Однако, рулить дисплеем, как правило, та ещё задача. «Особенно если динамическая индикация, да ну его, влом!» — подумал было я. Но у того же продавца обнаружилась и, судя по всему, управляющая плата:

На фотографии виднеется 8085 процессор, 8251 UART и ПЗУшка — казалось бы, дизассемблируй себе, разбирай протокол, да просто с ардуины выводи что угодно. Да ещё и за одну йену, это прям даром! После этого я решил всё же попытать удачу и выхватить этот дисплей. Тем более, что давно уже хотелось какие-нибудь красивые часики в комнату...

Конечно же, какая-то зараза попыталась из-под меня эти лоты перехватить, но в итоге за примерно десять тысяч йен весь комплект достался мне.

❯ Всё уже поломано до нас

Через пару-тройку дней приходит посылка. Продавец, конечно, пожалел упаковки, и поэтому плата и дисплей просто болтались в коробке — но, к счастью, всё выглядело целым.

Первым же делом снимаю ПЗУ, кидаю в MSX, чтобы вычитать на комп, но увы — кроме нулей ничего не вычитывается, да ещё и греется оно очень подозрительно. При подаче питания сама плата тоже ничего не делает.

На шине процессора никакой активности нет, хотя тактовый сигнал в норме — то бишь, если бы даже ПЗУ и было целым, читать из него процессор не пытается. Плата ещё и закатана в какой-то лак, который не плавится и не растворяется, поэтому чинить такое будет то ещё «удовольствие». Даже масочные ПЗУ со шрифтами нормально не вытащить…

Гуглёж по маркировке (Morio Denki 6M06056) тоже ничего, кроме сайта производителя, не выявил. Судя по всему, они занимаются дисплеями для транспорта — так что, скорее всего, этот стоял в каком-то автобусе или поезде.

Вероятнее всего, это был автобус — ведь в поездах между станциями, как правило, на экране идёт бегущая строка. В старых автобусах же отображается лишь название следующей остановки. Выгоревший текст — 「次は、（неразборчиво）」(«Следующая: (нрзб.)») подтверждает эту догадку.

❯ Плата драйвера панели

Значит, придётся рулить панелью напрямую — благо, какая-то плата, адаптирующая его к какой-то шине, к дисплею уже прилагается.

Судя по наличию микросхемы ОЗУ (MN2114), плата представляет себе какой-то простенький фреймбуфер. Отлично, значит с динамической индикацией на 100+ катодов уже разобрались до меня :-)

Справа снизу находится трапециевидный «молекс», знакомый нам по старым жёстким дискам. Линия 5 вольт и общий провод совпадают по распиновке — отлично, значит запитать попробуем от обычного компьютерного источника питания.

Пара минут с тестером и карандашом — и вот уже отчётливо видно, где на разъёме шины данных входы, а где выходы.

Верхний ряд группами по 4 пина соединён со входом коммутатора 74LS257 — скорее всего, это вход данных шириной в 1 байт. Нижний ряд же идёт на инвертеры, выполняющие роль буферов — так хотя бы можно понять, что в нём есть 5 входных сигналов, и 2 выходных.

Быстренько раскидываем на огрызке старой макетки штуковину, чтобы накручивать произвольные значения на восьмибитном входе данных и перемычками дёргать остальные, а на светодиодах смотреть выходные сигналы.

Ничтоже сумняшеся, я подключаю старый блок питания от компьютера к молексу на плате… И конечно же дисплей всё так же мёртв. Никакой реакции ни на входные данные, ни на закорачивание шины данных у чипа памяти на землю.

❯ Конструкция дисплея

Почему-то всё это время мне думалось, что это — ВЛИ, которому нужно около 20-30 вольт для свечения. Однако при прозвонке самой лампы тестером никакие пины между собой соединены не были — в случае ВЛИ так быть не может, ведь ему нужен накал катода. Ну, разве что, если нить накала перегорела…

Впрочем, пристальный взгляд на дисплей под лупой показал, что ни накала, ни сеток — типичных для люминисцентных индикаторов компонентов — там и вовсе нет:

Значит, скорее всего, это газоразрядный индикатор! По горизонтали у него расположены платы с кучей группированных транзисторов. По маркировке «L-S» никакие транзисторы в справочниках подходящих лет, увы, не находятся.

По бокам у дисплея — практически одинаковые платы с диодами, логическим инвертером (7414) и неизвестным модулем Mitsubishi MA7446-01.

Собираем мозги в кучу и пытаемся понять, что делать дальше:

• Поперёк «12-вольтовой» линии питания стоит конденсатор на 250 вольт — значит, как минимум, там должно быть высокое постоянное напряжение. Очевидно, положительное, если этот конденсатор проектировщики не вставили туда в роли петарды.

