QS30-1 Nixie Module | 辉光管显示模块 介绍【软件篇】

在上一篇文章QS30-1 Nixie Module【硬件篇】中,重点介绍了辉光管显示模块的硬件部分及设计、制作过程。

或许我们对她独特的显示效果始终难以忘怀,但要让她焕发夺目色彩,重点还在于应用。该模块在其硬件方面已经具备了完备的功能,应用软件方面则需要结合实际应用要求来设计。先来回忆一下那种火红的朦胧:

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无论何种应用方案,基于硬件设计原理,该模块的底层控制实为对74HC595的通讯控制,在这里,我以51单片机控制板为核心来介绍一下底层驱动软件的设计方法。

每个显示模块的辉光管数字0-9和RGB LED以及两颗Neon Lamps均由两片74HC595来控制,共需要16bit(2Byte)数据。根据原理图,两片74HC595共有16个输出端对应16bit数据,对应关系表如下:
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QS30-1 Nixie Module | 辉光管显示模块 介绍【硬件篇】

辉光数码管|Nixie tube,上世纪60-80年代的产物,电子技术发展历史的见证之一,相信有很多朋友对其了解甚少甚至从未亲眼所见。
但就是这现如今已濒临绝迹的古老器件,却让见过她的人都无法忘记那特有的显示效果,甚至开始感叹40年前的创造竟赋有如此的艺术气息…
单单是看到管身上那淡淡的白色印戳,刹那间便让人肃然起敬——这些辉光管的出生竟然比我还早许多年…
或许这样几十年,她等待的只是一份热情,一次点燃她内心火红热情的电击……

为了让这古老的并极富艺术气息的器件发辉余热,近些年来我一直在努力寻找现代技术与古典相结合的应用。虽然也创作出不少经典作品,但随着一次次的思 维枯竭,便萌发了一种把辉光管作为显示模块的想法,让喜爱她的朋友,把更多的精力和时间投入到创意制作当中,而不必去烦恼如何产生170V高压、如何整理 逻辑驱动器、如何去焊接制作……
无需硬件基础,只需要懂一点单片机知识,有一个最简单的单片机系统板,或Arduino系统板,4条IO口线,即可完成对几十个辉光管的显 示控制(每个模块还带有1个RGB全彩LED,两个氖灯作为冒号或小数点应用)。

首先感谢aGuegu在第一时间协助测试该辉光管显示模块,并开发了Arduino类库。

先简单的介绍一下辉光数码管,她是真空电子时代的产物,是利用辉光放电效应产生光亮来显示数字及符号的一种电子元件,诞生于上世纪60年代,到了80年代末慢慢的被其他技术所创造的新型器件所取代。

该辉光管模块采用的是中国产QS30-1型辉光数码管,它是一款较为常见的型号,直径30mm,顶部显示方式,插拔式13脚封装。先介绍一下辉光数码管的特点:

辉光数码管有四个特点:
1、较高的工作电压。辉光管的工作电压在直流170V以上,所以对于现代低电压设备时代来讲,要让他工作起来的难点在于如何产生DC170V以上的工作电压。
2、工作电流较小。工作电流较小是辉光放电效应的特征,辉光管的工作电流只有1mA-3mA左右,几乎没有什么功耗,并且不发热。
3、字形独特,显示具有层次感。辉光管中的数字或者符号都是一片片专门的金属制作并堆叠而成,独特完整的字形令现代的7段数码管、点阵显示模式都无法抗衡。
4、温暖的橘红色光芒。辉光管内部气体是氖气,辉光放电效应所产生的光芒为橘红色,尤其是在夜晚,朦胧之下给人温馨之感。

下面先看一下实物图片,然后再做详细介绍:

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制作辉光管修复仪,附带所有型号辉光管、荧光管检测功能【严泽远作品】

    眨眼间,自己玩NIXIE已经大半年时间了。中国产的各种电子数码管一一细数过其实无外乎那么几种。
    辉光管:QS30-1(或相同规格不同型号的SZ-8.SZ3-1),QS18-12(或同规格不同高度的QS18C),QS27-1,QS16。
    荧光管:YS30-3,YS27-3,YS18-3,YS13-3,YS9。
    毕竟是几十年前的古董,有时很难从外观上分辨好与坏,所以在收集这些管子的时候,往往无从下手。所以自己设计了一款辉光管、荧光管测试仪,能够检测国产所有型号的荧光管和辉光电子数码管。
    还有一个重要的功能,就是辉光管修复功能。很多辉光管经过几十年的封存,可能会存在数字无法显示完整,总是缺划的故障现象。我也是潜心琢磨了很久,从硬件电路到软件设计,再加上国外辉光大师的指导,做出了适合中国产辉光电子数码管的修复功能,现在用于对QS30-1和QS18-12的数字缺划缺陷的修复上,非常有效。
    先SHOW一下图:

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QS18-12辉光钟.黄金纪念版.GPS校时.二十四小时的感动(古典版IV)【严泽远作品】

做过那么多时钟,为什么还是喜欢辉光管?原因其实很简单,它上面刻有历史…

或许您对电子管没有一点感情,也或许您见到的第一台数字电子时钟就是现代科技造就的LCD,LED甚至VFD…但透过久远的岁月,重温那时的一点一滴,想象一下没有大规模集成电路的时代,想象一下没有手机、没有网络、甚至无线电视信号也就只能收到中央电视台的时代,辉光管也只有在军队的电子装备上能够见到…

很多朋友第一眼见到辉光管,即评价:这个灯很耗电吧…其实一点也不意外,毕竟了解辉光管的朋友不多,甚至大多数人都还认为这里面是灯丝通电发热才显示,其实,辉光管工作的时候根本就不发热,1mA的电流即可点亮,相当于170mW的功率,几乎不怎么有功耗。

最喜欢辉光管的有三点:
首先它显示数字很有层次感,所有数字前后错落有致,从稍侧面看去,层次感极强。
其次就是辉光的那种温暖的橘红色光芒,尤其是在夜晚,朦胧之下给人温馨之感。
再次就是字体的形状,LED,点阵都无法与其媲美,毕竟每个字都是一片专门的金属制作而成,独特的完整的字形,类7段显示的模式都无法抗衡。

言归正传,QS18-12是70-80年代中国造最大尺寸的侧显辉光数码管,当然,现在这个型号的辉光管已经濒临灭绝,是极其罕有之物,在辉光管当中,其实又分为顶显与侧显,侧显的管身直立,更有电子管的味道,所以备受亲睐。这次的QS18-12管子也非常非常少,物以稀为贵,为了能够匹配这稀缺的具有历史意义的QS18-12辉光管,历时两个多月的筹划与设计,QS18-12黄金纪念版辉光电子时钟正式揭开它的神秘面纱,先来几张大图秀一秀:


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SHOW一下你可能没见过的QS30系列辉光电子管

辉光管这东西貌似现在知道的人越来越少了,都是上世纪70-80年代生产的产品,那个时候没有LED,更没有LED点阵,想显示数字和符号,只能使用这种辉光电子管。
辉光管的原理我就不罗嗦了,不过还是有很多朋友认为这里面的数字是灯丝发热发出来的光,见到辉光管就说“耗电大户”。当然相对于现在微安级的LCD来说是耗电很多,但他绝不像灯泡一样费电。
前一段时间折腾了几台辉光钟,有QS18-12侧显的,也有QS30-1顶显的,但是这些都用到的是辉光数字管。
今儿扒拉扒拉自己手上的QS30-1系列的管子,发现种类还真多,可能有很多很多朋友们都没见过,所以来SHOW一下:
其实QS30系列的数字管有很多种,不大注意的话可能还真没发现。在我手上见过的数字管有5种:南昌的两种,宇宙的一种,风光的一种,上海的一种。
我感觉效果最好的,我指的是显示效果最好的,辉光线条纤细,发光均匀的,还当属风光牌的。上海产,但是现在几乎买不到了,我手上也仅有20只左右,已经当 宝贝收藏了。他的特点是管顶部是横竖的网,当然,侧面打着“风光”的商标。我刚说的“上海牌”效果也很好,但是很少见,我手上有10几只,跟风光内部看起 来一模一样,我估计就是“风光”的姊妹品牌,呵呵。
下图为最好的“风光”牌:

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为古典的她穿上华丽的外衣 新做QS18-12辉光管电子钟外壳【严泽远作品】

        辉光管电子钟已经做出来好久了,一直都是在客厅裸奔。当初设计她的时候在PCB板上花了很大的功夫,做得镀金的迷宫线条。时间久了,感觉也有些审美疲劳,打算还是为她设计一款外衣。
因为个人非常喜欢QS18-12的这款钟,所以先从她下手啦。
一共设计了两款,一款简单大方一点,面板尺寸小一些,比较干练。另一款像做了个大裙摆,大气一些,有层次一些。
中间夹的是松木,其实我原本定的是红胡桃木,后来因为尺寸搞错了,所以先用这个松木的做了样子,相信红胡桃木做出来效果更好。
螺丝这次全部换成不锈钢的内六角螺丝,呵呵,引用soso老兄的话:内六角,必须地…
还是欣赏一下照片吧(还是在客厅取景,不过顺带用了两颗刚给老婆买的草莓做道具,哈哈):

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