用辉光数码管制作的数字钟

文章摘要：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

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　　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20kΩ（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。AT89C51，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2N555l，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78L05（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1MΩ的电阻接地，将穿透电流旁路掉就可以了。

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