• На плате мультиплексора между питанием и выходом на дисплей есть цепь с транзистором 2SC1473 — он тоже рассчитан на 250 вольт.

Значит, скорее всего, на молексе вместо 12 вольт ожидается, как минимум, под сотню с лишним, а значит и индикатору для поджига нужно напряжение где-то такого порядка.

В итоге из загашников извлекается маленький инвертер для электролюминисцентных проводов, к нему приделывается диодный мост, и вуаля — у нас есть кривой маломощный источник 160 вольт постоянки.

Припаиваем к одному из горизонтально стоящих пинов минусовой выход через резистор на пару килоом, а плюсовым аккуратненько одной рукой ведём по вертикально-стоящим…

Ура, значит сам дисплей, как минимум, жив! Можно заказывать повышающий модуль на амазоне, а пока он едет — заняться восстановлением платы мультиплексирования.

Конечно, можно было бы сделать целиком свою, и управлять аж субпикселями, как на видео. Но динамическая индикация на сотню с гаком катодов — это то ещё развлечение, поэтому мне проще было оставить всё как есть.

❯ Диагностика платы мультиплексора

Под такое дело для проекта был куплен аж целый китайский лабораторник на амазоне — и подключение платы к нему показало, что жрёт она как не в себя! Почти что целый ампер, на конструкцию из 38 корпусов. Для логики серии 74LS это уж слишком много. Получается, в плате управления тоже что-то не так.

Так как компаратора навроде HP 10529A у меня нет, пришлось вооружиться осциллографом и таблицами истинности из даташитов.

На шине данных у ОЗУ хоть и завалены фронты, но в принципе всё смотрится не так и плохо:

А вот на прочих чипах местами встречается откровенная дичь — например, сигналы, у которых логический ноль где-то на 1,8 вольтах, а единица на 3,5.

В двоичной логике бывает True, бывает False, но встречается и «Да нет наверное»:

Местами и вообще какие-то непонятные лесенки, которых явно в цифровой схеме быть не должно. Ниже троичная логика, прямиком из семидесятых:

Видимо, собирали девайс на 74 логике из альтернативной вселенной.

По итогам пары дней такого копательства, вкупе с тыканием термопарой по всей плате даже туда, где солнечный свет не бывал, обнаружились следующие виновники:

• 107-1 (JK-триггер) — кипятится (60+°C) сразу при включении питания, выход закорочен на вход

• 107-2 — от выхода на вход 1кОм, в первом триггере выходной сигнал просажен (ну ещё бы), а второй вообще выдаёт не то, что в даташите, а погоду на Марсе. До кучи ещё и греется под 40 градусов.

• 107-3 — 2кОм со входа на выход, теплее всего остального.

• 393-1, 393-2 (сдвоенные 4-битные счётчики) — между тактовым входом и Vcc всего лишь 2 кОм, поэтому и сигналы выглядят странно.

До кучи, у сбоивших микросхем пин Gnd явно отличался по внешнему виду — припой был как будто потемневшим, и его там было больше, чем на остальных пинах в том же ряду/столбце.

Возможно, после пробоя там прошёл достаточный ток, чтобы расплавить припой и собрать его в такие горки?

В любом случае, другие чипы с таким же симптомом было тоже решено поменять на всякий случай.

Радиомагазинов в городе уже толком не осталось — поэтому берём вкусняшки, паяльник, и едем к товарищу хабарить полный комплект логики из ведра старых плат.

JK-триггеры оказались настолько сложной в применении штукой, что ими, видимо, никто пользоваться и не захотел — поэтому пришлось докупать их отдельно в интересном магазине, по сей день торгующем теми ещё музейными экспонатами.

❯ Повторный запуск

Выпаиваем всех подозрительных и заменяем их на панельки — ну вдруг опять вылетит, не паять же по новой :-)

Подаём питание. Один из светодиодов на макетке, раньше постоянно горевший, на сей раз гаснет — это хороший знак. Ставим крутилки в положение 0xFF, от балды трогаем один из джамперов, и…

Оно живое!!! И жрёт со всеми включёнными пикселями аж 25 ватт.

Экспериментально подбираем распиновку коннектора:

Способ управления тоже оказался весьма простым и понятным.

После подачи питания нужно дождаться, пока ~READY не уйдёт в лог. 0. Затем выставляем биты данных и дёргаем ~CLOCK. Этот байт попадёт в верхнюю половину самого левого столбца — пиксели, выставленные в «1», загорятся, а в «0», соответственно, погаснут.

Следующий импульс на ~CLOCK запишет байт в нижнюю половину самого левого столбца, потом — верхнюю половину второго столбца, и так далее — сверху вниз, слева направо. После записи последнего байта (нижняя половина самого правого столбца), следующий байт опять попадёт в верхнюю половину самого левого, т.е. запись идёт в цикле.

