3 Dolarlık VFD (Vakum Floresan Ekran) Sürücüsü Tasarımı ve Uygulaması

Vakum floresan ekranlar (VFD), özellikle retro elektronik cihazlarda yaygın olarak kullanılan, yüksek kontrast ve parlaklık sunan ekranlardır. Bu teknoloji, düşük maliyetle ve görece basit sürücü devreleriyle çalıştırılabilir. Bu makalede, bir Reddit kullanıcısının 3 dolarlık bir VFD sürücüsü tasarımını ve uygulamasını detaylandıran projesi üzerinden teknik bilgiler sunulacaktır.

Proje Genel Bakış

Alibaba üzerinden temin edilen bir VFD ekran kullanılmış ve JLCPCB aracılığıyla özel bir PCB tasarlanmıştır. Sürücü, STM32 mikrodenetleyici ile 60 Hz yenileme hızında çalışmaktadır. Proje donanım ve yazılım şemaları GitHub'da açık kaynak olarak paylaşılmıştır (https://github.com/M-Cholewa/VFD-display-driver).

Donanım Tasarımı

Sürücü Bileşenleri

• Mikrodenetleyici: STM32, ekran kontrolü ve veri işleme için kullanılmıştır.

• Sürücü Entegresi: ULN2003, VFD ekranın katotlarını (toprak hattı olarak) sürmek için kullanılır.

• Galvanik İzolasyon: ADUM1401 entegresi, SPI veri hattı için galvanik izolasyon sağlar, böylece mikrodenetleyici ve ekran arasındaki elektriksel parazitler minimize edilir.

• Filament Sürümü: Filamentler 2V civarında yaklaşık 95mA akım çeker. Bu akımı sağlamak için 555 zamanlayıcı ile oluşturulan sinyal ve 2N2222 transistörler kullanılmıştır. 555 zamanlayıcı, DC gerilimle filament akımını frekans değiştirerek kontrol eder.

PCB Tasarımı

• Katmanlar: PCB'nin ikinci katmanı 0.5 oz bakırdan oluşan sağlam bir topraklama katmanıdır. Bu, elektriksel gürültüyü azaltmak için kritik öneme sahiptir.

• Bileşen Yerleşimi: İlk tasarımda yüksek bileşenler ekranın ön yüzünde yer almış, bu durum ekranın kasaya yerleştirilmesini zorlaştırmıştır. Bu nedenle bileşenlerin arka yüzeye yerleştirilmesi önerilmiştir.

• Montaj Delikleri: En az iki montaj deliği, PCB'nin kasaya sağlam şekilde tutturulması için gereklidir.

Elektriksel Özellikler

• Besleme Gerilimi: Şu ana kadar 19V ile test edilmiştir. Veri sayfası 25V'a kadar desteklediğinden, daha yüksek voltajla parlaklık artırılabilir.

• Direnç Değerleri: Anot ve grid dirençleri 10k olarak seçilmiş, ancak bu değerlerin biraz yüksek olduğu ve ekran parlaklığını düşürdüğü belirtilmiştir.

Yazılım ve Kontrol

STM32 mikrodenetleyici, ekranın yenileme hızını 60 Hz olarak ayarlamaktadır. SPI protokolü 32 MHz hızında çalıştırılmış ve galvanik izolasyon sayesinde parazit sorunları yaşanmamıştır. Yazılım ve donanım şemaları GitHub üzerinden erişilebilir.

Uygulama ve Kullanım Önerileri

• Kasa Tasarımı: Proje, 3D yazıcı ile üretilen özel bir kasaya yerleştirilebilir. Tasarım, ekranın PCB'nin her iki yüzüne de monte edilmesine olanak tanır.

• Filament Sürümü: Filamentlerin AC ile sürülmesi genellikle tercih edilir, ancak bu projede DC sürüm kullanılmıştır. Bu, basitlik sağlar ancak filament parlaklığında eşitlik açısından AC sürüm daha avantajlıdır.

• Parazit Yönetimi: Topraklama katmanı ve galvanik izolasyon, yüksek frekanslı SPI iletişiminde parazit sorunlarını minimize eder.

Sonuç

Bu proje, düşük maliyetli ve özelleştirilebilir bir VFD sürücüsünün nasıl tasarlanabileceğine dair önemli teknik bilgiler sunmaktadır. Donanım bileşenlerinin seçimi, PCB tasarımı ve yazılım kontrolü gibi kritik aşamalar detaylı şekilde ele alınmıştır. Ayrıca, filament sürümü ve besleme gerilimi gibi parametrelerin optimizasyonu, ekran performansını doğrudan etkiler. Açık kaynak kod ve şemalar, benzer projeler geliştirmek isteyenler için önemli bir kaynak teşkil etmektedir.

"Filament sürümü için 555 zamanlayıcı ve transistörler kullanımı, basit ve etkili bir yöntemdir."

"Topraklama katmanı ve galvanik izolasyon, yüksek frekanslı iletişimde parazitleri engeller."