Приветствую всех любителей ретро-электроники!
Не так давно я уже делился впечатлениями о советском индикаторе MC6205. Эта тема меня увлекла, и в моей коллекции появился еще один любопытный экземпляр — однострочный текстовый индикатор ПИУ-2 с более простой логикой управления. Несмотря на внешнее сходство с предшественником, внутреннее устройство этих приборов кардинально различается. Если MC6205 использовал матричный принцип, то в основе ПИУ лежит технология самосканирования. Что это такое и как работает? Давайте разбираться вместе.
В этой статье мы подробно исследуем семейство советских текстовых газоразрядных индикаторов ПИУ. Мы заглянем внутрь устройства, изучим его архитектуру и принцип действия, а также разберемся с особенностями индикаторов с самосканированием. Как всегда, нас ждет много технических деталей и интересных открытий.
❯ Предыстория и общее описание
Мое знакомство с ПИУ-2 произошло в 2022 году. Узнав о таком устройстве, я сразу захотел его заполучить. Аппарат был куплен из чистого любопытства, а последующие попытки его запуска оказались непростыми, но в итоге увенчались успехом, которым я и хочу поделиться.
ПИУ-1 и ПИУ-2 — это две модели индикаторных блоков, которые, по слухам, применялись на железнодорожном транспорте (точное применение до конца не известно). Конструктивно устройства очень похожи, основное различие заключается в таблице символов, записанной в ПЗУ. Поэтому практически все, что будет сказано о ПИУ-2, справедливо и для ПИУ-1.
❯ Внешний и внутренний осмотр
Мне посчастливилось найти два экземпляра ПИУ — ранней и поздней версий.
Общий вид первого экземпляра. Это сам индикаторный модуль. По бокам должны быть проушины для крепления, но на моем экземпляре они стерты.
На тыльной стороне расположены разъем, клемма заземления, крепежные винты (на одном из которых сохранилась заводская наклейка) и паспортная табличка. Как и многие другие необычные советские индикаторы, этот прибор был произведен на ровенском заводе «Газотрон».
Снимаем защитный кожух. Внутри мы видим металлический каркас, на котором винтами закреплены печатные платы, панели и разъемы.
С обратной стороны каркаса ничего интересного нет.
Основная плата. На ней размещена вся управляющая электроника: логические микросхемы, память, ПЗУ с таблицей символов и преобразователь импульсов для питания индикаторной панели.
Разъем для подключения устройства к внешней аппаратуре. Информации по нему было найти сложно, поэтому оставляю данные для потомков: ответная часть называется 2РМ30КПН32Г5В1В.
Индикаторная панель — это самостоятельный модуль, подключаемый к основной плате через разъемы MPH. Она состоит из стеклянной газоразрядной ячейки, рамки и платы, к которой ячейка подключена.
Интересная деталь: стеклянная колба соединена с платой очень тонким, почти волосяным, проводом, который легко повредить. Для защиты от вибраций и ударов эти соединения дополнительно проклеены скотчем.
Это панель от более старого экземпляра. Внешне разница почти незаметна…
Но с тыльной стороны видно, что год выпуска — 1983. Также видно, что изолятор разъема здесь выполнен из карболита.
❯ Устройство ранней версии ПИУ
Давайте вскроем ранний экземпляр. Его внутренняя компоновка существенно отличается: устройство собрано на двух платах, которые вставляются в слоты. Это позволяет извлекать платы без использования паяльника.
Первая плата — низковольтная. На ней расположена управляющая логика и ПЗУ с символами.
Вторая плата — высоковольтная. Здесь находится преобразователь, формирующий все необходимые для панели напряжения, а также транзисторная сборка для управления анодами и катодами индикатора. Любопытная деталь — спиральная дорожка на плате, явно выполняющая роль катушки малой индуктивности.
Шасси со снятой платой.
Оба модуля подключаются к объединительной плате на боковой стенке. От нее жгут проводов разводится к разъему и индикатору. Разъем здесь другого типа (2РМ30Б32Ш5В1В), но распиновка аналогична.
Слот для установки плат.
Разъем MPH для подключения индикаторной панели.
Сама индикаторная панель. Она идентична той, что использовалась в более поздней версии.
❯ Принцип работы индикатора с самосканированием
В целом, структура ПИУ во многом схожа с MC6205: здесь также есть преобразователь питания, генератор тактовых импульсов, знакогенератор и интерфейсный блок. Но ключевое отличие — в самом индикаторе. ПИУ использует так называемые самосканирующиеся газоразрядные панели.
Для тех, кто не знаком с такими устройствами, может показаться чудом, что матричный индикатор может управляться всего 12 проводами. А тот факт, что сама панель не содержит ни одного полупроводника, и вовсе поражает воображение.