Если мы хотим начать рисовать с начала, можно дёрнуть ~RETZ — это обнулит счётчик, и рисование опять начнётся с самого левого столбца. Можно сбросить вообще всё и очистить экран при помощи ~RESET.

Притянув BRIGHT к земле можно уменьшить яркость (и потребляемую мощность) дисплея вдвое. Притянув же к земле SHOW, можно отключить отображение на дисплее вообще, при этом рисовать в память платы всё так же возможно.

❯ Проба пера

Так как терпения у меня в организме ещё меньше, чем дофамина, то была распотрошена ещё какая-то плата из мусорки. Оттуда были извлечены TC4050B — буферы, которые отлично подойдут для согласования 3.3-вольтовой ESP32 с 5-вольтовой логикой на дисплее.

Схема в этот раз даже не рисовалась, всё соединялось сразу из головы. Пишем простенькую процедуру, двигающую бит в слове туда-сюда, заливаем скетч, и любуемся:

Дописываем ещё простенький рендер шрифтов, обновляем скетч:

Ну а дальше едем в Акихабару закупаться требухой для развития проекта до какого-то полезного состояния :-)

Опытный читатель уже догадался по содержимому этого хабара из Акихабары, что дисплею уготована типичная радиолюбительская участь — стать будильником-метеостанцией %)

Операционная система же обрела рабочее название Plasma Information System OS — или, если коротко, PIS-OS.

Смотрится итоговый результат, как по мне, восхитительно:

Но о сборке девайса и написании прошивки — уже в следующей части :-)

В реалтайме за обновлениями, среди тонны фоток еды и Мику, вы можете также следить в моём телеграме.

Также, можно посмотреть ход описанного в статье «в реалтайме», прочитав тему на EEVBlog.

• Написано специально для Timeweb Cloud и читателей Пикабу. Подписывайтесь на наш блог, чтобы не пропустить новые интересные материалы.

• Облачные сервисы Timeweb Cloud — это реферальная ссылка, которая может помочь поддержать наши проекты.

Недавно я прикупил себе старенький и оригинальный — «тот самый» тетрис, а дальше меня затянуло. Собственно, нормальная ситуация. Однако, мне пришлось столкнуться с одной неприятной проблемой: если во время игры — скорость (ака сложность) повышается выше двух пунктов, то играть становится совершенно невозможно, а скоростей-то много…

Понятно, что идёт какая-то ошибка в подборе частоты задающего генератора в контроллере тетриса, и это даже слышно на слух, так как мелодия играет уж больно быстро. Потому, мне пришла в голову мысль, а возможно ли как-то внести аппаратные изменения в устройство, так чтобы понизить частоту контроллера для корректной игры? Сам спросил — сам ответил.

Мне хотелось сделать фичу, навроде решения, как на стародавних компьютерах, у которых была кнопочка "Turbo", которая, несмотря на своё название, снижала частоту процессора. И таки да! Не буду вас томить — эта затея мне удалась, и на выходе получился весьма забавный и простой — аппаратный тюнинг тетриса.

❯ Суть проблемы

Вдохновлённый статьями Azya о реверсе тетриса, я прикупил себе точно такой же аппарат, фигурировавший в его публикациях. И обнаружил, что частота работы встроенного микроконтроллера сильно завышена.

В играх типа Brick Game, в народе известных как тетрис, не всегда корректно выставлен задающий генератор, в результате, при увеличении скорости выше второй, играть становится просто невозможно.И это явно бага, которую проще всего проиллюстрировать на видео:

Вот я, взрослый человек, и не смог пройти игру на третьей скорости, а что уж говорить о детях? Плюс, мне было дико интересно узнать, что будет, если пройти игру на максимальной скорости: покажут ли мультфильм в конце? При достижении определённого количества очков скорость растёт, а что произойдёт при взятии последней скорости?

Ну что же, настало время RTFM на процессор HT443A0.

❯ Приступим!

Из статей «Так какой же процессор использовался в играх Brick Game?» часть 1 и часть 2 мы узнаем, что конкретно в этой модели тетриса установлен четырёхбитный микроконтроллер HT443A0. И если обратиться к документации, то можно выяснить, что частота процессора задаётся резистором.

Ниже привожу схему из документации на этот контроллер, которая попутно является просто принципиальной электрической схемой тетриса:

Но, как обычно бывает, нигде не сказано, какой номинал резистора отвечает за определённую частоту. Единственное, что мы знаем, в каких пределах его можно изменять (от 36 кОм до 620 кОм). Это значит, что настало время весёлых опытов.

