赵志峰
【摘要】文章提出了一种利用辉光管制作电子时钟的方法，具有一定的实用价值与现实意义。
【关键词】辉光管;电子时钟;制作
数字电子时钟是采用数字电路对时、分、秒数字显示的计时装置，已成为人们日常生活必不可少的生活用品，现在电子时钟主要以LED或LCD做为显示。[1]使用多了后感觉了无新意，很多无线电爱好者和电子工程技术人员在不断开发探索能否利用新的发光源来做为显示工具。
本文所采用的辉光管发光QS30-1由0-9个灯丝分别发亮，发出桔红色的光芒，给人温暖，特别在深夜时给人无尽的遐想。故受到了标新立异和喜欢走复古路线人士人喜爱。
1.电子钟系统组成
1.1 电子钟的硬件系统组成
辉光管电子时钟系统的主要构成部分：
（1）采用型号为QS30-1辉光管;
（2）主程序芯片使用ATMEL公司的MEGA88单片机;
（3）驱动部分为74HC595配合三极管驱动;
（4）辉光管电压采用倍压整流产生;
（5）辉光管采用12P的信号座引出，PCB上不焊接辉光管插座;
（6）时钟IC采用DS1302的时钟IC，外接晶振工作非常准确;
（7）S232接口，可以接GPS或电脑升级程序。
1.2 辉光管的主要性能与技术参数
1.2.1 QS30-1辉光管外形（如图1-1所示）
图1-1
1.2.2 QS30-1主要技术参数（如图1-2所示）
图1-2 QS30-1主要技术参数
2.关键元器件的选型与电路设计
2.1 硬件部分的电路设计
（1）设定上午7时开始时钟运行，默认到午夜0点熄灭，按任意键点亮辉光管时钟。
（2）电子时钟提供了与计算机通迅功能。
先确定辉光管的驱动管。由于辉光管的工作电压为170V，所以驱动三极管要求的Vceo要大于170v，比较安全的范围是Vceo>250V。采用13001，技术参数符合要求。[2]
2.2 驱动升压电路的设计
辉光数码管的驱动也经历了电子管驱动、晶体管驱动、集成电路驱动等几个阶段， 还曾经出现过辉光数码管专用驱动集成电路。现在，电子技术的发展使我们可以用单片机通过三极管来驱动它[3]。根据资料所得辉光管的阳极电压为DC170-280v，电流1-3mA，启辉电压为170v，限流电阻跟阳极电压有关，要让它工作，就必须为它提供170v以上的高压。如图2-1所示。
图2-1
PWM是由单片机产生的;是一个脉宽可变的信号，ADC是单片机的模数采集端口。单片机把升压的电压采回来，在调节PWM的占空比实现稳压这样做法有下面的好处：不同参数的辉光管的工作电压可以通过软件（PC串口软件）调节输出电压;调节辉光管的亮度！
当升压电路试验成功后，就可以设计电子时钟的MCU控制部分、电源部分、译码及驱动部分电路了，MCU采用常用的MEGA88，体积小，内置晶体，支持在线编程及调试，很方便，价格便宜，这里面用到的译码电路是74HC595，但要注意的是驱动辉光管用的三极管要耐高压，所以这里选用了常用的A42。还有时钟IC1302是很较常用的时钟IC，但时钟走的准不准，取决于匹配的11.0592MHz晶体的精度。
2.3 译码电路
2.3.1 DS1302接线图
DS1302常用的一款时钟芯片一颗晶体，一颗电容即可，通过3线与MCU通讯。
2.3.2 译码电路主要工作原理
译码电路主要由74HC595核心，它是由3线串口通讯，每个驱动芯片提供8个译码输出，以前常用于LED数码管的驱动，加上小数点正好8段。但这次使用的是辉光管，每显示一个数字就需要有一个驱动，所以为了6个辉光管每个数字都能亮，一共需要60个译码输出，因此要用到8片74HC595芯片。
3.辉光管时钟的组装与调试
3.1 元件清单及说明
D1、D5是1N4007，D1用于防止电源反接;D5是继电器反向电动势吸收二极管。D6是TVS保护二极管;并联5V电源两端，保护5V电路上的元件高压肖特基二极管HER108，用于高压升压整流。芯片28脚的是MEGA88。
HC595用来扩展单片机的引脚，因为全部的驱动需要64个IO所以必须要扩展;时钟IC为贴片元件芯片MAX232，是同电脑通讯用接插件。电路采用1A的自恢复保险丝，短路时会断开，电路回复正常后，会自动接通。有一个晶振（11.0592MHz），时钟IC的晶振是集成到IC里面的;MOS管是升压用。
3.2 电子时钟电路的组装焊接
先焊接电源和单片机部分;5V电压正常后，插上MEGA88的IC，上电后，发光二极管会在不停地闪烁;表示电路正常。MAX232用于和电脑通讯用;时钟IC是贴片的，焊接时间不要过长;法拉电容主要极性。D2是1N4148的二极管。该电路焊接完毕后，把辉光管驱动电路焊接好，接上辉光管，时钟IC是否正常。
以上元件及线材全部焊接完毕后就可进入电子钟调试阶段。元件焊接完毕后，通电测试，测试点T4的电压应为180伏左右。
3.3 整机通电调试
接通电源前应仔细检查电路板上有无异常现象，检查确认无误后才能通电。电路接通后辉光管以“0”->“1”->“2”->“3”-> “4”->“5”->“6”->“7”-“8”>“9”单独显示。
（1）显示一轮后，进入时间显示，初始设置的时间为8：00;
（2）接上按键，按动校时键，小时应能校正;
（3）按动校分键，分钟应能校正;
（4）秒每次在校正时间都会被设置为0。
时钟显示的冒号，使用的氖管，一般电流调整为1.5毫安左右，具体方法是测量限流电阻R24＼R25＼R53＼R52的电压，电压/电阻就得出电流了，所示的20K电阻要通过实际调整为12K电阻。
3.4 辉光管电子钟正常工作程序
輝光钟的默认的运行程序以、在0：0会熄灭显示，早上7：00会自动亮，以增加辉光管的寿命，当辉光管关掉后，按任意按键会点亮辉光管，直到第二天的0：00熄灭。
电子钟整体完成后通电的效果图如图3-1所示。
图4-1 辉光管电子时钟整体效果图
至此，整体辉光管电子时钟装配完成！
4.结束语
本文介绍了利用辉光管QS30-1制作电子数字钟的制作过程，重点介绍了主要控制电路的设计，单片机程序的设计和整体辉光管电子钟的整体安装和制作过程中所遇到的一些问题及对应方法，其中包括关键元器件的选形等。
参考文献
[1]谢自美.电子线路设计、试验、测试[M].华中理工大学出版社，2000.
[2]阎石.数字电子技术基础[M].高等教育出版社，2006.
[3]李献忠.单片机原理及应用[M].西安电子科技大学出版社，2004.
