新年Geek手工：废弃电视不要扔！拆掉显像管，改造一只炫酷矢量时钟

　　来源：IEEE Spectrum，编译：lin

　　春节马上就要到了，如果不想走亲访友，只想在家安安静静做一只技术宅，那么这篇文章或许可以给你一些启发，阴极射线管也可以改造成炫酷时钟！

　　近日，国外一位小哥 Stephen Cass 用 PIC 微控制器将旧的阴极射线管做成了时钟，并将制作过程发布在 IEEE Spectrum，他究竟是怎么做到的呢，一起来看下吧~（含视频哦）

　　还记得曾经有一种非常流行的粒子加速器吗？成千上万人投入到它的大规模生产中。工作中的工程师和科学家们，以及在家中客厅的人们，都会全神贯注地观看一束亚原子粒子撞击入荧光屏而形成的舞动光芒。这个引人注目的加速器当然就是显像管（CRT）了，曾经在电子显示技术领域独霸鳌头几十年，直到被平板技术毫不客气地拖入进了表里兼有的历史垃圾堆中。

　　但是我们仍然可以找到些 CRT，结合 Howard Constantine 的 100 美元示波器时钟套件你可以充分利用这些 CRT。该套件可与许多 CRT 配合使用，这些 CRT 被设计用于示波器类型的显示器，并以相对较低的电压（数百伏而不是数千伏）工作。

　　就像熟悉晶体管的工程师不知道放大管为何物一样，如今的工程师对于 CRT 已然毫不熟悉，在此我们可能需要快速回顾几个要点。示波器类的 CRT 与电视和大多数计算机显示器中的 CRT 不同。电视类的 CRT 使用位于真空管外部的线圈产生的磁场来偏转电子束，该电子束在整个屏幕上逐行扫描以形成所谓的光栅图像。

　　示波器类型的 CRT 使用位于管内的两对水平和垂直方向的板来使光束静电偏转：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光束的垂直位置（尽管已经通过某些信号调节电路进行了滤波），而内部定时电路控制水平偏转，这让工程师可以看到随时间变化的信号。

　　时钟组件（从左到右）：

• 这个套件不附带 CRT，但你可以从 eBay 等网站购买。这个套件可与许多不同的 CRT 一起使用：你会需要一个专用于示波器的低电压的 CRT。我就使用 DG7-6 组装了整个套件。
• 一个变压器加整流器会产生 CRT 所需的大约 300 伏直流电。 时钟本身可以通过跳线选择工作在 110V 和 220V 电源上，并且可以自动检测用作时基的交流电源的频率。
• 时钟由 PIC 微控制器驱动，所有组件均为通孔。
• 印制电路板上有用于存放其他可选配件的空间，例如备用电池，用于设置时间的 Wi-Fi 和 GPS 模块。

　　光束的水平偏转也可以通过第二个输入电压（称为X-Y 或矢量模式）进行控制。这使得示波器 CRT 吸引了早期的计算机图形学先驱，他们将它作为雷达防御网络之类的显示器投入使用。一些具有开创性的计算机游戏是使用矢量显示方式制作的，这包括具有争议性的第一个电子游戏，即 1958 年的《两人网球》，以及 1979 年的大型街机游戏《小行星》。但是矢量显示在显示位图或只是简单的填充大面积纯色区域时都遇到了困难，因此最终输给了光栅显示。

　　但是 CRT 矢量显示器具有的一种独特的外观却很难复制-尤其是当屏幕为圆形时，这是当年最容易制作的形状。（让我觉得有那么点讽刺意味的是，在工程师们花费数十年的努力创造了尽可能最完美的平面和矩形显示器之后，智能手机制造商已经开始大肆宣传那些能够提供具有圆角的部分弯曲的屏幕。）

亚原子束：在 CRT 中，电子从阴极沸腾并加速并聚焦，然后再由电极操纵。

　　示波器时钟套件让你可以重现那种圆形外观。该套件本身包括印制电路板和所有附带的组件，其中包括两个 PIC 微控制器，一个控制时钟并生成图形和文本，而另一个专用于定期在屏幕周围移动时钟以避免荧光体老化。

　　正常情况你需要自己购买封装外壳和 CRT（eBay 通常有这些的东西的清单），因为 Constantine 的有限的库存面积，只够他用来出售完全组装的钟表，但他好心卖给我一个 7 厘米宽的 DG7-6，售价是 75 美元，以及一个丙烯酸封装壳，售价是 40 美元。

　　拥有一个敞亮的外壳对我来说很重要，因为我希望能够既展示显像管的最佳效果，同时又能保障手指的相对安全。这很重要，因为即使 CRT 被认为是“低电压”，整个电路的某些部分仍然有着 300 伏电压呢。

　　或许是因为儿时的记忆，我在这件事上显得格外胆小：当我开始对于用螺丝刀拆东西表现出极大兴致时，我的父亲，一名广播工程师，常常讲一些譬如在拔下电视机插头后仍有人被电视机高压电容器中存储的电压所伤，这类充满真实色彩描述的故事，掐断了我所有想对电视机进行的任何拆卸构想。

　　幸运的是，时钟套件的相对较小的电容器对人体的危害更是小得多。尽管如此，如今甚至连 5V 电压都会被作为电路熔点而避开，我还是建议大家在工作时要比以往更加谨慎，尤其是当组装阶段的板子插电后，确实需要用万用表对其进行电压测量。

　　焊接通孔元件非常直接简单，由于最高的元件（一个变压器）是首要元件之一，因此你可能需要使用某种电路板支架，而不是在工作时尝试将电路板平放。但是最大的障碍来自于当我需要连接 DG7-6 CRT 时，时钟套件提供 10 条用于 CRT 连接的引线，其中有两条引线用于为加热器灯丝提供几伏交流电，使得阴极温度升高到足以发挥热电发射效应的程度，有一条引线具有约 295V 的恒定负电压以提供阴极电流。有三条引线连接到 CRT 颈部的一系列加速和聚焦电极上面，剩下的四条引线连接到水平和垂直两对偏转板上。但是我的 DG7-6 只有 9 针引脚！

　　检查 DG7-6 的数据表（我在 Frank Philipse 的精彩档案中找到），表明阴极和加热器灯丝的一侧共用一个引脚。与 Constantine 进行了快速电邮沟通后，有了一种快速解决方案：我所要做的就是将阴极连接飞线到一根灯丝引线上。接着按照说明书的引导，我逐步完成了所需的校准步骤，在屏幕中心产生清晰明亮的测试点，而不是在侧面产生模糊的暗色椭圆形斑点。

　　在组装套件时，有两个可选的 40 美元附加电路，Wi-Fi 模块和 GPS 模块，你可以选择增加任何一个，这样你就无需手动设置时钟。 如果没有这些模块，时钟会自动检测它是否被插入了 50 或 60 赫兹的壁式插座，并使用该频率作为参考时基。手动设置时钟仅需按压“快速设置”和“慢速设置”按钮，直到时钟显示正确的时间即可。

　　最终的结果是一款引人注目的钟表，它将 CRT 恢复到应有的位置：关注的中心。