Напомню, что микросхема представляет собой каплю смолы на печатной плате. Таким образом, распиновка чипа нам недоступна, но логика подсказывает, что резисторов на плате будет не так уж и много.

Если вскрыть корпус этого устройства, то можно увидеть следующую картину:

В моём устройстве вместо пьезо пищалки, стоит магнитный динамик и небольшая схема усиления на одном транзисторе. Резистор снизу на фотографии нужен для схемы усиления. А вот резистор сверху – это явно сопротивление задающей частоты. Измеряем его сопротивление и получаем около 15 кОм.

Внимание вопрос: если мы уменьшим сопротивление – частота вырастет или уменьшится? Да, зная RC-цепочки понятно, что при уменьшении сопротивления частота будет расти, но нужно в этом убедится. Да и сверху напаять резистор проще, чем делать последовательное соединение.

Увеличиваем частоту

Подбираю номинал резистора в 15 кОм и припаиваю его в параллель к основному, тем самым уменьшая сопротивление ровно в половину.

И, вы знаете, факир был пьян, и фокус не удался, это сработало. Конечно, я хотел уменьшить скорость работы тетриса, а в результате ускорил его. Тем не менее это вполне себе рабочее решение.

Интересно теперь уменьшить частоту тетриса.

Уменьшение частоты

Попробую теперь уменьшить частоту в два раза. Для этого я просто подпаял резистор последовательно с основным, тем самым изменив сопротивление до 30 кОм.

И это оказалось тем самым сопротивлением, на котором тетрис играет адекватно, с той скоростью, которой должен.

Круто, теперь можно уже завинчивать и играть, но мне хотелось большего.

Во-первых, мне хотелось проверить: возможно ли менять частоту на ходу.
Во-вторых, как я уже говорил, хочу попробовать пройти тетрис на самом высоком уровне сложности.

❯ Добавляем регулятор частоты

Тут никаких высоких материй нету, просто заменяем постоянный резистор на переменный, найденный где-то в хозяйстве. И даже весьма удобно вывести проводочки из корпуса через батарейный отсек.

После сборки можно приступить к натурным испытаниям.

Как видно, всё отлично работает и можно в любой момент выставить комфортную частоту работы. Единственное, если тетрис вдруг зависнет при таких операциях, перегрузить его получится, только отключив питающие батареи.

❯ Выводы

Да — частоту работы микроконтроллера можно менять прямо на ходу. А вот насчёт мультика — сохраню интригу, пускай кто-то сам пройдёт, и проверит можно ли посмотреть его :)

Честно говоря, мне тоже хотелось приобщиться к этому движу вокруг реверса Brick Game. Даже немного поколдовал с транслятором ассемблера и некоторыми другими вещами. Но то времени, то вдохновения не хватает, то просто экосистемы таких же фанатиков. Поэтому для начала решил для себя сделать что-то простое и понятное.

Из забавного: понял, что можно сделать некий DJ тетрис пульт, видео с которым — успешно завирусилось у меня в шортсах:

❯ Полезные ссылки:

1. Процессор, который использовался в «Тетрисе»: на каких SoC работала недорогая микроэлектроника в 90-х?

2. Так какой же процессор использовался в играх Brick Game?

3. Так какой же процессор использовался в играх Brick Game? Часть 2

4. Документация на микроконтроллер HT443A0

Если вам интересна металлообработка, старое железо, всякие DIY штуки, погроммирование и linux, то вы можете следить за мной ещё в телеграмме.

• Написано специально для Timeweb Cloud и читателей Пикабу. Подписывайтесь на наш блог, чтобы не пропустить новые интересные материалы.

• Облачные сервисы Timeweb Cloud — это реферальная ссылка, которая может помочь поддержать наши проекты.

Осциллограф это один из самых желанных приборов на столе любого радиолюбителя. Этот прибор открывает огромные возможности для отладки или ремонта различной электроники. Но, часто, начинающие электронщики не до конца понимают, как же он работает.

В этой статье я предлагаю вместе разобраться, на каких принципах работает осциллограф. Для этого мы смоделируем электрическую схему простого осциллографа с индикацией на светодиодной матрице из дискретных компонентов в моем любимом симуляторе ISIS Proteus.

❯ Введение

Во время отладки электронных схем иногда нужно понимать, как изменяется форма сигнала (его амплитуда и частота) при прохождении электрических цепей, именно для этого удобно пользоваться осциллографом. Фактически, он позволяет увидеть электрические сигналы своими глазами.

Большинство современных осциллографов цифровые, и, практически, представляют собой специализированный планшет с сильно прокаченной звуковой картой, которая способна оцифровывать входные сигналы далеко за пределами звукового диапазона. Они накапливают информацию о сигнале в памяти, проводят необходимую математическую обработку и строят на дисплее график сигнала. Это позволяет реализовать множество автоматических функций, например измерение частоты, определение амплитуды, или даже преобразование Фурье. С помощью таких приборов можно отлавливать и расшифровывать даже одиночные цифровые посылки.

