данный момент положительный относительно катода потенциал, светится под воздействием попадающего на них электронного потока. Ток катода индикатора и токи сегментов практически не зависят, от числа включенных сегментов. Электроны, попадающие на включенные сегменты, заряжают их отрицательно и отражаются. Вторичные электроны так же, как электроны, не участвующие в высвечивании определенного знака, перехватываются экранирующим электродом.
Для подавления нежелательного свечения люминофора в исходном состоянии на сетку подается отрицательное напряжение смещения — несколько вольт по отношению к катоду. Экранирующий электрод, имеющий потенциал управляющей сетки, также улучшает условия запирания электронного потока.
Изображение вакуумно-люминесцентных индикаторов высококонтрастное, яркость достигает 500 кд/м 2 и более; для сравнения можно напомнить, что яркость экрана современного цветного кинескопа не превышает 300 кд/м 2 . В ВЛИ используется явление низковольтной катодолюминесценции (НВК), при котором свет излучается кристаллофосфором, бомбардируемым электронами с относительно низкой энергией (около 10. 100 эВ). Для веществ, у которых наблюдается этот эффект, потенциал начала НВК составляет всего несколько вольт. При потенциале экрана, соответствующем энергии электронов eU>10 эВ, яркость свечения экрана практически определяется соотношением
гдe j — плотность тока, поступающего на излучающую поверхность люминофора; А — постоянная, характеризующая используемый кристаллофосфор.
При НВК-люминесценции возбуждение светового излучения бомбардирующими люминофор электронами происходит всего лишь в нескольких его приповерхностных слоях. При высоковольтном возбуждении, например в электронно-лучевых трубках, быстрые электроны возбуждают свечение в объеме кристалла люминофора. В ВЛИ в качестве люминофора широко используется окись цинка, активированная цинком (ZnO; Zn), обеспечивающая интенсивное сине-зеленое свечение. Применяя светофильтры, можно получить цвета символов от синего до красного при условии, что яркость исходного свечения достаточно велика (около 1000 кд/м 2 ). Кроме того, существует достаточно широкая номенклатура люминофоров, имеющих различные цвета свечения (табл. 2.1).
Соблазнило наличие микросхемы на борту и наличие стандартного разъема (для ЖКИ | LCD), что могло упростить его подключение. Заглянув в datasheet понял, что не прогадал - дисплей разрабатывался для замены стандартных LCD.
Так как экранчик взят с хлама, то в него уже был впаян разъем мама и по этому поводу я решил отписаться, как можно подключать что-нибудь к BlockDuino не пользуясь паяльником.
Итак, для этого случая нам понадобится:
- VDF модуль
- 4 трехжильных и 1 двух жильный провод с разъемами мама на обоих концах
- угловой двухрядный разъем папа на 7х2 = 14 пинов
- BlockDuino
Двойной шнурок (красно-коричневый) пустил на питание на первый и второй пины:
А далее прикинув расположение цифровых портов на шине, подключил провода к разъему папа на BlockDuino: первую тройку в порта D1-D3 (все равно пин 3 на дисплее не используется, так что порта D0 и D1 у меня сохраняются свободными для UART); вторую тройку запихнул рядом на порта D4-D6; третью и четвертую соответственно на порта D7-D9 и D10-D12. Провода питания соответственно подключил к второму (GND) и третьему пину (+5V).
Подключал я исходя из того, что не знал, поддерживает ли дисплей 4х битный режим, поэтому использовал все 8 бит для передачи данных.
Далее загрузив стандартный скетч (код) из библиотеки LiquidCristal:
File->Examples->LiquidCristal->HelloWorld
и сопоставив пины на дисплее и на BlockDuino
изменил в коде строку инициализации на
А так же немножко подправил уже от себя (что, в принципе, не обязательно):
Для подключения дисплея 16x2 символов к своей Raspberry Pi я выбрал VFD Futaba GP1183A01B. Чем он хорош? Во-первых, это вымирающий вид, дающий «теплый ламповый» люминесцентный свет приятного зеленого цвета (он правда зеленый, это что-то фотоаппарат врет). Во-вторых, для коммуникации он использует последовательный протокол, а значит его можно подключить всего тремя проводами, без использования каких-либо дополнительных приспособлений, а коммуникация с ним будет идти через /dev/tty. В-третьих, питания ему надо как раз 5 вольт, которые уже есть (и даже хватает, правда не всегда).
