利用輝光管制作電子時(shí)鐘

趙志峰

【摘要】文章提出了一種利用輝光管制作電子時(shí)鐘的方法，具有一定的實(shí)用價(jià)值與現(xiàn)實(shí)意義。

【關(guān)鍵詞】輝光管;電子時(shí)鐘;制作

數(shù)字電子時(shí)鐘是采用數(shù)字電路對(duì)時(shí)、分、秒數(shù)字顯示的計(jì)時(shí)裝置，已成為人們?nèi)粘Ｉ畋夭豢缮俚纳钣闷罚F(xiàn)在電子時(shí)鐘主要以LED或LCD做為顯示。[1]使用多了后感覺了無新意，很多無線電愛好者和電子工程技術(shù)人員在不斷開發(fā)探索能否利用新的發(fā)光源來做為顯示工具。

本文所采用的輝光管發(fā)光QS30-1由0-9個(gè)燈絲分別發(fā)亮，發(fā)出桔紅色的光芒，給人溫暖，特別在深夜時(shí)給人無盡的遐想。故受到了標(biāo)新立異和喜歡走復(fù)古路線人士人喜愛。

1.電子鐘系統(tǒng)組成

1.1 電子鐘的硬件系統(tǒng)組成

輝光管電子時(shí)鐘系統(tǒng)的主要構(gòu)成部分：

（1）采用型號(hào)為QS30-1輝光管;

（2）主程序芯片使用ATMEL公司的MEGA88單片機(jī);

（3）驅(qū)動(dòng)部分為74HC595配合三極管驅(qū)動(dòng);

（4）輝光管電壓采用倍壓整流產(chǎn)生;

（5）輝光管采用12P的信號(hào)座引出，PCB上不焊接輝光管插座;

（6）時(shí)鐘IC采用DS1302的時(shí)鐘IC，外接晶振工作非常準(zhǔn)確;

（7）S232接口，可以接GPS或電腦升級(jí)程序。

1.2 輝光管的主要性能與技術(shù)參數(shù)

1.2.1 QS30-1輝光管外形（如圖1-1所示）

圖1-1

1.2.2 QS30-1主要技術(shù)參數(shù)（如圖1-2所示）

圖1-2 QS30-1主要技術(shù)參數(shù)

2.關(guān)鍵元器件的選型與電路設(shè)計(jì)

2.1 硬件部分的電路設(shè)計(jì)

（1）設(shè)定上午7時(shí)開始時(shí)鐘運(yùn)行，默認(rèn)到午夜0點(diǎn)熄滅，按任意鍵點(diǎn)亮輝光管時(shí)鐘。

（2）電子時(shí)鐘提供了與計(jì)算機(jī)通迅功能。

先確定輝光管的驅(qū)動(dòng)管。由于輝光管的工作電壓為170V，所以驅(qū)動(dòng)三極管要求的Vceo要大于170v，比較安全的范圍是Vceo>250V。采用13001，技術(shù)參數(shù)符合要求。[2]

2.2 驅(qū)動(dòng)升壓電路的設(shè)計(jì)

輝光數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)也經(jīng)歷了電子管驅(qū)動(dòng)、晶體管驅(qū)動(dòng)、集成電路驅(qū)動(dòng)等幾個(gè)階段， 還曾經(jīng)出現(xiàn)過輝光數(shù)碼管專用驅(qū)動(dòng)集成電路?，F(xiàn)在，電子技術(shù)的發(fā)展使我們可以用單片機(jī)通過三極管來驅(qū)動(dòng)它[3]。根據(jù)資料所得輝光管的陽極電壓為DC170-280v，電流1-3mA，啟輝電壓為170v，限流電阻跟陽極電壓有關(guān)，要讓它工作，就必須為它提供170v以上的高壓。如圖2-1所示。

圖2-1

PWM是由單片機(jī)產(chǎn)生的;是一個(gè)脈寬可變的信號(hào)，ADC是單片機(jī)的模數(shù)采集端口。單片機(jī)把升壓的電壓采回來，在調(diào)節(jié)PWM的占空比實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓這樣做法有下面的好處：不同參數(shù)的輝光管的工作電壓可以通過軟件（PC串口軟件）調(diào)節(jié)輸出電壓;調(diào)節(jié)輝光管的亮度！

當(dāng)升壓電路試驗(yàn)成功后，就可以設(shè)計(jì)電子時(shí)鐘的MCU控制部分、電源部分、譯碼及驅(qū)動(dòng)部分電路了，MCU采用常用的MEGA88，體積小，內(nèi)置晶體，支持在線編程及調(diào)試，很方便，價(jià)格便宜，這里面用到的譯碼電路是74HC595，但要注意的是驅(qū)動(dòng)輝光管用的三極管要耐高壓，所以這里選用了常用的A42。還有時(shí)鐘IC1302是很較常用的時(shí)鐘IC，但時(shí)鐘走的準(zhǔn)不準(zhǔn)，取決于匹配的11.0592MHz晶體的精度。