Но еще в прошлом веке в эпоху аналоговой электроники использовались осциллографы на основе лучевых трубок. Они не имели совсем никакой памяти, и вполне успешно использовались преимущественно потому, что в схемах преобладали аналоговые сигналы. Форма таких сигналов не сильно изменяется в течение достаточно большого количества периодов следования. Горизонтальное отклонение луча на трубке осциллографа синхронизировали с частотой исследуемого сигнала, а отклонение луча по вертикали происходит пропорционально амплитуде измеряемого сигнала. На фоне разметки экрана «отпечаток» в люминофоре формирует график, называемый осциллограммой.

Схема, которой просвещена данная статья, имеет аналогичный принцип работы, с той разницей, что вместо электронно-лучевой трубки будет использоваться динамическая светодиодная матрица.

Интернет почти забыл подобные схемы, и удивляет, что до сих пор находятся энтузиасты, которые собирают аналогичные устройства и в наше время. Мне-то казалось, что я один такой «повернутый»…

На фотографии вы видите осциллограф со светодиодной матрицей, конструкцию которого придумал наш коллега из Бразилии Arthur Zuliani для обучения своих студентов навыкам сборки радиоэлектроники.

Схемы таких осциллографов можно найти в старых журналах, и мне даже удалось найти на ютубе несколько относительно свежих проектов. Одно из таких видео загружено примерно 5 лет назад, но просмотр оставляет впечатление, что снимали его значительно раньше.

Ну что же, самое время разобраться в том, как это работает, погнали дальше!

❯ Структурная схема

Структурная схема осциллографа со светодиодной матрицей показана на рисунке ниже, и в целом она очень похожа на схему осциллографа с электронно-лучевой трубкой.

Пускай светодиодная матрица в нашей схеме будет иметь разрешение 10 на 10 точек. Этого будет достаточно, чтобы условно отличить синусоиду от прямоугольных импульсов или пилы. На рисунке показано, как это примерно будет выглядеть, оттенки красного демонстрируют яркость светодиодов, которая будет не равномерной из-за динамической развертки.

В отличии от люминесцентной маски электронно-лучевой трубки, светодиодная матрица способна показывать изображение только в виде дискретных точек, причем весьма крупных точек. По этому признаку нашу схему нельзя считать полноценным осциллографом, никаких подробностей и деталей на ней не разглядеть. Но оценить форму сигнала вполне можно. Так что это устройство скорее следует называть осциллографическим пробником.

❯ Канал вертикального отклонения

Для включения светодиодов в столбцах матрицы необходимо формировать дискретные сигналы управления, для этого в схеме осциллографа используется детектор уровня аналогового сигнала. Эта схема делит максимальный диапазон входного сигнала на уровни в соответствии с количеством светодиодов в столбце. И каждый светодиод должен гореть, пока входной сигнал находится в границах его диапазона. Технически это может быть реализовано на отдельных компараторах, или с помощью специализированной микросхемы – индикатора уровня LM3914.

В составе микросхемы уже имеется десяток компараторов со светодиодными драйверами и источник опорного напряжения для каждого из них. Получается, что входной сигнал может быть разделен на десять уровней, и в матрице может быть под десять светодиодов в каждом столбце.

❯ Аттенюатор и предварительный усилитель

Для того, чтобы наша схема могла масштабировать амплитуду сигнала по вертикале на светодиодной матрице, и значение амплитуды можно было измерить по клеточкам, в ней используется предварительный усилитель и аттенюатор. Именно они обеспечивают связь между клеточками на экране осциллографа и вольтами, то есть позволяют получить те самые заветные вольты на деление.

Так как мы не претендуем на звание «измерительный прибор года», ограничимся двумя пределами регулировки вертикальной развертки: 1 В на деление и 100 мВ на деление.

Для начала нужно определиться с напряжением питания всей схемы, пускай это будет батарейка типа «Крона» с напряжением 9 В.

Сейчас самое время вспомнить, что измеряемые сигналы могут иметь не только положительное значение амплитуды. Амплитуда сигналов может увеличиваться в отрицательной полярности. Поэтому входной сигнал будет правильным подключать относительно «середины» питания схемы.

Для удобства разработки схемы добавим дополнительные резисторы в цепь опорного напряжения LM3914 относительно плюсового и минусового потенциалов питания так, чтобы опорное напряжение находилось в диапазоне 5 В относительно середины питания. Диапазон переключения для светодиодов получается 0,5 В.

