Vfd特性测试及应用实验装置制造方法
【专利摘要】本实用新型提供一种VFD特性测试及应用实验装置，包括电路部分、光路部分和电源部分，光路部分、电路部分和电源部分集成在箱体中，箱体的实验台面上布置VFD特性测试及应用模块、仪表模块和电源模块，电源模块的供电接口与箱体实验台面上模块的电源接口连接，电源部分包括电源模块，电路部分包括VFD特性测试及应用模块和仪表模块，光路部分包括光路组件，电源模块分别与VFD特性测试及应用模块和仪表模块连接，VFD特性测试及应用模块通过光路组件与仪表模块连接，VFD特性测试及应用模块包括VFD电源接口、VFD、输入测试接口、经典H桥驱动单元、VFD驱动单元和调节部分，VFD电源接口与电源模块连接，VFD与光路组件连接。本实用新型采用模块化结构，便于操作。
【专利说明】VFD特性测试及应用实验装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种实验装置，具体地指一种VFD特性测试及应用实验装置。
【背景技术】
[0002]真空荧光显示屏(VACUUM FLUORESCENT DISPLAY)是从真空电子管发展而来的显示器件，由发射电子的阴极(直热式，统称灯丝)、加速控制电子流的栅极、玻璃基板上印上电极和突光粉的阳极及栅网和玻盖构成。它利用电子撞击突光粉，使突光粉发光，是一种自身发光显示器件。由于它可以做多色彩显示，亮度高，又可以用低电压来驱动，易与集成电路配套，所以被广泛应用在家用电器、办公自动化设备、工业仪器仪表及汽车等各种领域中。真空荧光显示屏是一种三极管结构，基本工作原理与电子管相似。真空荧光显示屏是一种独特的显示器，融合了新颖材料、工艺和结构而获得，例如低压发光的荧光物质(荧光粉)，一种超薄形金属片栅极，多层高密度高精度薄膜布线和一种盒式扁平的玻璃真空容器。
[0003]目前，教学中急需一种实验装置给学生进行VFD特性测试及应用相关实验，使学生将理论与实际结合。通过VFD的特性测试实验和VFD的静态显示、动态显示、驱动显示实验，让学生了解VFD的栅极、阳极、阴极特性，进而了解VFD的驱动显示原理及驱动显示的设计方法。
【发明内容】
[0004]本实用新型的目的是提供一种VFD特性测试及应用实验装置，可方便地进行VFD的特性测试，并实现VFD的静态显示、动态显示和驱动显示，来了解VFD的栅极、阳极、阴极特性，进而了解VFD的驱动显示原理及驱动显示的设计方法。
[0005]本实用新型的技术方案是:本实用新型的一种VFD特性测试实验装置包括电路部分、光路部分和电源部分，其特殊之处在于，所述光路部分、电路部分和电源部分集成在箱体中，所述箱体的实验台面上布置VFD特性测试及应用模块、仪表模块和电源模块，电源模块的供电接口与箱体实验台面上模块的电源接口连接，所述电源部分包括电源模块，所述电路部分包括VFD特性测试及应用模块和仪表模块，所述光路部分包括光路组件，所述电源模块分别与VFD特性测试及应用模块和仪表模块连接，所述VFD特性测试及应用模块通过光路组件与仪表模块连接，所述VFD特性测试及应用模块包括VFD电源接口、VFD、输入测试接口、经典H桥驱动单元、VFD驱动单元和调节部分，所述VFD电源接口与电源模块连接，所述VFD与所述光路组件连接。进一步地,所述VFD驱动单元是专用IC驱动单元。专用IC驱动电路采用正编码驱动栅极和阳极的方式。
[0006]更进一步地，所述VFD驱动单元是MCU单元和驱动电路。MCU驱动电路采用反编码驱动栅极和阳极的方式。
[0007]更进一步地，所述VFD驱动单元是若干个专用IC驱动单元和若干个MCU单元以及驱动电路的组合。专用IC驱动单元与MCU单元形成双硬件驱动，MCU与专用IC驱动单元之间采用SPI通信方式。栅极、阳极、阴极及驱动接口采用开放性设计，专用IC驱动与MCU驱动可自由切换。
[0008]更进一步地，所述光路组件包括VFD屏定位结构与光探测器，所述VFD屏定位结构与所述VFD特性测试及应用模块连接，所述光探测器与仪表模块连接。
[0009]更进一步地，所述仪表模块包括仪表电源接口、电压表表头、电压表输入接口、电压表换档开关、电流表表头、电流表输入接口、电流表换档开关、照度计、照度值输入接口、换档开关和照度计调零旋钮，所述仪表电源接口与电源模块连接，所述照度计与光路组件连接。
[0010]更进一步地，所述电源模块包括±5V直流源接口、0-30V电压源调节旋钮和0-30V电压源输出接口。
[0011]更进一步地，所述VFD屏定位结构包括有机玻璃结构、VFD显示区域和套筒固定区域，所述光探测器采用套筒型结构，一端是光接收端，放置在套筒固定区域上，另一端为光探测输出接口，所述光探测输出接口 2-4分别与仪表模块3的电压表表头3-2、电流表表头
3-5和照度计3-8连接。实验时将套筒放置在VFD屏定位结构的套筒固定区域上，套筒的光接收端主要用来探测VFD的发光强度。
[0012]更进一步地，VFD光取样标准为:VFD光取样面积为0.01?200cm2，VFD光取样位置为VFD第二栅，VFD距离光探测器的距离为O?50cm，所述VFD光取样形式为光探测、光电转换、测量显示。对于光路中关于VFD光取样标准、形式及其任何在取样面积、位置、距离上的变化亦在本权利要求范围内。
[0013]所述的VFD特性测试及应用实验装置，VFD屏的显示区域的光取样通过套筒的光接收端来实现，实验时光探测器和光路将接收到的VFD的发光亮度值送至仪表模块的照度计，同时VFD相应电压电流值分别送至仪表模块电压表和电流表，从而进行VFD电压-亮度测试、VFD阴极电流-亮度测试和VFD阳极、栅极特性测试。
[0014]本实用新型的优点:VFD特性测试及应用实验装置采用模块化结构，相关模块和实验物件放置自由，便于操作；实验部分从研究VFD的特性测试、驱动及显示应用角度出发，讨论关于VFD的特性测试和VFD的静态显示、动态显示、驱动显示等技术问题。主要知识点包括VFD特性测试基本知识、双硬件驱动(专用IC及MCU)显示知识等。
[0015]本实验装置栅极、阳极、阴极及驱动等接口开放，实验过程中的接线、调节、观察和记录都很方便，通过调节和操作实验装置，学生可对VFD的栅极、阳极、阴极特性进行测试，并了解VFD的静态显示、动态显示、驱动显示原理。此外，该实验装置能够实现在线编程功能，并具备扩展接口，可根据需求进行无缝升级。
[0016]实验装置采用光学组件及结构，使得测量精度得以保证，操作起来比较方便；显示输出电压、电流和照度值时，采用集成了专用数字电压表、电流表、照度表的仪表模块，提高了测量的稳定性和可靠性。实验装置除具有VFD特性测试功能以外，同时兼容VFD的驱动显示应用及开放设计功能。本实用新型注重培养学生的理论与实际结合的能力，可让学生了解和熟悉VFD的栅极、阳极、阴极特性及驱动显示原理，进而了解VFD的驱动显示原理及驱动显示的设计方法。
【专利附图】
【附图说明】[0017]图1:本实用新型的结构示意图；
[0018]图2:本实用新型的总体原理连接图；
[0019]图3 =VFD特性测试及应用模块示意图；
[0020]图4:仪表模块示意图；
[0021]图5:光路组件结构示意图；
[0022]图6:图5中VFD屏定位结构立体结构图；
[0023]图7 =VFD驱动结构示意图；
[0024]图8:VFD驱动、测量结构示意图；
[0025]图9 =VFD特性测试及应用实验装置系统连接图。
[0026]其中:VFD特性测试及应用模块1，VFD电源接口 1_1，VFD1-2，输入测试接口 1_3，经典H桥驱动单元1-4，专用IC驱动单元1-5，MCU驱动单元1_6，调节部分1_7，驱动电路
1-8，VFD驱动单元1-9；
[0027]光路组件2，VFD屏定位结构2-1，光探测器2_2，VFD屏定位结构2_1，光探测器
2-2，光接收端2-3，光探测输出接口2-4，有机玻璃结构2-5，VFD显示区域2_6，套筒固定区域 2-7 ；
[0028]仪表模块3，仪表电源接口 3-1，电压表表头3-2，电压表输入接口 3_3，电压表换档开关3-4，电流表表头3-5，电流表输入接口 3-6，电流表换档开关3-7，照度计3-8，照度值输入接口 3-9，换档开关3-10，照度计调零旋钮3-11 ；
[0029]电源模块4，±5V直流源接口 4-l，0-30V电压源调节旋钮4_2，0_30V电压源输出接 Π 4-3 ；
[0030]箱体5，放置区5-1。
【具体实施方式】
[0031]如图1至图6所示:本实用新型的一种VFD特性测试及应用实验装置，包括电路部分、光路部分和电源部分，光路部分、电路部分和电源部分集成在箱体5中，箱体5的实验台面上布置VFD特性测试及应用模块1、仪表模块3和电源模块4，电源模块4的供电接口与箱体实验台面上模块的电源接口连接。电源部分包括电源模块4，电路部分包括VFD特性测试及应用模块I和仪表模块3，光路部分包括光路组件2，电源模块4分别与VFD特性测试及应用模块I和仪表模块3连接，VFD特性测试及应用模块通过光路组件2与仪表模块3连接。箱体5设置有放置区5-1，VFD特性测试及应用模块1、仪表模块3及实验用线等物件可放置区5-1在内自由摆放。
[0032]VFD特性测试及应用模块I设置VFD电源接口 1_1、VFD1-2输入测试接口 1_3、经典H桥驱动单元1-4、专用IC驱动单元1-5、MCU驱动单元1_6和调节部分1_7，VFD电源接口 1-1与电源模块4连接，VFD1-2与光路组件2连接。MCU驱动单元1_6中包括驱动电路
1-8，MCU驱动单元1-6与专用IC驱动单元1-5形成双硬件驱动。根据VFD驱动原理，设计专用IC驱动电路及程序、MCU驱动电路及程序；其中专用IC驱动电路采用正编码驱动栅极和阳极的方式，MCU驱动电路采用反编码驱动栅极和阳极的方式，MCU与专用IC驱动单元之间采用SPI通信方式。栅极、阳极、阴极及驱动接口采用开放性设计，专用IC驱动与MCU驱动可自由切换，可进行VFD静态、动态显示实验(频率连续调节的动态扫描过程演示)、VFD的驱动显示实验(含H桥驱动、交流驱动、直流驱动、MCU驱动、专用IC驱动)、VFD特性测试实验(含电压-亮度、阴极电流-亮度、阴极电流-电压、栅极特性、阳极特性、占空比)。MCU驱动单元1-6通过USB接口、串行接口等接口方式与电脑连接。
[0033]光路组件2包括VFD屏定位结构2-1与光探测器2_2，VFD屏定位结构2_1与VFD特性测试及应用模块I中的VFD1-2连接，光探测器2-2与仪表模块3连接。VFD屏定位结构2-1包括有机玻璃结构2-5、VFD显示区域2-6和套筒固定区域2_7，光探测器2_2采用套筒型结构，一端是光接收端2-3，放置在套筒固定区域2-7上，另一端为光探测输出接口
2-4，与仪表模块3连接。
[0034]实验用来测量电压、电流和照度的仪表模块3上设置仪表电源接口 3-1、电压表表头3-2、电压表输入接口 3-3、电压表换档开关3-4、电流表表头3-5、电流表输入接口 3_6、电流表换档开关3-7、照度计3-8、照度值输入接口 3-9、换档开关3-10和照度计调零旋钮
3-11，仪表电源接口3-1与电源模块4连接，照度计3-8与光路组件2中的光探测输出接口