Я его подключил два года назад, но статью сел писать сейчас — отвалился от дисплея сигнальный провод и я заодно решил рассказать про этот дисплей. Все-таки двольно легко подключается. И они еще продаются!
Подключение к Raspberry
Подключаемся через пины GPIO, расположенные слева вверху платы. Нас интересует верхний ряд — первый пин (+5V), третий (GND) и четвертый (TX). По стандартной нумерации это 2, 6 и 8 пины.
Мощности на пине +5V хватает впритык. Если на Raspberry Pi использовать видео, а не HDMI, то VFD не включится. Можно подвести +5V отдельно, например от USB-хаба от которого питается «малинка» — взять красный и черный (GND) провода (обрезать ненужный USB-кабель), не забыв замкнуть черный с GND от GPIO. У меня сейчас так и сделано.
Подключение к VFD
Сверху у дисплея есть ряд контактных отверстий для пайки. Нас интересуют левые три в правом блоке из шести отверстий. Первое (+5V), второе (RX), третье (GND). Припаеваем!
Настройка VFD
На обратной стороне дисплея имеется четыре перемычки, позволяющие настроить скорость и режим работы. Замыкаем перемычку J1 для того, чтобы скорость была 9600 Бод. В принципе он тянет и 115200, но там начинают пробиваться помехи.
Настройка ядра
Настройка userland
Чтобы после загрузки ничего не выводилось на VFD без нашего участия в файле /etc/inittab надо закомментировать последнюю строчку:
Для вывода на экран можно использовать команду echo, например:
Возможности экрана довольно велики, можно почитать спецификацию (поискать в Гугле), но я приведу некоторые команды, которыми сам пользуюсь:
очистить экран и поместить курсор в левый верхний угол
от минимальной до максимальной яркости
Еще Фан
Можно использовать LCDProc для вывода на этот экранчик всяческой информации, например, RaspBMC может через LCDProc выводить на него информацию о текущем пункте меню, состояние воспроизведения. Настройка на RaspBMC потребовала написания драйвера для LCDProc, но это было совсем нетрудно (было удалено четыре строки, рисующие рамку из стандартного драйвера text) если будет возможность, напишу об этом потом.
[update] добавил видео с RaspBMC
К сожалению, руки пока не дошли до русского языка, но он там есть (CP866)!
AKAI GX-R99 не светится дисплей (Вакуумно-люминесцентный индикатор, VFD)
Всем привет.
В ремонте AKAI GX-R99.
Не светится дисплей VFD типа (Вакуумно-люминесцентный индикатор).
Был сгоревший предохранитель 630мА на накал индикатора, замена которого не спасла положение.
В индикаторе 10 нитей накала, все целые, сопротивление 2Ом.
Красного подсвета нитей нет, даже еле видимого.
При подключении от внешнего БП и доведении напряжения до 7V с током более 2А, подсвета нитей так же не наблюдалось,
индикатор при этом разогревался очень сильно, 14 Ватт рассеиваемой мощности всё таки.
В схеме напряжение накала на БП указано в двух местах:
- 2 контакта на разъёме подписаны "AC 6.8V",
- около трансформатора после предохранителя нарисованы стрелки от провода к проводу, подписано 3.5VAC.
С трансформатора выходит:
- без нагрузки - 5.40V,
- под нагрузкой - 4.8V.
После предохранителя - 4.46V.
На выводах дисплея - 3.42V.
Смещение постоянкой 5.2V на накале имеется.
На сетках индикатора:
- размах импульсов 36V,
- постоянка 8.6V.
На сегментах счётчика:
- размах импульсов 37V
- постоянка 32V.
На выводах накала:
- постоянка 5.2V,
- размах 3.5V.
Друг утверждает что это потеря вакуума.
Меня же терзают смутные сомнения, т.к. в обычной лампочке при попадании кислорода нить накаливания сгорает моментально.
Здесь же нити целые, ровненькие как струночки, одно но - вообще не хотят подсвечиваться.
От БП больше 7V побоялся давать по двум причинам:
- во первых бессмысленно, нити уже должны были засветиться,
- во вторых, если какое то КЗ внутри индикатора и оно оборвётся, то нити пыхнут в момент.
Сталкивался кто с подобным? Прошу помощи зала, т.к. у самого уже голова кругом.
Питающие напряжения в норме.
Схемы блока индикации и блока питания прикладываю.
Читайте также: