曾在大學(xué)一直關(guān)注的論壇，時(shí)隔一年多又來發(fā)DIY了。之前大部分制作的都是關(guān)于電源的，現(xiàn)階段在做VFD，想把把自己花了幾個(gè)月的做出來的時(shí)鐘進(jìn)行一個(gè)分享，讓更多喜歡VFD的小伙伴加入！
一、VFD顯示原理
1.VFD簡(jiǎn)介
真空熒光顯示屏（VACUUM FLUORESCENT DISPLAY）是從真空電子管發(fā)展而來的顯示器件，由發(fā)射電子的陰極（直熱式，統(tǒng)稱燈絲）、加速控制電子流的柵極、玻璃基板上印上電極和熒光粉的陽(yáng)極及柵網(wǎng)和玻蓋構(gòu)成。它利用電子撞擊熒光粉，使熒光粉發(fā)光，是一種自身發(fā)光顯示器件。
跟LED、LCD相比較，由于它可以做多色彩顯示，亮度高，不受周圍環(huán)境的影響，即使在晚上，也同樣發(fā)出鮮亮的光彩。VFD的壽命在3萬小時(shí)以上的連續(xù)工作壽命，即可以持續(xù)工作十年以上，比LCD、LED的壽命要長(zhǎng)幾乎一倍左右。VFD熒光顯示屏，VFD熒光顯示屏由于其高亮度，多色彩，長(zhǎng)壽命，抗干擾，高亮度等特性被廣泛應(yīng)用于各類家電，衡器，電子儀器儀表，軍工等很多領(lǐng)域。
2.VFD驅(qū)動(dòng)
VFD也是通過快速掃描從而實(shí)現(xiàn)視覺暫留效果。這個(gè)如果單純用單片機(jī)和三極管實(shí)現(xiàn)確實(shí)比較難，而且資源也比較浪費(fèi)，這個(gè)工作可以交給一些串并轉(zhuǎn)換芯片實(shí)現(xiàn)，比如負(fù)壓PT63系列芯片、正壓HT165系列芯片（這種芯片比較貴）！
3.VFD供電
分為燈絲電源和高壓電源。燈絲一般采用交流，因?yàn)榇蠖嗥炼际墙涣髌?，若用直流供電那么兩?cè)電勢(shì)不同會(huì)導(dǎo)致亮度不一致，影響體驗(yàn)。高壓根據(jù)驅(qū)動(dòng)芯片，大多是采用負(fù)壓，把負(fù)壓偏壓到交流燈絲上，然后陽(yáng)極柵極給0電勢(shì)時(shí)，由于燈絲電勢(shì)低，電子被陽(yáng)極柵極吸引加速撞擊熒光粉即可發(fā)光。
二、VFD制作過程
之前最早接觸的一款VFD屏是朋友送的，那款屏幕大概是2017年左右流放到市場(chǎng)的，這種屏幕大部分都是上個(gè)世紀(jì)的產(chǎn)物，很多都是庫(kù)存貨。估計(jì)看了下面的照片很多玩VFD的朋友都會(huì)比較熟悉。
這款是臺(tái)灣產(chǎn)的，型號(hào)11-BT-222GNK，用的驅(qū)動(dòng)芯片是PT6311，電源是變壓器所產(chǎn)生的。這款屏幕顯示元素比較多，所以只要設(shè)計(jì)的好，顯示效果是非常棒的！
我展示一下我當(dāng)時(shí)做的效果，可能不是很完善，但是感覺效果還可以！屏幕顯示的視頻放在了下方壓縮包里面，有興趣的小伙伴可以下載看一下！這款是控制芯片是用的STM32F103C8T6（很經(jīng)典的一款芯片），功能是每天獲取一次網(wǎng)絡(luò)時(shí)間，然后通過RTC走時(shí)！雖然RTC精度達(dá)不到，但是每天網(wǎng)絡(luò)校準(zhǔn)一次也是很精確了！這個(gè)屏幕現(xiàn)在基本上買不到了，所以代碼也沒有太大的研究?jī)r(jià)值了，如果有需要的小伙伴私聊我也行！
三、從0開發(fā)的驅(qū)動(dòng)和控制
1.選取緣由
因?yàn)樯厦婺且豢钇聊灰呀?jīng)快沒有了，就考慮到選取其他屏幕進(jìn)行設(shè)計(jì)。之前那款屏幕是帶驅(qū)動(dòng)板的，所以不需要考慮驅(qū)動(dòng)問題，只需要做一個(gè)單片機(jī)控制就行。在這個(gè)設(shè)計(jì)過程中最大的難點(diǎn)就是驅(qū)動(dòng)板電源的設(shè)計(jì)，考慮到正壓驅(qū)動(dòng)芯片成本比較貴的問題，所以就選擇了負(fù)壓驅(qū)動(dòng)芯片，本次設(shè)計(jì)我個(gè)人選取的是PT6315，因?yàn)檫@個(gè)芯片性價(jià)比最高。對(duì)于電源大概分為兩種選擇，一種是變壓器，另一種是非變壓器（用CUK電路）。
2.屏幕選擇及測(cè)驗(yàn)
這款屏幕尺寸12x5.5cm，厚度1.3cm。這個(gè)屏幕不管是外觀尺寸還是分量都是相當(dāng)不錯(cuò)的。我個(gè)人是感覺這個(gè)屏幕非常漂亮。
這個(gè)是變壓器驅(qū)動(dòng)點(diǎn)亮的，當(dāng)然剛開始最原始有效的方法就是兩路電源（燈絲+3.5V和柵源極+20V）強(qiáng)行點(diǎn)亮。每款屏幕的電壓可能不太一樣，其實(shí)測(cè)試的時(shí)候可以先慢慢升高燈絲電壓，直到看到燈絲略微發(fā)紅，然后就可以加?xùn)旁措妷?。這個(gè)屏幕最后的效果其實(shí)看起來還是有很大的發(fā)揮空間的。包含了年月日時(shí)分秒正好適合做一款時(shí)鐘。下面是我測(cè)試得出來的簡(jiǎn)略說明書（上面電壓是一個(gè)最低的啟動(dòng)電壓）。
3.變壓器方案
剛開始我是選擇的變壓器，理由是電路簡(jiǎn)單以及成本低廉。我在某寶上找到了一款專門為VFD設(shè)計(jì)的變壓器。
這個(gè)電路看起來就比較簡(jiǎn)單，直流通過RC震蕩形成燈絲需要的交流電壓。其實(shí)技巧點(diǎn)有兩個(gè)：一個(gè)是前面震蕩頻率，另一個(gè)是后面的偏壓電路。下面電路圖是一種偏壓電路，因?yàn)槠聊稽c(diǎn)亮的條件就是柵極電壓（這里采用負(fù)壓解釋）需要高于燈絲交流電壓，所以這就需要一個(gè)偏置電路，讓負(fù)壓高于交流電壓。
這個(gè)設(shè)計(jì)方案在我嘗試的過程中遇到了一些問題。我當(dāng)時(shí)沒有進(jìn)行拍照，在做后來的測(cè)試過程中將其拆了，所以剩下的就是下面圖中的殘?jiān)?！因?yàn)槭窃谧鰧?shí)驗(yàn)，所以尺寸以及電路走線布局都是沒有放入首要考慮。
這個(gè)方案其實(shí)存在一下問題：第一點(diǎn)因?yàn)樽约鹤鯠IY，量比較少，所以就只能采用現(xiàn)成型號(hào)的變壓器，這就會(huì)導(dǎo)致變壓器輸出功率和屏幕不匹配的問題。如果輸出能力高于屏幕還好（這個(gè)可以解決），但是如果達(dá)不到屏幕所需功率，就會(huì)導(dǎo)致屏幕亮度達(dá)不到，顯示效果自然不佳！顯示效果就是上面（2.屏幕選擇及測(cè)驗(yàn)）展示的圖。因?yàn)檫@款屏幕比較大，所以自然就是后一種功率提供不足（這個(gè)變壓器在5V情況下，大概輸出0.4A電流，而這個(gè)屏幕是0.5A以上最佳）！
第二點(diǎn)就是這個(gè)采用的三級(jí)管驅(qū)動(dòng)，效率低，發(fā)熱嚴(yán)重！這個(gè)其實(shí)是因?yàn)樽儔浩髑懊鍾C震蕩形成的是正弦波，所以在帶載情況下，有一部分三極管導(dǎo)通是不完全的。如果采用MOS效果可能會(huì)更好一些。
4.非變壓器方案
為了追求更好的顯示效果，當(dāng)然需要另辟蹊徑了，雖然還需要進(jìn)行更多的實(shí)驗(yàn)，但是這不正是DIY的樂趣嗎！經(jīng)過大量查閱資料以及實(shí)驗(yàn)，對(duì)于燈絲的交流驅(qū)動(dòng)，這個(gè)可以選取TI的一款專門的驅(qū)動(dòng)芯片LM9022，但是這個(gè)芯片已經(jīng)停產(chǎn)，可能是因?yàn)閂FD屏幕已經(jīng)不怎么使用了。這個(gè)芯片的一些庫(kù)存是真的貴！后來選取了一款它的升級(jí)芯片并且完全兼容，就是LM4871。我前面提到屏幕驅(qū)動(dòng)芯片是采用的PT6315，所以這里需要一個(gè)-28V左右的電壓。最開始考慮到價(jià)格問題就選取MC34063，這個(gè)芯片幾毛一片是真的便宜。下面是大致電路。
但是這個(gè)存在問題就是，MC34063做CUK電路，內(nèi)部是三極管，對(duì)于從+5V輸入，-28輸出，這個(gè)壓差是很大的。MC34063效率就會(huì)特別低，發(fā)熱很嚴(yán)重，最后會(huì)把內(nèi)部三極管燒壞導(dǎo)致芯片不工作。
后面就換了另一款芯片XL6007，這個(gè)芯片轉(zhuǎn)換效率是比較高的，也不會(huì)出現(xiàn)發(fā)熱嚴(yán)重。下面是電路圖。
（此處電路引用自：https://oshwhub.com/XACT/hna-16mm64-vfd-di-ban）
5.控制電路
其實(shí)這款屏幕最大的難點(diǎn)就是上面講的驅(qū)動(dòng)電路。驅(qū)動(dòng)電路做出來之后控制電路就會(huì)簡(jiǎn)單一些。單片機(jī)我是選擇STM32F031C6T6，這個(gè)芯片之前是用在電動(dòng)車上的，量比較大，所以這次芯片漲價(jià)沒有殃及到它。對(duì)于時(shí)鐘芯片有兩款高精度的可以選擇，第一款是DS3231、第二款是RX8025（RX8025T和RX8025AC）。
對(duì)于這兩款芯片我簡(jiǎn)單做個(gè)對(duì)比總結(jié)：精度方面DS3231精度略大于RX8025，但是基本上是察覺不到的，兩款年誤差都是在一分鐘內(nèi)。其次是價(jià)格方面RX8025要比DS3231便宜很多。兩款都支持主備電源切換。綜上性價(jià)比還是RX8025更高一些。我是選擇的RX8025T，內(nèi)部在溫度補(bǔ)償。
6.實(shí)物展示
今天比較晚了，帖子先更新這么多，后面會(huì)持續(xù)更新，先上圖以及視頻展示一下效果。視頻超過了5M好像上傳不了，我上傳到了抖音，可以搜索dyrfr4szwhtz查看這款以及上一款視頻效果，當(dāng)然也做了幾套，有喜歡的小伙伴可以點(diǎn)這個(gè)鏈接VFD實(shí)物，查看實(shí)物視頻！
這個(gè)是亞克力殼子。前面是黑茶半透明，其余六個(gè)面用的是黑色不透，這樣做的效果是能夠讓屏幕濾光之后效果更佳，其次其他面看起來更顯時(shí)尚復(fù)古一些！
這個(gè)是沒有加外殼的情況下，顯得更有科技感一些，供電是直接用Typec供電。
下面這個(gè)是全家福，對(duì)于驅(qū)動(dòng)板和控制板，上面都留有Cyberpunk阻焊（銀色效果），更具賽博朋克風(fēng)格！
對(duì)驅(qū)動(dòng)板做了一個(gè)特拍！