2-4连接。
[0035]电源模块4设置在实验台面上，包括±5V直流源接口 4-1、调节旋钮4-2和0-30V电压源输出接口 4-3，其中±5V直流源接口 4-1分别与VFD电源接口 1_1和仪表电源接口
3-1连接。
[0036]实验时，光探测器2-2和光路将接收到的VFD1-2的发光亮度值送至仪表模块3的照度计3-8，同时VFD相应电压电流值分别送至仪表模块电压表3-2和电流表3-5，从而进行VFD电压-亮度测试、VFD阴极电流-亮度测试和VFD阳极、栅极特性测试。VFD光取样标准为:VFD光取样面积为0.01?200cm2，VFD光取样位置为VFD第二栅，VFD距离光探测器的距离为O?50cm，VFD光取样形式为光探测、光电转换、测量显示。对于光路中关于VFD光取样标准、形式及其任何在取样面积、位置、距离上的变化亦在本权利要求范围内。
[0037]实验面板上有±5V直流源接口 4-l、0-30V电压源输出接口 4_3，仪表模块3上面有照度计3-8、电压表和电流表的显示单元及换档开关，VFD特性测试及应用模块I上有各种开放式接口和调节、切换、复位部分，面板及各模块上所有插孔都采用二号台阶插座，实验过程中按实验指导书要求操作即可。
[0038]实验包括:VFD静态显示实验、VFD动态显示实验、VFD电压-亮度测试实验、VFD阴极电流-亮度测试实验、VFD阴极电流-电压测试实验、VFD阳极、栅极特性测试实验、VFD占空比测试实验、VFD的H桥驱动显示设计实验、VFD交流、直流驱动显示设计实验、VFD单片机驱动显示设计实验、VFD专用IC驱动显示实验、VFD应用驱动设计实验。
[0039]使用本实用新型做实验1:VFD静态显示实验
[0040]实验电路原理框图如图7:使用本实用新型的四个部分，分别为±5V直流源接口
4-U0-30V电压源输出接口4-3，VFD驱动电路部分或MCU驱动电路1_6和VFD1-2。通过在线编程，结合MCU及其驱动电路实现VFD静态显示。
[0041]使用本实用新型做实验2 =VFD动态显示实验
[0042]实验电路原理框图如图7:使用本实用新型的四个部分，分别为±5V直流源接口4-U0-30V电压源输出接口 4-3、VFD驱动电路部分或MCU驱动电路1_6和VFD1-2。通过在线编程，结合MCU及其驱动电路实现VFD动态显示，同时通过1-7的调节部分进行动态显示
频率调节。[0043]使用本实用新型做实验3 =VFD电压-亮度测试实验
[0044]实验电路原理框图如图8:使用本实用新型的四个部分，分别为±5V直流源接口4-U0-30V电压源输出接口 4-3、VFD驱动电路部分或MCU驱动电路1_6和VFD1-2。通过在线编程，结合MCU及其驱动电路实现VFD静态显示，同时通过4-2调节改变栅极、阳极电压，通过光探测器和光路将VFD对应亮度值送至仪表模块照度计3-8，从而实现VFD电压-亮度测试。
[0045]使用本实用新型做实验4 =VFD阴极电流-亮度测试实验
[0046]实验电路原理框图如图8:使用本实用新型的四个部分，分别为±5V直流源接口4-U0-30V电压源输出接口 4-3、VFD驱动电路部分或MCU驱动电路1_6和VFD1-2。通过在线编程，结合MCU及其驱动电路实现VFD静态显示，同时通过1-7的调节部分进行VFD阴极电流调节，通过光探测器和光路将VFD对应亮度值送至仪表模块照度计3-8，从而实现VFD阴极电流-亮度测试。
[0047]使用本实用新型做实验5 =VFD阴极电流-电压测试实验
