24小时的感动(古典版I) 自制QS30-1辉光电子钟附百图[首发]_haoDIY

辉光管是电子管的一种，属于很古老的数码显示器件，在没有LED的年代，显示数字和符号就靠它。这种管子现在应该算古董了，这次DIY用的QS30-1辉光管大部分都是70年代和80年代生产的。在国外，有不少玩家在用它制作辉光时钟，辉光时钟也叫NIXIE tube Clock，受他们的启发，我也自己从头开始设计了一套使用国产QS30-1的辉光数码管电子时钟。

先秀一下做好的NIXIE tube Clock（拍照片的时候用了些客厅里的东西做道具 ^_^ )，然后再付上详细的设计制作过程。

24小时的感动(古典版I) 自制QS30-1辉光电子钟附百图[首发]

一、本次DIY的QS30-1辉光数码管电子钟功能及特点

1、采用DC12V供电，最大耗电电流400mA。
2、使用6只QS30-1辉光数码管，能同时显示年月日或同时显示时分秒。
3、采用13颗直径3mm的氖灯，能指示星期和时钟冒号。
4、采用红外遥控器进行所有功能操作（开/关时钟、显示农历、公历、室内温度、调整日期时间等等）。
5、每颗辉光管底部有一颗贴片高亮白光LED做背景灯，在关机的时候背景灯能够每秒钟交替明暗一次（注意是明暗过渡，不是亮和灭，采用了PWM制作的LED调光，在晚上效果很炫），也可以在开机的时候通过遥控器打开或关闭背景灯功能。
6、采用无源蜂鸣器来对每一次遥控操作进行声音提示，不同的操作功能和结果会有不同的响声。
7、能够根据公历时间自动计算出星期几，并且能够自动计算出农历日期，在设置时只需要设置好公历日期即可。
8、为了延长辉光管的寿命（毕竟电子管的寿命相对LED短很多），可以用遥控器关闭辉光时钟，但每到整点时刻，辉光钟能自动启动显示10秒钟时间，启动时会有整点报时。
9、采用18B20作为温度传感器，能够显示室内温度。
10、全部电路布局在一块双面电路板上，电路板经过精心设计，线条细腻，与辉光管相映成辉，所有GND网络线条均镀金处理，电路板厚2mm。
11、内部采用DC-DC升压电路，提供180v的直流高压供辉光管使用，体积小，效率高。
12、采用C8051F310作为主控MCU，所有程序采用C语言编写。
13、采用74HC595做译码控制辉光管显示相应数字。
14、采用DS1302时钟芯片，配合西铁城高精度晶体谐振器(32.768kHz,精度±5ppm)。
15、MCU及时钟芯片等所使用的5v电源也采用DC-DC电路降压，效率高，发热量小。

二、设计之前了解到的QS30-1辉光数码管参数特性及相应的必要试验

辉光数码管跟普通电子管样子相似，起初对它无任何了解，拿到这个QS30-1管子以后发现它内部并没有加热灯丝，后来查阅部分资料才知道它是一种冷阴极辉光放电管，玻璃管内部封装有10个阴极，分别用金属丝做成了0-9一共10个阿拉伯数字形状，然后再管芯里面用陶瓷绝缘子把它们相互分隔开，并且重叠在一起。
先SHOW一下手头上的这些QS30-1辉光管，这些管比我的年龄都大许多：
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QS30-1辉光管是插脚的，可以配上管座，旁边的这个白色的陶瓷座就是可以配合使用的管座。
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下面要做的就是怎么能让这个辉光管亮起来，发出她那迷人的辉光，说实话起初对它没抱太大希望，后来点亮以后的确见识了辉光那迷人的橘红色。先看一下它的资料，资料很老了已经。
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可以看到，辉光管的阳极电压为DC170-280v，电流1-3mA，启辉电压为150v，限流电阻跟阳极电压有关，推荐的参数也写的很清楚了，所以要让它工作，就必须为它提供170v以上的高压。结合以前的经验，计划选用MC34063作为DC-DC升压IC，电路图设计如下：
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MC34063的应用方案比较简单，但是从12v升到180v左右，效率应该会比较低。但6颗辉光管一共的工作电流也不大，所以用这套电路应该没有问题。电路中使用了一个MOS管IRF840做为高压推动，并且输入端用了一颗MOS管做供电开关，可以由MCU控制给MC34063的供电的通断。
为了验证这个DC-DC升压方案是否可行，我用洞洞板搭了一个实际电路。虽然比较乱，但是可以验证升压电路效果，见下图：
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辉光管在180v左右的时候被点亮，看一下近距离的数字0被点亮的效果：

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三、电路原理图设计及PCB板设计

这个试验做完，就可以放心大胆的设计MCU控制部分、电源部分、译码及驱动部分电路了，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。MCU采用常用的C8051F300，体积小，内置晶体，支持在线编程及调试，很方便，价格便宜，9RMB左右。还有值得一提的是，DS1302是很常用的时钟IC，但时钟走的准不准，取决于匹配的32.768kHz晶体的精度。我这里选用的是日本西铁城晶体，精度为±5ppm。
成这些电路部分几乎不用做实验，马上设计电路图 ^_^ ：
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在设计PCB的时候，我花了些时间在元器件布局上，全部采用SMT贴片器件，并且将所有元器件布局在一块257mm x 60mm的双面电路板上。在电路板上层只放置辉光管座，不放置任何元器件，这样会使电路板看起来整洁，并且围绕每颗辉光管画了很多类似迷宫的环形线条。这些线条有的是作为网络线路走线，有的是GND网络填充空白区域做得线条，每段线条都不同。
在电路板上层用焊盘绘制了星期一到星期日的标识，电路板边缘也用了弧形线条布置。
电路板底层也用了对称的布局方法，把驱动辉光管每个脚的对应电阻和三极管环绕辉光管座进行布置。
SHOW一下PCB上层和底层的效果图：

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为了让所有GND网络的线条看起来漂亮一些，利用Altium Designer分离了所有的GND网络，然后复制到原来的网络线条上，再将其全部改为Top Solder层，然后将线宽全部增加4mil，这样，所有的GND网络线条就全部禁止了阻焊，能露出铜箔部分，然后再要求PCB加工厂将所有未上阻焊的铜箔线条做沉金工艺处理（不是镀金，是沉金，沉金的视觉效果更好，更黄亮，达到我的设计目的，但金层的致密性不如镀金的好，但满足我的要求），用3D模式看一下效果图就是如下样式：
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PCB板设计好了以后，就是漫长的等待，等待PCB板厂加工好。
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四、硬件电路的焊接与调试过程

辉光数码管跟普通电子管样子相似，起初对它无任何了解，拿到这个QS30-1管子以后发

过了10天时间，PCB板到货，SHOW一下效果，跟设计的效果无异，欢喜ing...........
SHOW一下PCB板实际效果：

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