一種可控多路輝光計(jì)時(shí)器設(shè)計(jì)

許宗陽(yáng)　谷汝楠　李枝亮　孫克偉

摘要：本文提出了一種控制簡(jiǎn)單，功能豐富的多路輝光計(jì)時(shí)器，克服了冷陰極輝光管多路顯示電路復(fù)雜且難以控制等問(wèn)題，用于特殊惡劣生產(chǎn)場(chǎng)合的時(shí)間指示或裝飾居室等。

關(guān)鍵詞：輝光顯示管；計(jì)時(shí)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(guò)內(nèi)部輝光現(xiàn)象進(jìn)行顯示。隨著經(jīng)濟(jì)的繁榮和科技的發(fā)展，輝光顯示管因其獨(dú)特的顯示技術(shù)及顯示特性在特殊場(chǎng)合顯示及裝飾方面得到了很大的發(fā)展，市場(chǎng)前景廣闊?；趯?shí)用性適用性原則，本文提出了一種控制簡(jiǎn)單，功能豐富的多路輝光計(jì)時(shí)器，該多路可控輝光計(jì)時(shí)器可以用于惡劣生產(chǎn)場(chǎng)合的時(shí)間計(jì)時(shí)也可應(yīng)用于裝飾居室，且對(duì)研究其冷陰極輝光放電管應(yīng)用也有一定的幫助。

1 多路輝光計(jì)時(shí)器系統(tǒng)組成

1.1 輝光計(jì)時(shí)器的硬件系統(tǒng)組成

結(jié)構(gòu)部分：

（1）采用型號(hào)為IN14輝光管。

（2）主控制芯片使用ST公司生產(chǎn)的STM32F103系列單片機(jī)。

（3）時(shí)鐘控制芯片采用DS3231SN，其優(yōu)點(diǎn)是高精度且內(nèi)置晶振。

（4）應(yīng)用UC3845芯片進(jìn)行對(duì)驅(qū)動(dòng)部分的反激式升壓。

（5）控制電路采用HV57708對(duì)多路輝光管進(jìn)行控制。

1.2 輝光管性能及技術(shù)參數(shù)

1.2.1 IN14輝光管三視圖（如圖1所示）

2 多路輝光計(jì)時(shí)器設(shè)計(jì)方案

本多路輝光計(jì)時(shí)器所采用的技術(shù)方案包括四部分，具體方案如下：

2.1 單片機(jī)核心控制方案

1）單片機(jī)核心。

單片機(jī)核心控制電路，用于各組件的控制及計(jì)時(shí)功能。主控芯片采用ST公司生產(chǎn)的stm32f103RE系列單片機(jī)，該系列單片機(jī)時(shí)鐘頻率為72MHz，512K的閃存，功耗36mA，是32位市場(chǎng)上功耗最低的產(chǎn)品。以該款單片機(jī)所形成的控制電路可以用于接收時(shí)鐘信號(hào)及按鍵控制等信息，同時(shí)進(jìn)行對(duì)顯示電路的控制。

2）計(jì)時(shí)電路。

在計(jì)時(shí)電路設(shè)計(jì)中，最廉價(jià)的是直接使用單片機(jī)中的定時(shí)器，輔以一定的中斷服務(wù)程序，構(gòu)成時(shí)鐘顯示部分，這種方式是幾乎不需要增加新的硬件即可實(shí)現(xiàn)，缺點(diǎn)是計(jì)時(shí)誤差大，同時(shí)電源掉電不能保持時(shí)鐘繼續(xù)運(yùn)行。在相對(duì)要求較高的場(chǎng)合，則使用廉價(jià)的時(shí)鐘芯片（如DS1302等等）輔以備用電池，計(jì)時(shí)精度略高，但由于外接晶振精度等問(wèn)題計(jì)時(shí)誤差依然較大。本文采用DS3231SN作為計(jì)時(shí)芯片，該芯片是一款高精度I2C實(shí)時(shí)時(shí)鐘（RTC）器件，具有集成的溫度補(bǔ)償晶體振蕩器（TCXO）。集成的晶體振蕩器可提高器件的長(zhǎng)期精確度。DS3231與單片機(jī)通過(guò)I2C雙向串行總線傳輸?shù)刂放c數(shù)據(jù)。

2.2 供電電路方案

單個(gè)輝光管的工作電壓要求為170V300V，電流13mA，供電驅(qū)動(dòng)電路也成為一大難題。早期驅(qū)動(dòng)電路經(jīng)歷了電子管驅(qū)動(dòng)、晶體管驅(qū)動(dòng)、大規(guī)模集成電路驅(qū)動(dòng)等幾個(gè)階段，現(xiàn)階段多采用MC34063等集成芯片進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。由于芯片自身耗電流大，使得驅(qū)動(dòng)低，電流不足。本文采用UC3845反激升壓，效率可達(dá)75%，輸出電流30mA以上，完全滿足多路顯示驅(qū)動(dòng)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(jī)核心控制下對(duì)多路冷陰極輝光放電管的顯示進(jìn)行控制。輝光管的每一位數(shù)字都要單獨(dú)控制，傳統(tǒng)控制電路常采用74HC595譯碼芯片加高壓三級(jí)管組合進(jìn)行控制。由于驅(qū)動(dòng)6個(gè)輝光管需要60個(gè)譯碼輸出這使得硬件電路需用到8片74HC595芯片及60個(gè)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(shí)對(duì)64路進(jìn)行推挽式輸出，最大輸出電壓達(dá)80v，可以通過(guò)輸出高低壓進(jìn)行輝光管的關(guān)斷及點(diǎn)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(shí)現(xiàn)多路冷陰極輝光放電管的數(shù)字顯示。具體連接方法為陽(yáng)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(jì)時(shí)器方案介紹完成，整體效果如圖3。

3 結(jié)語(yǔ)

本文介紹了一種多路輝光計(jì)時(shí)器，重點(diǎn)介紹了主要電路的設(shè)計(jì)方案與選型，對(duì)比以往的設(shè)計(jì)思路提出了多種改進(jìn)方法。

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

通訊作者：孫克偉。