[0048]实验电路原理框图如图7:使用本实用新型的四个部分，分别为±5V直流源接口4-U0-30V电压源输出接口 4-3、VFD驱动电路部分或MCU驱动电路1_6和VFD1-2。通过在线编程，结合MCU及其驱动电路实现VFD静态显示，同时通过1-7的调节部分进行VFD阴极电流调节，测量VFD阴极对应电压，从而实现VFD阴极电流-电压测试。
[0049]使用本实用新型做实验6 =VFD阳极、栅极特性测试实验
[0050]实验电路原理框图如图8:使用本实用新型的四个部分，分别为±5V直流源接口4-U0-30V电压源输出接口 4-3、VFD驱动电路部分或MCU驱动电路1_6和VFD1-2。通过在线编程，结合MCU及其驱动电路实现VFD静态显示，同时通过4-2调节改变栅极、阳极电压，并用电压表监测对应电压值；通过光探测器和光路将VFD对应亮度值送至仪表模块照度计(3-8)，从而实现VFD阳极、栅极特性测试。
[0051]使用本实用新型做实验7 =VFD占空比测试实验
[0052]实验电路原理框图如图8:使用本实用新型的四个部分，分别为±5V直流源接口4-U0-30V电压源输出接口 4-3、VFD驱动电路部分或MCU驱动电路1_6和VFD1-2。通过在线编程，通过专用IC驱动VFD，修改控制命令并通过示波器测量VFD驱动信号，从而实现VFD占空比测试。
[0053]使用本实用新型做实验8 =VFD的H桥驱动显示设计实验
[0054]实验电路原理框图如图7:使用本实用新型的四个部分，分别为±5V直流源接口4-U0-30V电压源输出接口 4-3、VFD驱动电路部分或MCU驱动电路1_6和VFD1-2。通过在线编程，结合MCU及其驱动电路实现VFD静态显示。驱动电路部分的VFD阴极驱动采用H桥电路，实验过程中用电流表监测阴极电流，修改程序实现阴极驱动电流换向，从而实现VFD的H桥驱动显示设计。
[0055]使用本实用新型做实验9:VFD交流、直流驱动显示设计实验
[0056]实验电路原理框图如图7:使用本实用新型的四个部分，分别为±5V直流源接口4-U0-30V电压源输出接口 4-3、VFD驱动电路部分或MCU驱动电路1_6和VFD1-2。通过在线编程，结合MCU及其驱动电路实现VFD静态显示。驱动电路部分的VFD阴极驱动采用H桥电路，实验过程中用电流表监测阴极电流，修改程序实现阴极驱动电流换向，从而实现VFD交流、直流驱动显示设计。
[0057]使用本实用新型做实验10 =VFD单片机驱动显示设计实验
[0058]实验电路原理框图如图7:使用本实用新型的四个部分，分别为±5V直流源接口
4-U0-30V电压源输出接口 4-3、VFD驱动电路部分或MCU驱动电路1_6和VFD1-2。通过在线编程，结合MCU及其驱动电路实现VFD静态显示。修改VFD显示编码，从而实现VFD单片机驱动显示设计。
[0059]使用本实用新型做实验11:VFD专用IC驱动显示实验
[0060]实验电路原理框图如图8:使用本实用新型的四个部分，分别为±5V直流源接口
4-U0-30V电压源输出接口 4-3、VFD驱动电路部分或MCU驱动电路1_6和VFD1-2。通过在线编程，结合专用IC驱动VFD，修改控制命令，实现VFD专用IC驱动显示。
[0061]使用本实用新型做实验12:VFD应用驱动设计实验
[0062]实验电路原理框图如图8:使用本实用新型的四个部分，分别为±5V直流源接口
4-U0-30V电压源输出接口 4-3、VFD驱动电路部分或MCU驱动电路1_6和VFD1-2。通过在线编程，结合专用IC驱动VFD，修改控制命令及更新显示方式，实现VFD应用驱动设计。
【权利要求】