Чтобы получить вертикальную развертку с разрешением «1В/деление» аттенюатор должен иметь соотношение 1:2. Для развертки «100мВ/деление» входной сигнал после аттенюатора потребуется усилить в 10 раз. Таким образом в схему добавим делитель напряжения и усилитель с переключаемым коэффициентом усиления. И не забудем, что входной сигнал должен усиливаться относительно середины питания.

Получилось так, что аттенюатор на резисторах R1, R2 делит измеряемый сигнал пополам, и, в зависимости от положения кнопки, усилитель либо усиливает его в 10 раз, либо передает без усиления. В разомкнутом положении кнопки мы получим значение развертки «100мВ/деление», в замкнутом — «1В/деление».

Усилитель построен на операционном усилителе LM358. По своим параметрам это не самая лучшая микросхема, но для нашего случая пойдет. Благодаря тому, что опорное напряжение для LM3914 уже, чем напряжение питания, нам не важно, что выход LM358 «не дотягивается» до диапазона питания. Микросхема LM3914 рассчитана на звуковой диапазон, поэтому невысокие частотные характеристики LM358 нас тоже не должны беспокоить.

Вентиль А LM358 осуществляет усиление измеряемого сигнала в 10 раз при разомкнутой кнопке и передает сигнал без усиления — при замкнутой. Вентиль В LM358 формирует искусственную среднюю точку, относительно которой нужно подавать входной сигнал. Объединять предварительный усилитель и искусственную среднюю точку в одном корпусе конечно не правильно, т.к. вентиль В будет генерировать по общей подложке микросхемы помехи, но мы можем закрыть на это глаза, они все равно не будут различимы на светодиодной матрице из-за ее низкого разрешения.

❯ Горизонтальная развертка

Горизонтальную развертку изображения сигнала на светодиодной матрице обеспечивает счётчик Джонсона CD4017. На рисунке показан график переключения выходов счетчика при подаче импульсов на его счетный вход.

Выходы счетчика подключены к столбцам светодиодной матрицы и поочередно включают один из них. Если частота этих переключений будет достаточно высокой, зрительно они не будут различимы, и глазу будет казаться, что светодиоды во всех столбцах матрицы светятся одновременно.

Как это примерно будет выглядеть, можете посмотреть на картинке. Из-за особенностей виртуальной модели LM3914 время моделирования на моем компьютере отличается от реального времени раз в десять.

Серия CD тут выбрана не случайно, микросхема имеет широкий диапазон напряжений питания, не требует отдельного стабилизатора напряжения и может напрямую управлять выбором столбца матрицы светодиодов.

Дополнительное усиление на выходе счетчика не потребуется. Декодер уровней аналогового сигнала LM3914 сконфигурирован так, что на его выходе одновременно может светиться только один светодиод, и ток светодиода не превышает 20 мА. Таким образом выходы счетчика не будут перегружены по току.

Каждый новый период измеряемого сигнала, показанного в примере, попадает в те же самые точки, что и предыдущий. Так получается потому, что частота этого сигнала синхронизирована с частотой тактирования схемы горизонтальной развертки. То есть время, за которое последовательно переключаются все десять столбиков матрицы, точно совпадает с длительностью периода входного сигнала. Но, на практике добиться такого результата очень сложно, этому не способствует точность органов управления, различные дрейфы в схеме и нестабильность частоты самого измеряемого сигнала, такое возможно только в симуляторе.

Если же частота синхронизации не совпадает с частотой измеряемого сигнала, то из-за частой смены кадров на экране осциллографа мы увидим либо шум, различить в котором отдельные периоды сигнала будет практически невозможно, либо измеряемый сигнал будет «бежать» по экрану, а это тоже не способствует удобству измерений.

❯ Синхронизация

Чтобы стабилизировать отображение сигнала на экране осциллографа, и оно постоянно не «прыгало», необходима схема запуска развертки. Принцип ее работы очень прост. Схема контролирует уровень входного сигнала, и разрешает формирование сигналов горизонтальной развертки только тогда, когда амплитуда входного сигнала превысит заданный уровень.

Когда входной сигнал превысит порог запуска, схема развертки должна отсчитать десять тактовых импульсов и остановится до следующего запуска. Такой подход позволяет стабилизировать изображение при условии, что входной сигнал имеет периодический характер.

Получается, что масштабирование измеряемого сигнала по ширине экрана будет определяться периодом тактовых импульсов для счетчика, переключающего столбцы светодиодов в матрице. То есть заветное «время на деление» можно настраивать установкой периода тактового сигнала.

Чтобы счетчик Джонсона останавливался при достижении своего максимального значения, проще всего завести его старший выход на вход разрешения тактового сигнала. Такое решение попадалось в нескольких схемах из интернетов.