Лучше всего принцип работы таких индикаторов объяснил в своем видео автор канала «Радиолок». Именно после его ролика у меня и возникло желание заполучить полноценное устройство на такой панели, которым и оказался ПИУ.
Принцип действия похож на используемый в индикаторах «Декатрон» и отчасти в ИН-33. Помимо основного анода и катода, здесь есть вспомогательный (сканирующий) анод. Если подавать импульсы последовательно между группой сканирующих анодов и одной из групп катодов, можно получить разряд, который будет «бегать» по всем столбцам индикатора. В момент, когда сканирующий разряд находится в нужном столбце (этот момент фиксируется по отдельному выходу сброса), подается управляющий импульс на основной анод в выбранной строке — и загорается нужная точка. Таким образом, для работы индикатора нужна схема, постоянно «гоняющая» сканирующий разряд по панели, и схема отображения, которая, работая от того же тактового генератора, «знает», где в данный момент находится разряд, и решает, нужно ли зажигать точку в этой позиции.
❯ В чем разница между ПИУ-1 и ПИУ-2
Изначально я думал, что это просто разные версии одного устройства. Но все оказалось интереснее. Основное различие между ПИУ-1 и ПИУ-2 — в таблице символов, записанной в ПЗУ.
Так выглядит таблица символов ПИУ-1.
А так — ПИУ-2.
В открытом доступе можно найти два документа. Один называется «ПИУ-1: Паспорт, техническое описание и руководство по эксплуатации», второй — «Устройство индикаторное универсальное ПИУ-1, ПИУ-2: Паспорт, техническое описание и руководство по эксплуатации». По сути, они описывают два устройства с разной схемотехникой. Первый документ относится к ранней версии на двух платах, второй — к более поздней, собранной на одной плате. В документации к ПИУ-1 также подробно описаны синхронный и асинхронный режимы работы (в документации ПИУ-2 эти пункты опущены). Ссылки на эти документы я приведу позже, чтобы вам не пришлось искать их по разным архивам.
❯ Первые попытки запуска и неудача
Итак, перейдем к экспериментам.
Берем ответную часть разъема и припаиваем провода. Распиновка есть в документации.
К сожалению, первая попытка вывести что-либо на экран провалилась. Индикатор показывал один и тот же символ. Проверка показала, что счетчик адресов работает, значит, проблема была в самом знакогенераторе (ПЗУ). Поскольку найти прошивку и способ ее заменить было нереально, этот экземпляр индикатора после полугода простоя был продан.
Кстати, этот самый экземпляр мелькнул в уже упомянутом видео «Радиолока» на 2:37. Я давно делился этими фото в чате, и теперь они наконец пригодились.
❯ Подключение и распиновка
В интернете очень мало подробных руководств по подключению ПИУ. Документация есть, но и все. Поэтому рассмотрим этот процесс с точки зрения программиста микроконтроллеров.
Начнем, конечно, с разъема. Поскольку предыдущая ответная часть была утеряна вместе с неисправной панелью, пришлось искать новую. За последний год такие разъемы в местных магазинах радиодеталей закончились, поэтому пришлось покупать у коллекционеров. На этот раз это была часть от какого-то жгута.
Разбираем разъем и припаиваем провода. Выбрасывать их, конечно, не буду — они еще пригодятся.
Теперь о распиновке самого блока. В итоге она выглядит так:
Бит данных X8
Управление строкой 1
Бит данных X7
Управление строкой 2
Бит данных X6
Управление строкой 3
Бит данных X5
Управление строкой 4
Бит данных X4
Управление строкой 5
Бит данных X3
Управление строкой 6
Бит данных X2
Управление строкой 7
Бит данных X1
Не используется
Гашение (Blank)
Тактовый сигнал (Clock)
Запись/Отображение (Write/Display)
Импульс сброса (Reset Pulse)
Строб (Strobe)
Не используется
Сброс (Reset)
Питание +5В
Регулировка яркости (Brightness)
Питание -12,6 В
Не используется
Не используется
Не используется
Земля (GND)
Не используется
Земля (GND)
Для питания требуются два напряжения: +5 В и -12,6 В. На практике устройство отлично запускается и от стандартного компьютерного блока питания с выходом -12 В.
После подачи питания слышен тихий писк преобразователя, а на экране появляется очень тусклое оранжевое свечение — это работает схема сканирования. В реальности это свечение едва заметно, но на фото с длинной выдержкой его хорошо видно.
❯ Синхронный и асинхронный режимы работы
Индикатор может работать в двух режимах: синхронном и асинхронном.
В асинхронном режиме при высоком уровне на выводе 19 схема управления ожидает поступления данных. После того как данные загружены, напряжение снимается, и устройство переходит в режим отображения.
В синхронном режиме вывод 19 постоянно заземлен, и отображаемая информация обновляется по мере поступления новых данных. Именно этот режим мы и будем использовать для простоты.
