利用輝光管制作電子時鐘

趙志峰

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

【關(guān)鍵詞】輝光管;電子時鐘;制作

數(shù)字電子時鐘是采用數(shù)字電路對時、分、秒數(shù)字顯示的計時裝置，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，特別在深夜時給人無盡的遐想。故受到了標新立異和喜歡走復古路線人士人喜愛。

1.電子鐘系統(tǒng)組成

1.1 電子鐘的硬件系統(tǒng)組成

輝光管電子時鐘系統(tǒng)的主要構(gòu)成部分：

（1）采用型號為QS30-1輝光管;

（2）主程序芯片使用ATMEL公司的MEGA88單片機;

（3）驅(qū)動部分為74HC595配合三極管驅(qū)動;

（4）輝光管電壓采用倍壓整流產(chǎn)生;

（5）輝光管采用12P的信號座引出，PCB上不焊接輝光管插座;

（6）時鐘IC采用DS1302的時鐘IC，外接晶振工作非常準確;

（7）S232接口，可以接GPS或電腦升級程序。

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

2.1 硬件部分的電路設(shè)計

（1）設(shè)定上午7時開始時鐘運行，默認到午夜0點熄滅，按任意鍵點亮輝光管時鐘。

（2）電子時鐘提供了與計算機通迅功能。

先確定輝光管的驅(qū)動管。由于輝光管的工作電壓為170V，所以驅(qū)動三極管要求的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)動升壓電路的設(shè)計

輝光數(shù)碼管的驅(qū)動也經(jīng)歷了電子管驅(qū)動、晶體管驅(qū)動、集成電路驅(qū)動等幾個階段， 還曾經(jīng)出現(xiàn)過輝光數(shù)碼管專用驅(qū)動集成電路。現(xiàn)在，電子技術(shù)的發(fā)展使我們可以用單片機通過三極管來驅(qū)動它[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是由單片機產(chǎn)生的;是一個脈寬可變的信號，ADC是單片機的模數(shù)采集端口。單片機把升壓的電壓采回來，在調(diào)節(jié)PWM的占空比實現(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！

當升壓電路試驗成功后，就可以設(shè)計電子時鐘的MCU控制部分、電源部分、譯碼及驅(qū)動部分電路了，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，價格便宜，這里面用到的譯碼電路是74HC595，但要注意的是驅(qū)動輝光管用的三極管要耐高壓，所以這里選用了常用的A42。還有時鐘IC1302是很較常用的時鐘IC，但時鐘走的準不準，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，每個驅(qū)動芯片提供8個譯碼輸出，以前常用于LED數(shù)碼管的驅(qū)動，加上小數(shù)點正好8段。但這次使用的是輝光管，每顯示一個數(shù)字就需要有一個驅(qū)動，所以為了6個輝光管每個數(shù)字都能亮，一共需要60個譯碼輸出，因此要用到8片74HC595芯片。

3.輝光管時鐘的組裝與調(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是繼電器反向電動勢吸收二極管。D6是TVS保護二極管;并聯(lián)5V電源兩端，保護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用來擴展單片機的引腳，因為全部的驅(qū)動需要64個IO所以必須要擴展;時鐘IC為貼片元件芯片MAX232，是同電腦通訊用接插件。電路采用1A的自恢復保險絲，短路時會斷開，電路回復正常后，會自動接通。有一個晶振（11.0592MHz），時鐘IC的晶振是集成到IC里面的;MOS管是升壓用。

3.2 電子時鐘電路的組裝焊接

先焊接電源和單片機部分;5V電壓正常后，插上MEGA88的IC，上電后，發(fā)光二極管會在不停地閃爍;表示電路正常。MAX232用于和電腦通訊用;時鐘IC是貼片的，焊接時間不要過長;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)動電路焊接好，接上輝光管，時鐘IC是否正常。

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

3.3 整機通電調(diào)試

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

（1）顯示一輪后，進入時間顯示，初始設(shè)置的時間為8：00;

（2）接上按鍵，按動校時鍵，小時應(yīng)能校正;

（3）按動校分鍵，分鐘應(yīng)能校正;

（4）秒每次在校正時間都會被設(shè)置為0。

時鐘顯示的冒號，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

輝光鐘的默認的運行程序以、在0：0會熄滅顯示，早上7：00會自動亮，以增加輝光管的壽命，當輝光管關(guān)掉后，按任意按鍵會點亮輝光管，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 輝光管電子時鐘整體效果圖

至此，整體輝光管電子時鐘裝配完成！

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，重點介紹了主要控制電路的設(shè)計，單片機程序的設(shè)計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應(yīng)方法，其中包括關(guān)鍵元器件的選形等。

參考文獻

[1]謝自美.電子線路設(shè)計、試驗、測試[M].華中理工大學出版社，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]李獻忠.單片機原理及應(yīng)用[M].西安電子科技大學出版社，2004.