一种可控多路辉光计时器设计

许宗阳　谷汝楠　李枝亮　孙克伟

摘要：本文提出了一种控制简单，功能丰富的多路辉光计时器，克服了冷阴极辉光管多路显示电路复杂且难以控制等问题，用于特殊恶劣生产场合的时间指示或装饰居室等。

关键词：辉光显示管；计时器；升压电路

辉光显示管，亦称称“冷阴极离子管”，是一种利用辉光放电原理制成的一种离子管。离子管通过内部辉光现象进行显示。随着经济的繁荣和科技的发展，辉光显示管因其独特的显示技术及显示特性在特殊场合显示及装饰方面得到了很大的发展，市场前景广阔。基于實用性适用性原则，本文提出了一种控制简单，功能丰富的多路辉光计时器，该多路可控辉光计时器可以用于恶劣生产场合的时间计时也可应用于装饰居室，且对研究其冷阴极辉光放电管应用也有一定的帮助。

1 多路辉光计时器系统组成

1.1 辉光计时器的硬件系统组成

结构部分：

（1）采用型号为IN14辉光管。

（2）主控制芯片使用ST公司生产的STM32F103系列单片机。

（3）时钟控制芯片采用DS3231SN，其优点是高精度且内置晶振。

（4）应用UC3845芯片进行对驱动部分的反激式升压。

（5）控制电路采用HV57708对多路辉光管进行控制。

1.2 辉光管性能及技术参数

1.2.1 IN14辉光管三视图（如图1所示）

2 多路辉光计时器设计方案

本多路辉光计时器所采用的技术方案包括四部分，具体方案如下：

2.1 单片机核心控制方案

1）单片机核心。

单片机核心控制电路，用于各组件的控制及计时功能。主控芯片采用ST公司生产的stm32f103RE系列单片机，该系列单片机时钟频率为72MHz，512K的闪存，功耗36mA，是32位市场上功耗最低的产品。以该款单片机所形成的控制电路可以用于接收时钟信号及按键控制等信息，同时进行对显示电路的控制。

2）计时电路。

在计时电路设计中，最廉价的是直接使用单片机中的定时器，辅以一定的中断服务程序，构成时钟显示部分，这种方式是几乎不需要增加新的硬件即可实现，缺点是计时误差大，同时电源掉电不能保持时钟继续运行。在相对要求较高的场合，则使用廉价的时钟芯片（如DS1302等等）辅以备用电池，计时精度略高，但由于外接晶振精度等问题计时误差依然较大。本文采用DS3231SN作为计时芯片，该芯片是一款高精度I2C实时时钟（RTC）器件，具有集成的温度补偿晶体振荡器（TCXO）。集成的晶体振荡器可提高器件的长期精确度。DS3231与单片机通过I2C双向串行总线传输地址与数据。

2.2 供电电路方案

单个辉光管的工作电压要求为170V300V，电流13mA，供电驱动电路也成为一大难题。早期驱动电路经历了电子管驱动、晶体管驱动、大规模集成电路驱动等几个阶段，现阶段多采用MC34063等集成芯片进行驱动。由于芯片自身耗电流大，使得驱动低，电流不足。本文采用UC3845反激升压，效率可达75%，输出电流30mA以上，完全满足多路显示驱动需求。升压电路图如图2。

2.3 辉光管控制方案

本方案用于在单片机核心控制下对多路冷阴极辉光放电管的显示进行控制。辉光管的每一位数字都要单独控制，传统控制电路常采用74HC595译码芯片加高压三级管组合进行控制。由于驱动6个辉光管需要60个译码输出这使得硬件电路需用到8片74HC595芯片及60个高压三极管。其控制方式占用大量资源且控制方法繁琐。本文使用HV57708移位寄存器电路，可同时对64路进行推挽式输出，最大输出电压达80v，可以通过输出高低压进行辉光管的关断及点亮。

2.4 辉光管显示方案

本方案用于在辉光管控制电路控制下，采用供电电路提供的工作电压实现多路冷阴极辉光放电管的数字显示。具体连接方法为阳极连接升压输出，阴极连接移位寄存器引脚。

至此，整体多路辉光计时器方案介绍完成，整体效果如图3。

3 结语

本文介绍了一种多路辉光计时器，重点介绍了主要电路的设计方案与选型，对比以往的设计思路提出了多种改进方法。

参考文献：

[1]闫石.数字电子技术基础[M].高等教育出版社，2006.

[2]李全利.单片机原理及应用[M].高等教育出版社，2012.

[3]谢自美.电子线路设计.实验.测试[M].华中理工大学出版社，2000.

作者简介：许宗阳（1996），男，山东聊城人，本科在读，就读于哈尔滨理工大学荣成校区，研究方向：电子信息工程。

通讯作者：孙克伟。