Но за простоту мы заплатим потерей одного столбца в светодиодной матрице, его придётся отключить от старшего выхода. Если этого не сделать, то десятый столбик все равно будет работать не корректно.

Схему запуска развертки можно реализовать на компараторе LM393. Порог запуска будет определяться положением подстроечного резистора RV1. Конденсатор С1 выполняет функции детектора фронта, с его помощью будет получен короткий положительный импульс для сброса счетчика при переключении компаратора. Это приведет к повторному запуску сигнала развертки.

Эта схема будет иметь один недостаток. Она не сможет показать на экране больше одного периода измеряемого сигнала. Счетчик может быть сброшен до того, как досчитает до своего максимального значения.

Для настоящего осциллографа было бы неплохо использовать высоко стабильный по частоте источник сигнала горизонтальной развертки. Но для нашей схемы вполне сгодиться генератор на основе таймера NE555, а лучше использовать CMOP версию, тогда можно будет иметь более высокую частоту развертки. Импульсы, которые будет формировать таймер, можно использовать для тактирования дешифратора CD4017. Изменение периода импульсов можно реализовать переключением времязадающих конденсаторов, вы можете подобрать их значение в зависимости от необходимых значений времени на деление.

Параметры таймера подобраны так, что тактовый сигнал составит 5 кГц. Это позволит показывать один полный период измеряемого сигнала с частотой 500 Гц. Можно будет подключиться к выходу ФНЧ усилителя звуковой частоты и использовать схему осциллографа для его украшения.

❯ Заключение

На сегодняшний день рассмотренная нами схема осциллографа со светодиодной матрицей не имеет прикладной ценности в качестве измерительного прибора. Но вполне может сгодиться в качестве украшения для самодельного усилителя звуковой частоты. Полная схема осциллографа со светодиодной матрицей показана на рисунке.

Я бы с удовольствием собрал ее в железе, если бы меня не опередили… кто-то придумал ее на 30 лет раньше меня))) Да и я уже собирал нечто подобное по функциональности и схемотехнике. Надеюсь, вам понравилась эта схема и вы получили такое же удовольствие, как и я, от анализа ее работы.

______________________________________

Также подписывайтесь на наш блог и телеграм-канал.

Просто должны выполняться сценарии без вашего участия. Все что вне сценариев должно управляться привычными, простыми органами управления типа выключателя. В том числе, удаление 'умного дома' не должно никак сказаться на основных функциях дома - свет как могли включить выключателем, так и включаем.

Умный дом - это прозрачное дополнение, которое информирует в случае проблем и выполняет элементарные действия, которые не могут быть негативны, типа выклчения всех не основных приборов после ухода всех из дома.

А иначе - весь этот рынок просто пиар бесполезных решений, с которыми интересно поиграться и не более того.

Я еще не говорю о вопросах безопасности, надежности и прочего устройств на базе WIFI и других безпроводных решений, особенно которые завязаны на заруюежные сервисы(в том числе на сервисы не дружественных стран).

Радиолампы, словно артефакты из прошлого, олицетворяют нечто большее, чем просто технологию. Они несут в себе определенную магию, отражающую уникальное сочетание технического мастерства и эстетики. Не удивительно, что часы на неоновых индикаторах занимают довольно уникальную нишу в мире дизайна и интерьера. Они представляют собой не просто инструмент для отображения времени, но и элемент декора, который может значительно изменить атмосферу помещения. Этой статье я расскажу о своем опыте создания Nixie Clock на базе драйвера собственной разработки.

❯ С чего всё началось

Однажды, на предприятии где я работал, на складе обнаружилось много неликвидного материала, который хранился там ещё с советских времен.

Неликвид состоял из электронных компонентов, которые нам отдали безвозмездно для использования в личных целях, чтобы не тратить средства на утилизацию. На самом деле, там было очень много ценных компонентов, среди которых оказались неоновые индикаторные лампы марки ИН-12. В итоге я их забрал себе. С радиолампами знаком еще с детства, увлекаясь радиоконструированием, я часто собирал различные схемы, в том числе и на лампах. А тут такой флешбэк.

❯ Разработка часов

По состоянию на 2016 год, было много различных схем часов на лампах, но мне не нравилась их схемотехника, она казалась мне избыточной и не эффективной. Хотелось реализовать что-то простое, питающееся от стандартного USB порта, без использования модуля RTC и светодиодной подсветки, которая, по моему мнению, только портит всю эстетику ламп. На тот момент большинство схем работало на Arduino и микроконтроллерах от компании Atmel. Годом ранее, компания Espressif Systems выпустила на рынок свой микроконтроллер ESP8266, который произвел революцию. Так как на тот момент, широкополосный интернет уже был достаточно распространен, в том числе и домашние сети Wi-Fi, я решил отказаться от применения RTC модуля в своей схеме часов и использовать NTP серверы для синхронизации времени. Как вы могли догадаться, в своей схеме я применил модуль ESP8266. Далее я поделился в Twitter своим опытом применения нового модуля ESP8266 в своем проекте. Мой твит вызвал интерес, и мне предложили написать статью на Hackaday.io. Я последовал совету и опубликовал свою статью там.