2.3 譯碼電路

2.3.1 DS1302接線圖

DS1302常用的一款時(shí)鐘芯片一顆晶體，一顆電容即可，通過3線與MCU通訊。

2.3.2 譯碼電路主要工作原理

譯碼電路主要由74HC595核心，它是由3線串口通訊，每個(gè)驅(qū)動(dòng)芯片提供8個(gè)譯碼輸出，以前常用于LED數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)，加上小數(shù)點(diǎn)正好8段。但這次使用的是輝光管，每顯示一個(gè)數(shù)字就需要有一個(gè)驅(qū)動(dòng)，所以為了6個(gè)輝光管每個(gè)數(shù)字都能亮，一共需要60個(gè)譯碼輸出，因此要用到8片74HC595芯片。

3.輝光管時(shí)鐘的組裝與調(diào)試

3.1 元件清單及說明

D1、D5是1N4007，D1用于防止電源反接;D5是繼電器反向電動(dòng)勢吸收二極管。D6是TVS保護(hù)二極管;并聯(lián)5V電源兩端，保護(hù)5V電路上的元件高壓肖特基二極管HER108，用于高壓升壓整流。芯片28腳的是MEGA88。

HC595用來擴(kuò)展單片機(jī)的引腳，因?yàn)槿康尿?qū)動(dòng)需要64個(gè)IO所以必須要擴(kuò)展;時(shí)鐘IC為貼片元件芯片MAX232，是同電腦通訊用接插件。電路采用1A的自恢復(fù)保險(xiǎn)絲，短路時(shí)會(huì)斷開，電路回復(fù)正常后，會(huì)自動(dòng)接通。有一個(gè)晶振（11.0592MHz），時(shí)鐘IC的晶振是集成到IC里面的;MOS管是升壓用。

3.2 電子時(shí)鐘電路的組裝焊接

先焊接電源和單片機(jī)部分;5V電壓正常后，插上MEGA88的IC，上電后，發(fā)光二極管會(huì)在不停地閃爍;表示電路正常。MAX232用于和電腦通訊用;時(shí)鐘IC是貼片的，焊接時(shí)間不要過長;法拉電容主要極性。D2是1N4148的二極管。該電路焊接完畢后，把輝光管驅(qū)動(dòng)電路焊接好，接上輝光管，時(shí)鐘IC是否正常。

以上元件及線材全部焊接完畢后就可進(jìn)入電子鐘調(diào)試階段。元件焊接完畢后，通電測試，測試點(diǎn)T4的電壓應(yīng)為180伏左右。

3.3 整機(jī)通電調(diào)試

接通電源前應(yīng)仔細(xì)檢查電路板上有無異常現(xiàn)象，檢查確認(rèn)無誤后才能通電。電路接通后輝光管以“0”->“1”->“2”->“3”-> “4”->“5”->“6”->“7”-“8”>“9”單獨(dú)顯示。

（1）顯示一輪后，進(jìn)入時(shí)間顯示，初始設(shè)置的時(shí)間為8：00;

（2）接上按鍵，按動(dòng)校時(shí)鍵，小時(shí)應(yīng)能校正;

（3）按動(dòng)校分鍵，分鐘應(yīng)能校正;

（4）秒每次在校正時(shí)間都會(huì)被設(shè)置為0。

時(shí)鐘顯示的冒號(hào)，使用的氖管，一般電流調(diào)整為1.5毫安左右，具體方法是測量限流電阻R24＼R25＼R53＼R52的電壓，電壓/電阻就得出電流了，所示的20K電阻要通過實(shí)際調(diào)整為12K電阻。

3.4 輝光管電子鐘正常工作程序

輝光鐘的默認(rèn)的運(yùn)行程序以、在0：0會(huì)熄滅顯示，早上7：00會(huì)自動(dòng)亮，以增加輝光管的壽命，當(dāng)輝光管關(guān)掉后，按任意按鍵會(huì)點(diǎn)亮輝光管，直到第二天的0：00熄滅。

電子鐘整體完成后通電的效果圖如圖3-1所示。

圖4-1 輝光管電子時(shí)鐘整體效果圖

至此，整體輝光管電子時(shí)鐘裝配完成！

4.結(jié)束語

本文介紹了利用輝光管QS30-1制作電子數(shù)字鐘的制作過程，重點(diǎn)介紹了主要控制電路的設(shè)計(jì)，單片機(jī)程序的設(shè)計(jì)和整體輝光管電子鐘的整體安裝和制作過程中所遇到的一些問題及對(duì)應(yīng)方法，其中包括關(guān)鍵元器件的選形等。

參考文獻(xiàn)

[1]謝自美.電子線路設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、測試[M].華中理工大學(xué)出版社，2000.

[2]閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].高等教育出版社，2006.

[3]李獻(xiàn)忠.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].西安電子科技大學(xué)出版社，2004.