一種可控多路輝光計時器設計

許宗陽　谷汝楠　李枝亮　孫克偉

摘要：本文提出了一種控制簡單，功能豐富的多路輝光計時器，克服了冷陰極輝光管多路顯示電路復雜且難以控制等問題，用于特殊惡劣生產場合的時間指示或裝飾居室等。

關鍵詞：輝光顯示管；計時器；升壓電路

輝光顯示管，亦稱稱“冷陰極離子管”，是一種利用輝光放電原理制成的一種離子管。離子管通過內部輝光現象進行顯示。隨著經濟的繁榮和科技的發展，輝光顯示管因其獨特的顯示技術及顯示特性在特殊場合顯示及裝飾方面得到了很大的發展，市場前景廣闊。基于實用性適用性原則，本文提出了一種控制簡單，功能豐富的多路輝光計時器，該多路可控輝光計時器可以用于惡劣生產場合的時間計時也可應用于裝飾居室，且對研究其冷陰極輝光放電管應用也有一定的幫助。

1 多路輝光計時器系統組成

1.1 輝光計時器的硬件系統組成

結構部分：

（1）采用型號為IN14輝光管。

（2）主控制芯片使用ST公司生產的STM32F103系列單片機。

（3）時鐘控制芯片采用DS3231SN，其優點是高精度且內置晶振。

（4）應用UC3845芯片進行對驅動部分的反激式升壓。

（5）控制電路采用HV57708對多路輝光管進行控制。

1.2 輝光管性能及技術參數

1.2.1 IN14輝光管三視圖（如圖1所示）

2 多路輝光計時器設計方案

本多路輝光計時器所采用的技術方案包括四部分，具體方案如下：

2.1 單片機核心控制方案

1）單片機核心。

單片機核心控制電路，用于各組件的控制及計時功能。主控芯片采用ST公司生產的stm32f103RE系列單片機，該系列單片機時鐘頻率為72MHz，512K的閃存，功耗36mA，是32位市場上功耗最低的產品。以該款單片機所形成的控制電路可以用于接收時鐘信號及按鍵控制等信息，同時進行對顯示電路的控制。

2）計時電路。

在計時電路設計中，最廉價的是直接使用單片機中的定時器，輔以一定的中斷服務程序，構成時鐘顯示部分，這種方式是幾乎不需要增加新的硬件即可實現，缺點是計時誤差大，同時電源掉電不能保持時鐘繼續運行。在相對要求較高的場合，則使用廉價的時鐘芯片（如DS1302等等）輔以備用電池，計時精度略高，但由于外接晶振精度等問題計時誤差依然較大。本文采用DS3231SN作為計時芯片，該芯片是一款高精度I2C實時時鐘（RTC）器件，具有集成的溫度補償晶體振蕩器（TCXO）。集成的晶體振蕩器可提高器件的長期精確度。DS3231與單片機通過I2C雙向串行總線傳輸地址與數據。

2.2 供電電路方案

單個輝光管的工作電壓要求為170V300V，電流13mA，供電驅動電路也成為一大難題。早期驅動電路經歷了電子管驅動、晶體管驅動、大規模集成電路驅動等幾個階段，現階段多采用MC34063等集成芯片進行驅動。由于芯片自身耗電流大，使得驅動低，電流不足。本文采用UC3845反激升壓，效率可達75%，輸出電流30mA以上，完全滿足多路顯示驅動需求。升壓電路圖如圖2。

2.3 輝光管控制方案

本方案用于在單片機核心控制下對多路冷陰極輝光放電管的顯示進行控制。輝光管的每一位數字都要單獨控制，傳統控制電路常采用74HC595譯碼芯片加高壓三級管組合進行控制。由于驅動6個輝光管需要60個譯碼輸出這使得硬件電路需用到8片74HC595芯片及60個高壓三極管。其控制方式占用大量資源且控制方法繁瑣。本文使用HV57708移位寄存器電路，可同時對64路進行推挽式輸出，最大輸出電壓達80v，可以通過輸出高低壓進行輝光管的關斷及點亮。

2.4 輝光管顯示方案

本方案用于在輝光管控制電路控制下，采用供電電路提供的工作電壓實現多路冷陰極輝光放電管的數字顯示。具體連接方法為陽極連接升壓輸出，陰極連接移位寄存器引腳。

至此，整體多路輝光計時器方案介紹完成，整體效果如圖3。

3 結語

本文介紹了一種多路輝光計時器，重點介紹了主要電路的設計方案與選型，對比以往的設計思路提出了多種改進方法。

參考文獻：

[1]閆石.數字電子技術基礎[M].高等教育出版社，2006.

[2]李全利.單片機原理及應用[M].高等教育出版社，2012.

[3]謝自美.電子線路設計.實驗.測試[M].華中理工大學出版社，2000.

作者簡介：許宗陽（1996），男，山東聊城人，本科在讀，就讀于哈爾濱理工大學榮成校區，研究方向：電子信息工程。

通訊作者：孫克偉。