Das Vfd-Display
1.Aufbau
Dieses Display ist ein hohler, luftleerer Glaskörper, indem sich- wie bei einer
Elektronenröhre- eine Kathode, eine Anode und ein Gitter befindet. Die Anode in
einem Vfd-Display bildet das mit Phosphor angereicherte Substrat, auf das sich die
Segmente befinden. Die Kathode ist ein direkt beheizter Wolframdraht mit einer
oberflächenbehandelten Oxidschicht versehen. Welche Stelle oder welches Digit
eingeschaltet wird, hängt davon ab welches Grid oder Gitter aktiviert wird.
2.Funktion
An die Kathode wird nun eine Spannung von 3-4 Volt angeschlossen, wodurch im
Inneren des Glaskörpers der Anzeige Elektronen aus dem Wolframdraht austreten
(Glühemission). Die Heizspannung der Kathode sollte eine Wechselspannung sein,
um eine gleichmäßige Ausleuchtung des Displays zu erhalten. Diejenigen Segmente,
welche nun leuchten sollen, nach Auftreffen der Elektronen auf der Phophorschicht,
müssen mit einer positiven Spannung- je nach Bauart des Displays- an den ent-
sprechenden Anoden zwischen 15 und 32 Volt betrieben werden.
Die Gitter werden mit derselben Spannung belegt wie die Anoden der einzelnen
Segmente. Sie steuern welche Stelle im Display aktiv ist.
Damit Zeichen auf dem Vfd dargestellt werden können, muss sie im Multiplexbetrieb
an einem Treiber und Mikrokontroller angeschlossen werden, d.h. es darf immer nur
eine Stelle im Display aktiviert werden, weil die Segmente der einzelnen Stellen
miteinander verschaltet sind. Der Multiplexer schaltet zwischen den Grids so schnell
um, das wir ein oder meherer stehende Zeichen im Display wahrnehmen.
Ausser multiplex betriebene Displays gibt es noch diejenigen mit integrierten
Schieberegister, die die Zeichen festhalten. Sie bleiben auch dann noch erhalten,
wenn der MCU längst keine Zeichen mehr in die Register einschreibt.
3.Schaltungstechnik
Für die Logik zur Steuerung des Vfd-Displays benutze ich ein Atmel MCU vom Typ
AT90S8515. Ein Grund, warum meine Wahl auf diesen Typ fiel, war die hohe Anzahl
der Portpins(PORTA-PORTD). Bei der Anzeige fiel die Wahl auf das Futaba Vfd FV651,
das 11 Grids(Gitter) besitzt, das 10 Zeichen -plus Sonderfunktionen- darstellen kann
und mehrere Segmente zur Bildung alphanumerischer Zeichen pro Stelle enthält.
Die Ausgänge des Atmel MCU liegen im Hilevel auf TTL-Pegel(+5V) und reichen nur
ungenügend aus das Display direkt anzusteuern. Mit dem ULN2803 habe ich die Mög-
lichkeit den TTL-Pegel auf über 20 Volt zu treiben. Dieser Treiber beinhaltet mehrere
Open Collectors, d.h. es müssen noch zusätzliche Widerstände, deren Grössen von der
Höhe der Treiberströme abhängen, zwischen den Kollektoren und der Spannungsquelle eingebaut
werden. Die Treiberströme laut Datenblatt des FV651 liegen bei 10mA. So kommen wir pro
Pin(ULN2803) auf einen Kollektorwiderstand von ca. 2kOhm, wenn die Betriebsspannung 20 Volt
beträgt. Für das Filament (Heizspannung) benutze ich keine echte Wechselspannung,
sondern eine zwischen 0 und 5 Volt bezogene Rechteckspannung in PWM-Modus.
So kann ich ein bestimmtes Impuls-Pausenverhältnis im Ansteuerprogramm des
AT90S8515 festlegen.
Natürlich kann der AT90S8515 keine hohen Ströme von 100mA liefern, deswegen muss dieser von
einem MOS-FET(BS250) im Schalterbetrieb bereitgestellt werden. Im Takt des Rechteck-
signals wird der FET nun in der Impulspause ausgeschaltet und bei Hi-Pegel wieder
eingeschaltet. Der Drainwiderstand am Mos-FET hält den Betrag von 150 Ohm und begrenzt
den Kathodenstrom auf ca. 100mA. In der Sourceleitung des BS250 befindet sich noch
eine Zenerdiode von 3.3 Volt plus Begrenzung des Zenerstromes mit einem 51 Ohm Wider-
stand. Die Zenerdiode soll die 3.6 Volt halten, da Spannungen über 4 Volt den Wolf-
ramdraht zerstören würden.
fortsetzung