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用辉光数码管制作的数字钟

作者:  时间:2009-05-07 06:37  来源:

辉光数码管是真空电子管时代应用的一种数字发光显示器件,它是利用带有一定电压的电极在惰性气体中时,阴极产生辉光放电发光的原理进行数字显示的。其外形和普通电子管相似,但内部没有加热灯丝,是一种冷阴极辉光放电管,在玻璃管内封装有 lO 个阴极 K( 带小数点的为 11 个阴极 ) 和 1 个公共阳极 A 。 10 个阴极分别用金属丝做成 0 ~ 9 共 10 个阿拉伯数字的形状。通常为美观的手写字体,在管芯内用陶瓷绝缘子把它们相互绝缘分隔开,并叠装在一起, 10 个阴极和 1 个阳极通过内部引线焊接在相应的管脚上,通过底部引出。

目前能买到的辉光数码管都是库存品,常见的有 QS18 — 12 型侧面显示辉光数码管和 OS30 型顶端显示辉光数码管,显示都是橘红色的。 QS18 一 12 的管脚为须状,可以直接焊在电路板上,而 QS30 的管脚是硬的,应配专用管座使用。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。做出的数码时钟橘红色的辉光、柔和的手写字体,别有一番风味。本文给大家介绍用 OS18 一 12 侧面显示辉光数码管制作的 6 位数字钟。

先来介绍一下主要元件: QS18 — 12 辉光数码管。该管的外形尺寸见图 la ,阳极电压为直流 170v ,电流 1mA 一 2 . 5mA ,启辉电压为直流 150V .限流电阻 20k Ω ( 静态显示方式下 ) 。使用时,阳极电压取 160V 就可以了。引脚排列见图 1b 。在该元件的参数手册上标明了其寿命大于 500h ,不过它的寿命远大于这个数。

选择用单片机作为控制器件,驱动选择动态扫描方式,从显示效果来看,与静态驱动差别不大,没有发现显示闪烁和高频扫描产生噪音的问题。电路见图 2 。单片机选用。 AT 89C 51 ,共有 32 个 I / O 口,扫描显示占用 17 个,时间调整占用 2 个。阴极字选驱动用耐压 180V 、最大电流 600mA 的 NPN 型高反压小功率三极管 2N 555l ,阳极位选驱动采用耐压 160V 、最大电流 600mA 的 PNP 型三极管 2N5401 和 2N5551 复合,二者均为 TO — 92 封装。由于所有三极管都工作于开关状态,因此功率问题可不考虑。

为防止电源断电对时钟走时造成影响,电路中接有备用电池,可以选用充放电保护电路完好的锂电池芯。由于三极管工作时的电流很小,因此 I / O 口的外部上拉电阻可以选得较大,以利于延长停电状态下备用电源的工作时间。

程序采用汇编语言编写。使用片内定时器产生秒信号,在 10 时位为 0 时能够消隐,另外使用了时位和分位两个小数点做秒闪显示,程序流程见图 3 。

辉光数码管电路的电源比较特殊,有必要详细说明一下。控制电路部分的电源采用 78 L 05( 或 7805) 对一个 10V 左右的直流进行稳压就可以了,电路见图 4 。为安全考虑, 160V 的阳极直流电压应该与市电隔离,不能通过简单的电阻分压或自耦变压器从市电获得。现介绍三种高压获取方法:

1 .使用双绕组 50Hz 铁芯电源变压器或两个独立的单绕组电源变压器,其中,一个 9V 绕组给控制电路供电,另一个绕组给阳极供电,见图 4a 。如该绕组电压较低,可以采取倍压整流电路或多倍压整流电路,见图 4b 和图 4c ,这里推荐采用图 4c 的电路.因为这种电路输出端的高电压均匀分布在所有的电容上,使用的元件规格少。

2 .使用两个单绕组 50Hz 铁芯电源变压器.变压器 B1 中一个 9V 绕组给控制电路供电,同时该电压接入变压器 B2 的次级绕组,由于变压器 B2 反向使用,在它的初级绕组中就得到一个较高的电压,适当选择变压器 B2 的电压规格,就可以得到合适的高压,见图 5 。

3 .使用开关电源。开关变压器应有两个绕组,其中一个 9V 绕组给控制电路供电,另一绕组给阳极供电。电源可以用手机充电用开关电源改造获得,即在原开关变压器上用直径 0 . 15mm 漆包线加绕一个高压绕组,原理示意图见图 6 。

调试时。如果发现有的不该亮的数字有淡淡的显示,则可能是由于阳极位选三极管的微弱穿透电流引起的,把该管的阳极通过一个 1M Ω的电阻接地,将穿透电流旁路掉就可以了。

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