1.一种VFD特性测试及应用实验装置，包括电路部分、光路部分和电源部分，其特征在于:所述光路部分、电路部分和电源部分集成在箱体(5)中，所述箱体(5)的实验台面上布置VFD特性测试及应用模块(I)、仪表模块(3 )和电源模块(4 )，电源模块(4 )的供电接口与箱体实验台面上模块的电源接口连接，所述电源部分包括电源模块(4)，所述电路部分包括VFD特性测试及应用模块(I)和仪表模块(3 )，所述光路部分包括光路组件(2 )，所述电源模块(4)分别与VFD特性测试及应用模块(I)和仪表模块(3)连接，所述VFD特性测试及应用模块(I)通过光路组件(2 )与仪表模块(3 )连接，所述VFD特性测试及应用模块(I)包括VFD电源接口( 1-1)、VFD (1-2 )、输入测试接口( 1-3 )、经典H桥驱动单元(I _4 )、VFD驱动单元(1-9)和调节部分(1-7)，所述VFD电源接口( 1-1)与电源模块(4)连接，所述VFD (1-2)与所述光路组件(2)连接。
2.根据权利要求1所述的VFD特性测试及应用实验装置，其特征在于:所述VFD驱动单元(1-9)是专用IC驱动单元(1-5)。
3.根据权利要求1所述的VFD特性测试及应用实验装置，其特征在于:所述VFD驱动单元(1-9)是MCU单元(1-6)和驱动电路(1-8)。
4.根据权利要求1所述的VFD特性测试及应用实验装置，其特征在于:所述VFD驱动单元(1-9)是若干个专用IC驱动单元(1-5)和若干个MCU单元(1-6)以及驱动电路(1_8)的组合。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的VFD特性测试及应用实验装置，其特征在于:所述光路组件(2)包括VFD屏定位结构(2-1)与光探测器(2-2),所述VFD屏定位结构(2-1)与VFD特性测试及应用模块(I)连接，所述光探测器(2-2)与仪表模块(3)连接。
6.根据权利要求5所述的VFD特性测试及应用实验装置，其特征在于:所述仪表模块(3)包括仪表电源接口(3-1)、电压表表头(3-2)、电压表输入接口(3-3)、电压表换档开关(3-4)、电流表表头(3-5)、电流表输入接口(3-6)、电流表换档开关(3-7)、照度计(3-8)、照度值输入接口(3-9)、换档开关(3-10)和照度计调零旋钮(3-11)，所述仪表电源接口(3-1)与电源模块(4 )连接，所述照度计(3-8 )与光路组件(2 )连接。
7.根据权利要求5所述的VFD特性测试及应用实验装置，其特征在于:所述电源模块(4)包括±5V直流源接口(4-l)、0-30V电压源调节旋钮(4-2)和0-30V电压源输出接口(4-3)。
8.根据权利要求6所述的VFD特性测试及应用实验装置，其特征在于:所述VFD屏定位结构(2-1)包括有机玻璃结构(2-5)、VFD显示区域(2-6)和套筒固定区域(2-7)，所述光探测器(2-2)采用套筒型结构，一端是光接收端(2-3)，放置在套筒固定区域(2-7)上，另一端为光探测输出接口(2-4)，所述光探测输出接口(2-4)分别与仪表模块(3)的电压表表头(3-2),电流表表头(3-5)和照度计(3-8)连接。
9.根据权利要求8所述的VFD特性测试及应用实验装置，其特征在于:VFD(1_2)光取样标准为:VFD光取样面积为0.01?200cm2，VFD光取样位置为VFD第二栅，VFD (1-2)距离光探测器(2-2)的距离为O?50cm，所述VFD (1_2)光取样形式为光探测、光电转换、测量显示。
【文档编号】G01R31/00GK203551683SQ201320612490
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2013年9月30日 优先权日:2013年9月30日
【发明者】汪佩, 蔡昭, 王敏 申请人:湖北众友科技实业股份有限公司