❯ Первая программа для Arduino
Помня о проблемах с прямым подключением МК к MC6205, я решил и здесь использовать буферный сдвиговый регистр. Подключение простое: стробирование и сброс регистра управляются с МК, а выходы Q0...Q7 регистра подключаются к входам X1...X8 ПИУ. В качестве управляющего устройства использовалась плата Arduino.
Сам чип регистра поместился прямо внутри разъема.
Теперь о программе. Сначала нужно сбросить экран (после чего он погаснет), а затем загружать в регистр коды символов один за другим, не забывая подавать строб-импульс. В отличие от MC6205, у ПИУ нет адресной шины. По сути, он ведет себя как знакомый всем символьный дисплей на контроллере HD44780 (например, 1602): выставляешь код символа на шину данных и подаешь импульс на линию строба. Разница лишь в том, что у HD44780 строб срабатывает по спаду сигнала, а также есть команды управления, тогда как ПИУ понимает только команды «загрузи код символа в буфер» и «отобрази содержимое буфера».
Устройство работает с кодировкой KOI-7, это нужно учитывать при формировании данных.
Если все сделано правильно и ПИУ исправен, на экране должно появиться примерно следующее:
Наконец-то, это работает!
❯ Прямое управление индикатором (ГТИ и внешний знакогенератор)
Индикаторная панель ПИУ допускает и прямое, низкоуровневое управление. Это полезно, если стандартный интерфейс устройства неисправен или если вы хотите использовать свою логику формирования символов.
Для этого используются выводы управления строками (2, 4, 6, 8, 10, 12, 14), выход тактового генератора (ГТИ) и выход импульса сброса.
Выводы строк позволяют напрямую включать или выключать точки в столбце. Сигнал ГТИ — это тактовый импульс, по которому работает схема сканирования. Когда этот сигнал переходит из высокого уровня в низкий, происходит считывание данных с выводов управления строками. Импульс сброса появляется в момент, когда сканирующий разряд проходит «нулевой» катод, обозначая начало цикла сканирования.
При попытке управлять индикатором в этом режиме напрямую с Arduino становится видно, насколько медленными являются стандартные функции digitalWrite. Это приводит к «смазыванию» изображения. Замена их на прямое управление портами микроконтроллера кардинально улучшает ситуацию.
❯ Как регулируется яркость
Вывод 25 разъема — это вход для генератора импульсов, управляющего яркостью. Подача высокого уровня на вывод 17 полностью гасит индикатор. Однако если подавать сигнал со случайной частотой и фазой, индикатор начнет мерцать. Чтобы этого избежать, используется вывод регулировки яркости. Импульс на гасящий вывод подается синхронно с импульсом на вывод 25, а его длительность определяет, как долго будет светиться строка панели, что и позволяет регулировать общую яркость.
❯ Неожиданные проблемы и глюки
В ходе экспериментов я столкнулся с проблемой: после прогрева устройство начинало работать хуже. На экране появлялись фантомные символы, а после сброса экран не гас полностью. Скорее всего, это связано с деградацией электролитических конденсаторов, которые со временем теряют емкость. Для стабильной работы их рекомендуется заменить.
❯ Библиотека для Arduino
Я понимаю, что многие захотят использовать ПИУ для создания часов или других проектов. Специально для этого я привел все тестовые программы в порядок и создал библиотеку для удобной работы с этим индикатором из среды Arduino. В репозитории библиотеки также находятся обе версии технической документации на ПИУ.
❯ Итоги и впечатления
Несмотря на кажущуюся простоту, ПИУ оказался таким же интересным и технологичным устройством, как и MC6205.
Проектов по восстановлению и использованию таких цифровых газоразрядных индикаторов (ГРИ) и вакуумно-люминесцентных индикаторов (ВЛИ) не так много, но они есть. Найти такое устройство в рабочем состоянии — большая удача. Этот индикатор выглядит очень стильно и может стать яркой альтернативой ставшим уже привычными проектам на лампах ИН-12 с синей подсветкой.
Вот такая история.
Больше фотографий, фрагментов кода и прошивок можно найти в материалах на Хабре. К сожалению, в статью вошли не все фото, но я постарался выбрать самые показательные и интересные.
Статья написана специально для читателей Timeweb Cloud и Пикабу. Подписывайтесь на наш блог, чтобы не пропустить новый интересный материал.
Также подписывайтесь на наш эксклюзивный Telegram-канал, посвященный техническим вопросам, новостям IT, технологиям и электронике. Будет интересно.
Используйте реферальную ссылку на облачный сервис Timeweb Cloud — это помогает поддерживать проект.
Больше интересных статей здесь: Гаджеты.
Источник статьи: ПИУ-2. Оживляем плазменный текстовый индикатор из СССР.