用阴极射线管制作一个矢量图形显示时钟

很久很久以前，有一种粒子加速器非常受欢迎，它被大量生产了数百万个。坐在长椅上的工程师和科学家，以及坐在家里客厅里的人们，都会仔细地安排自己，观看亚原子粒子束撞击磷光屏时舞动的光芒。这个引人注目的加速器当然是阴极射线管(CRT)的电子显示技术已经发展了几十年，直到被毫不客气地归入具象的范畴简直就是一堆垃圾平板电视技术的历史。

但是仍然有crt可以找到，你可以用霍华德康斯坦丁的100美元来充分利用它们中的一些示波器时钟套件．该套件与许多被设计用于示波器型显示器的crt一起工作，并在相对较低的电压下工作——在数百伏特的范围内，而不是数千伏特。

由于crt对现代工程师来说越来越陌生，就像放大管对晶体管一代一样，在这里快速回顾一下几个要点可能是必要的。示波器型crt不同于电视机和大多数计算机显示器中的crt。电视型crt利用位于真空管外的线圈产生的磁场使电子束偏转，电子束在屏幕上逐行扫描，形成所谓的光栅图像。示波器型crt使用位于管内的两对水平和垂直方向的板来静电偏转波束:这种方法对于示波器很方便，因为模拟输入电压可以直接控制波束的垂直位置(尽管通过一些信号调节电路过滤)，而内部定时电路控制水平偏转，让工程师看到时变信号。

时钟组件(从左起顺时针方向):1.时钟组件。该套件不附带CRT，但你可以从eBay等网站上购买一个。该套件将与许多不同的crt工作:您将需要一个设计用于示波器的低电压。我用DG7-6建立了工具包。2.变压器和整流器产生CRT所需的大约300伏特的直流电压。该时钟可以在通过跳线选择的110和220 v电源上工作，并可以自动检测公用交流电源的频率作为时间基准。3.时钟由PIC单片机驱动，所有器件均为通孔。4. The printed circuit board has space for optional extras, such as a battery backup, and Wi-Fi and GPS modules for setting the time.插图:James Provost

光束的水平偏转也可以用第二个输入电压(称为X-Y或矢量模式)来控制。这使得示波器crt吸引人早期计算机图形学先驱他将它们作为展示品投入使用雷达防御网络．一些开创性的电脑游戏是使用矢量显示器制作的，包括可以说是有史以来第一款电子游戏——1958年的视频游戏双人网球以及1979年的街机大热小行星．但是矢量显示在显示方面遇到了困难位图或者仅仅是用纯色填充的大面积，所以最终输给了光栅显示。

但CRT矢量显示器具有独特的外观，很难复制——尤其是当屏幕是圆形的时候，这是当时最容易制作的形状。(我确实觉得有点讽刺的是，几十年来，工程师们一直在努力创造出尽可能完美的平面和矩形显示屏，而智能手机制造商却开始狂热地提供产品弯曲的部分屏幕与圆角．)

亚原子束:在阴极射线管(CRT)中，电子在被电极控制之前被从阴极中沸腾并加速和聚焦。插图:James Provost

示波器时钟套件可以让你重新看到。该套件本身包括印刷电路板和所有配套组件，包括两个PIC微控制器——一个控制时钟并生成图形和文本，而另一个则致力于周期性地在屏幕上移动时钟，以避免荧光粉烧坏。一般情况下，你必须自行提供外壳及阴极射线管(eBay通常会有商品清单)，但康斯坦丁的库存有限完全组装的时钟出售他好心地让我花75美元从他那里买了一个7厘米宽的DG7-6，花40美元买了一个丙烯酸外壳。

获得一个清晰的外壳对我来说很重要，因为我希望能够展示出最大的效果，同时也让手指安全地远离电子设备。这很重要，因为即使CRT被认为是“低电压”，在电路的某些部分仍然意味着300伏。也许是因为儿时的记忆，我对这个话题特别敏感:当我表现出一种用螺丝刀拆开东西的日益增长的倾向时，我的父亲，一位广播工程师，用骇人听闻的真实故事阻止了我在电视机上可能做的任何设计，比如人们在电视机拔掉电源后，还会被储存在电视机高压电容器中的电荷电击。

对我的神经来说，幸运的是，时钟套件的小电容造成的危险要小得多。尽管如此，现在即使是5v的电流也越来越多地被避免，我建议建筑商比他们习惯的更谨慎一点，特别是在检查阶段，当电路板插入时，确实需要用万用表探测它。

焊接通孔组件很简单，但由于最高的组件(变压器)是首先需要的组件之一，所以在工作时可能需要使用某种电路板支架，而不是试图将电路板平放。最大的障碍出现在给我的DG7-6阴极射线管接上电线的时候。工具包提供了10导致操作CRT-two供应几伏特的提高阴极的权力交替加热丝的温度足以使热电发射发挥作用,有一个常数的负电压295 V提供阴极的电子,三个连接到火车加速和聚焦电极的阴极射线管的脖子,和四个连接到水平和垂直偏转板双。但是我的DG7-6只有9个引脚!检查DG7-6的数据表(我在弗兰克·菲利斯的店里找到的美妙的存档)显示阴极和加热器灯丝的一侧共用一个引脚。给康斯坦丁的一封快速电子邮件显示，解决方案是一个快速解决方案:我所要做的就是跳线阴极连接到一个灯丝引线。在那之后，指示指引我完成了校准步骤，需要在屏幕中央产生一个尖锐明亮的测试点，而不是在屏幕一侧产生一个模糊昏暗的椭圆斑点。

在构建该套件时，你可以将两个可选的40美元附加电路中的一个——Wi-Fi模块和GPS模块——集成在一起，无需手动设置时钟。如果没有这些，时钟会自动检测它是否插入了50或60赫兹的墙壁插座，并使用该频率作为参考时基。手动设置时钟只是简单地按下“快调”和“慢调”按钮，直到时钟显示正确的时间。

最终的结果是一款引人注目的手表，将CRT恢复到它应有的位置:注意力的中心。

本文以“示波器时钟”为题发表在2020年1月的印刷版上。