Но в этой статье я хочу описать реализацию часов с применением шести индикаторов ИН-14 с использованием улучшенного драйвера. Как выглядят эти лампы, вы можете увидеть ниже.

Давайте приступим

Ниже изображена схема драйвера часов:

Схема подключения ламп:

Согласно документации, индикаторная лампа работает от напряжения в 170В (напряжение возникновения разряда), для стабильной работы нам потребуется напряжение в 200В. Как вы можете видеть из схемы, для повышения напряжения до 200В применен set-up преобразователь на базе ШИМ контроллера МАХ1771 в связке с L2, D1 и Q1. Так как нам недостаточно выводов ESP8266 для управления лампами, то будем «размножать» пины управления с помощью дешифраторов CD4028BM96. Данный модифицированный драйвер позволяет управлять десятью газоразрядными индикаторными лампами. Выше описанный драйвер имеет динамический метод управления индикацией, то есть в определенный момент времени загорается только одна лампа, но переключение выполняется настолько быстро, что человеческий глаз практически не воспринимает переключение ламп и кажется что все лампы горят одновременно. Данный режим переводит работу ламп в импульсный режим, что положительно сказывается на их срок службы.

Разработка платы

Разработка платы велась в Sprint-Layout 5.0, так как мне это было удобнее для изготовления платы в домашних условиях.

Плата драйвера:

Плата для установки ламп:

Изготовление печатной платы выполнялось с применение фотошаблона и фоторезиста:

Засветка фоторезиста платы драйвера:

Засветка фоторезиста платы крепления ламп:

Травление платы драйвера:

Пайка компонентов:

Плата драйвера в собранном виде:

Монтаж ламп на плату управления:

Тест работы схемы часов с небольшой отладкой:

Для управления высоким напряжением используются оптроны TLP627 от компании TOSHIBA.

TLP627 — высоковольтный транзисторный оптрон со схемой Дарлингтона на выходе.

Корпус часов

Корпус часов не предполагает какой либо сложной конструкции, разработка выполнялась во FreeCAD:

Далее корпус был распечатан на 3D принтере, с использованием HIPS пластика. Данный пластик при печати создает структуру стенки, которая чем-то похоже на дерево и не обладает глянцевым эффектом как другие виды пластика типа PLA, ABS и т. п.

Монтаж электроники

После изготовления корпуса, необходимо смонтировать все компоненты. Ниже показан монтаж платы драйвера с применением, всеми любимого, термоклея. :)

В итоге мы получаем следующее:

Часы в работе:

Часы в данный момент находятся на моём на рабочем столе, естественно, в живую они выглядят гораздо красивее:

❯ Давайте поговорим о прошивке часов

Для разработки прошивки часов, я использовал среду разработки Arduino IDE. Ниже представлен код прошивки:

• Код прошивки в источнике материала.

После удачной прошивки и первом включении, часы создадут Wi-Fi точку доступа. Для конфигурации часов необходимо подключиться к созданной точке доступа (пароль сети указан в прошивке) и перейдя по IP адресу 192.168.4.1 в браузере вашего устройства, выполнить не сложную настройку часов. Ниже представлен скриншот интерфейса устройства:

Для настройки часов, вам необходимо будет подключиться к вашей Wi-Fi сети, указать NTP сервер и ваш часовой пояс. Затем перезагрузить часы. Всё, часы готовы к использованию.

❯ Что в итоге?

В итоге у нас получились простые в реализации часы на ламповых индикаторах, где не требуется применять антикварные микросхемы типа К155ИД1, вся схема выполнена на современной элементарной базе. Часы не нуждаются в ручной настройке времени, синхронизация времени выполняется автоматически с удаленного NTP сервера, что гарантирует постоянную точность времени. Разработанный драйвер показал хорошие результаты надежности, работая уже более пяти лет.

Есть желание собрать часы на базе этого драйвера с применением ламп ИН-18, но пока стоимость ламп меня пугает).

Спасибо, что дочитали до конца! Если статья понравилась, то вы знаете что делать. И как всегда, вопросы, пожелания, осуждение? :) — добро пожаловать в комментарии. До встречи в новых статьях!

Небольшой бонус, фото из архива:

Ссылки к статье:

• Модель корпуса часов

• Исходники проекта на GitHub (прошивка и проект платы)

Моё мобильное приложение для быстрого поиска и доступа к моим(и не только) самодельным устройствам.