二十四小时的感动(古典版II) 自制QS18-12辉光管电子时钟【严泽远作品】

于2010 年 11 月 25 日2010 年 11 月 25 日由严泽远发布

前几天刚刚完成QS30-1管的辉光钟，有不少朋友在向我讨教如何制作。说实话，就个人而言，我更喜欢QS18-12辉光管。

QS30意思就是直径30mm，QS18当然管子直径只有18mm，虽然个头小，但QS18-12辉光管是立式的，而且看起来感觉更古典。老规矩，先秀一下做好的NIXIE tube Clock with QS18-12（拍照的时候依然使用了一些客厅的小道具，哈哈），然后再附上设计制作过程。大部分过程在QS30-1辉光管电子时钟的制作贴里介绍的很详尽了，这里就把根QS30-1设计和制作过程不同的地方说一说。
SHOWTIME：

一、本次DIY的QS18-12辉光数码管电子钟功能及特点（跟QS30-1管做得辉光钟操作方法完全一致，依然全部采用红外遥控，只是少了星期显示功能）
1、采用DC12V供电，最大耗电电流280mA。
2、使用6只QS18-12辉光数码管，能同时显示年月日或同时显示时分秒。
3、采用4颗直径3mm的氖灯，能指示时钟冒号。
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C8051F023作为主控MCU，所有程序采用C语言编写。
13、采用74HC145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QS18-12辉光数码管参数特性及相应的必要试验
QS18-12辉光数码管跟QS30-1的工作原理相同，这里也不再赘述，根据我的设计思路，还是习惯先作必要的测试实验。
先来SHOW一下拿到的QS18-12管子，这些管子的年龄依然比我还要大，而且比QS30-1管子还要早几年：

新光的管子，说实话还真不知道是在哪儿产的。不过75年我国能有能力生产这个管子的地方也不多。
上工作台，还是老样子，用洞洞板搭出来一个升压电路，看看能否点亮QS18-12，然后测试相应的参数，选择合适的限流电阻等等。同样是使用MC34063+IRF840做的升压电路，在QS30-1辉光钟上已经成功应用了。
虽然体积比QS30-1小，但是字可不比它小，因为这个QS18-12个子高，SHOW一下测试时点亮的效果吧：

近距离的看一下QS18-12，显示的数字比较细腻，而且数字尺寸比QS30-1的大一些。

三、电路原理图设计及PCB板设计
上面这个实验验证了QS18-12辉光管的工作条件与QS30-1一样，在这之后就可以放心设计其他部分电路了。不过这次打算换个玩法，不打算选用C8051F310作为主MCU了，打算换个C8051F023玩玩。译码器这次不选用串口的了，选个并口的74LS145用用试试。数字电路这东西想要达到目的有很多选择，多用几种方案也能多积累点经验，不过这些IC以前用的太多了，各有各得优点，但都能满足驱动辉光管译码的目的。这东西要自己给自己创造锻炼的机会，呵呵。
这些电路也几乎不用做实验了，不多说，上电路图，与QS30-1不同的地方就是译码部分和MCU部分：

设计PCB的时候，我还是花了不少时间在元器件的布局上，依然采用全部SMT贴片工艺，并且将所有的元器件布局在一块电路板上，双面板，不过这次的PCB尺寸比QS30-1的尺寸小一些，是176mm x 50mm。
上层依然不放置任何元器件，保持整洁的效果，线条也是围绕每一个辉光管做环形迷宫，哈哈。
总之工艺跟QS30-1的辉光钟相同，SHOW一下效果：

四、硬件电路的焊接与调试过程

PCB板跟QS30-1一起做的，而且采用同样的沉金工艺处理，看一下PCB板的效果：

准备操刀焊接，上次焊完QS30-1，家伙事儿都没收拾，还是老样子，热热身，开始焊。

依然是老规矩，先把高压升压部分电路焊接完成。电路跟QS30-1用得是一样的，一颗MC34063，一颗MOS管SPP9435，还有个330uH的贴片电感和MOS管IRF840。只是电路板布板不同。
反复的检查…………还是反复的检查………..
通电，升压电路正常工作。

这就是焊接好高压部分的电路板：

继续焊接5v DC-DC部分电路，焊接完毕以后同样是检查再检查………….
通电，一次性通过。

这是5V DC-DC部分的电路焊接好的样子：

下面开始焊MCU了，因为这次是64个脚的TQFP封装了，比C8051F310的间距小很多，所以焊接难度比310大一些。不过用刀头还是能很轻松搞定，目前我的记录保持在33秒左右。
第一步还是把焊盘的一个角上沾上锡，然后拿镊子夹着芯片，对准焊盘，把一两个角给焊上。
第二步就拿焊锡丝使劲儿的上锡，不用管粘不粘连。
第三步就是用刀头沾上松香一下两下就能把所有的锡挂下来，而且保证焊接牢靠。
看一下过程照片：

花了一会儿功夫，把所有的元件全部焊上。
电容30颗、电阻43颗、三极管70颗……………..

SHOW一下：

中间的两个冒号，用了两个3MM直径的氖灯，跟QS30-1上面用得一样，在上篇帖子里做过详细介绍。
然后还是用5MM直径的小试管给套上，呵呵，这个小试管跟QS18-12也很搭配。
SHOW一下：

六、编写译码电路驱动程序
这次使用的译码电路是74LS145，也是是很常用的器件，并口通讯，非常简单，我就不再赘述。
驱动起辉光管后的效果：

七、编写DS1302时钟芯片读写程序
八、编写18B20温度传感器读写程序
九、测试红外线遥控器发射和接受，编写红外遥控器解码程序
十、使用红外线遥控器实现相应功能
这些程序在QS30-1的制作贴上都做过详细介绍，程序移植过来花了5分钟时间，包括红外线遥控器的操作功能全部一模一样，只是在制作过程中发现了一个严重的问题：
我被这古老的辉光管资料严重误导，如下：

还好，只是管脚定义弄错了，原本不用的小数点其实是显示数字’4’用的。结果没办法，只能每个辉光管上飞一根线。就跟上面图一样。
跟QS30-1的创意相同，我在每个辉光管屁股底下放一个高亮度的白光LED，但是这次没法放贴片的了，只能用直插的上。先把LED管脚弯一下，就跟下图一样，然后焊在辉光管底部的大孔中部，发光要对准辉光管，呵呵。

十一、大功告成，为辉光钟上一个底板，就用镀金的PCB板做外壳。

整体硬件、软件全部完成。
跟QS30-1完全不同的风格。
还是为了不磨损金层，用了尼龙的螺柱跟螺丝，继续奢侈的用一块沉金的PCB板做底座，终于站立起来，呵呵！

十二、总结，上图，收工。

        因为有了上次做QS30-1辉光钟的程序，所以这台QS18-12辉光钟用了两天就全部完成。风格类似，整个电路板硬件部分全部集中在一块双面PCB板上，而且只用一面布局元器件，整体从上面看起来非常整洁。
        沉金的线条还是那么金黄色，而且很难被氧化，这些镀金线条围绕衬托在辉光管的周围依然很匹配。在打造这个辉光钟的过程中，从硬件到软件都体现了古典与现代结合的特色。         这里面用到的元器件前后跨越30多年，现在把它们组合在一起做成了一个记录时间流逝的时钟，也算用它们去铭记历史，见证发展。
        下面还有我做的三个时钟的合影（QS30-1辉光钟,QS18-12辉光钟,LED点阵时钟）
        不多说了，上图，收工。