真空荧光显示器的制作

第1步：它是如何工作的？

真空荧光显示器的工作方式类似于CRT，其中加速电子在一层荧光粉上轰击，然后发出这种典型的蓝绿色光。与CRT相比，VFD的驱动电压要低得多，这就是为什么它们经常出现在LCD时代之前的小型消费类设备中。

为了产生自由电子，灯丝在VFD内加热，阴极（在负面，或在我们的情况下，地面潜力）。这在灯丝周围产生电子云，其将朝向任何带正电的表面加速，这里是阳极板。这本身就已经有了，但是需要为显示器上的每个段提供一个单独的引脚来驱动它。为了减少输入数量，大多数VFD与每个子结构上方的矩阵复用，如7段。只有当板及其基质处于正电压时，电子才会到达荧光粉表面。

IVL2-7/5受基质和板的阳极电压控制在24V左右。灯丝用2.4V AC加热。需要AC来均衡灯丝和阳极之间的电压差。如果使用DC，则靠近地的一侧将具有更高的电压差（0-24V对2.4-24V），并且可能比另一侧更亮。在实践中，差异几乎不可察觉。

第2步：测试

最初我没有显示器的数据表，所以我不得不求助于试错法测试。通过测量它们之间的电阻可以很容易地找到灯丝引脚，因为它应该是几十欧姆的数量级。所有其他引脚都是短路或开路。

最后我找到了原始数据表，所以这不是必需的。..。..

步骤3：电路设计＆amp; PCB布局

手表在设计时考虑了以下规格：

从AA碱性电池运行（简要）

紧凑尺寸

Wifi＆amp;蓝牙

可轻松编程

手表的大脑是ESP32（Wroom-32模块），因为它可以通过Arduino进行编程，并内置Wifi/蓝牙和非常低功耗的睡眠模式。为了与ESP32接口，使用了FTDI USB-Serial转换器。

该项目最具挑战性的部分是正确设计不同的电源。 VFD的阳极需要24V，灯丝需要2.4V AC。当大量使用无线通信时，ESP32还需要3.3V以上的电压，电流超过240mA。所有这一切都必须从1.5V AA碱性电池中挤出。

早期的2.4V AC被灯丝上的3.3V替换，用H桥调制输出不燃烧细丝。它实际上可以在3.3V下存活一段时间，但很快变成灯泡。..。..

3.3V是使用MP3120升压转换器生成的，专门设计用于单节碱性电池。它理论上可以降至0.8V，但实际上仅在非常低的电流下。但它有一个内置的线性稳压器，允许使用高于3.3V电压的电池，如14500锂电池。

VFD的24V也来自升压转换器MCP1663。由于3.3V至24V的高升压，这一效率较低。该显示器也可在低至16V的较低电压下工作，但会失去很大的亮度。

要在显示器上切换24V，需要使用16位I2C扩展器（MCP23017）的2个高端开关IC TBD63783A用过的。这也可以通过离散的PNP＆amp; NPN晶体管，但由于电路板面积有限，我选择了更集成的解决方案。

整个设计和布局都是用KiCad5完成的。

步骤4：装配和一些故障排除

PCB是从JLCPCB订购的，带有黑色阻焊层和镀金（因为为什么不。..。..）。装配是手工完成的。

最初USB-Serial转换器不起作用，但经过一些故障排除后，这是由于USB连接器上的数据线混乱，用一些bodge线修复了如上图所示。

第5步：代码