前苏联IV-18荧光数码管时钟开发(ИВ-18)

1. 前言

之前在网上看到辉光管的视频，感觉对前苏联工艺很感兴趣，很喜欢那种复古风，查了很多资料，发现那玩意儿好像咱也玩不起，一个大管子好几百，还要高压电路，忒麻烦了。后来又了解到前苏联的荧光数码管，虽没有那么强的复古风，但是看到那透明的基板，比头发丝还细的栅极网，还是不得不感叹那个时候居然有这么好的工艺。
　　当然对于我来说还是亲民的价格，一根管子不到100，自带8段数字显示，一根管子就能直接当时钟，驱动电压更低，集成DC-DC即可满足驱动需求，大大减小电路体积。
　　当然网上也有大神做出来的成品，但是几百块的价格实在让人难以接受，于是在查阅许多资料后，我决心用低成本方案自制一个出来，因此整篇文章都透露出贫穷的气息 。
　　
　　这里放几张从网上找来的图片：(绝不是我懒得拍)

2. 电路设计

2.1 主控部分

主控部分采用STM32C8T6，很常用的单片机，价格便宜，外设丰富，引脚多。主控部分就是最最最简单的单片机最小系统，由于太简单，就不贴图了。

2.2 电源部分

系统由MicroUSB输入5V供电，供电电路由2个部分组成，一是5V转3.3V为单片机供电，芯片采用ASM1117这种常见的LDO，图就不贴了。
　　另一部分是荧光管供电，电压需控制在40-60V左右，芯片采用XL6007E1，是一款国产DCDC芯片，最高输出电压可达60V，不需要外扩MOS管，SO-8封装满足使用需求。升压电路如下图所示：
　　
　　标准的boost结构，输出电压只需通过调节R7和R8的比值即可，EN引脚接入单片机可以方便控制电压是否输出。5V输入端加入TVS管，防止接错电压烧坏板子，单向TVS管还自带防反接功能，可谓一举两得。

2.3 外设部分

外设部分由时钟、蜂鸣器、温度、红外、光敏、按键，六个部分组成。
　　时钟芯片采用DS3231MZ，内置温度补偿，据说是年误差为1S，同样SO-8的封装，只需要很少的外围电路即可驱动，电路如下：
　　
　　芯片采用I2C通信，同时具备32.768KHZ输出和秒脉冲输出，将时钟输出接到单片机的晶振输入上，秒脉冲输出接到GPIO上，方便单片机控制。
　　其余部分简单介绍一下：
　　闹钟使用无源蜂鸣器，准备采用单片机PWM控制音调。
　　温度检测使用18B20作为备选，时钟芯片内部有温度模块，但是分辨率只有0.25℃，理论上18B20要准一点。
　　环境光检测采用贴片PTSM D021，0805封装，非常小，准度也高，可以尝试通过检测环境光来调节荧光管亮度。
　　TSOP32240为红外接收管，作为备用，兴许可以用遥控器控制时钟，但似乎没什么必要，总之还是留了接口。

2.4 显示部分

核心部分来了
　　荧光管驱动采用HV5812，专用于驱动荧光管，最高驱动电压为80V，总共20路输出，时序为SPI时序。电路如下：
　　
　　内部框图如下：
　　DATA OUT引脚用于级联，这里只有一个管子，所以不用接，BLANK引脚可以控制是否输出高压，可以通过PWM控制这个引脚，实现荧光管的亮度控制。
　　HV5812的手册对芯片的操作写得很粗糙，所以查阅手册时建议查MAX6921，这个手册写的很详细，两款芯片引脚完全兼容，但是HV5812更便宜，所以这里采用HV5812。
　　
　　IV18与HV5812的连接如下：
　　注意这不是标准连接方法，只是为了方便布线
　　1脚和13脚为管子的灯丝引脚，网上都说用5V供电，但我看用5V供电时灯丝都发红了，但其实采用3.3V供电甚至2.5V供电都可以正常显示，个人认为电压低一点好，可以延长寿命。灯丝同样采用三极管驱动，LTGHT端接入单片机定时器输出引脚，方便以后用PWM调节灯丝电压。

2.5 PCB设计

2.5.1 封装制作

根据网上查阅的资料，荧光管总计22个引脚，呈环形分布，直径大约10mm，如何将这22个焊盘均匀分布成一个圆呢？这里有个AD使用小技巧。
　　①先画一个合适大小的焊盘，标号设为1，复制这个焊盘。
　　②选择：编辑→特殊粘贴→粘贴阵列
　　
　　③阵列类型选择圆形，条款计数是焊盘数量的意思，这里有22个引脚，勾选旋转项目到适合，因为我这里是椭圆焊盘，这个选项可以让焊盘指向圆心，间距是其实是角度，每个焊盘中心与圆心的夹角，360°÷22个焊盘=16.363°，这个要根据实际情况计算。
　　
　　设置完成后点确定，鼠标变成十字，点第一下是确定圆心位置，点第二下是确定1脚位置，一个环形分布的焊盘就画好了。
　　

2.5.2 电路绘制

首先确定外形，外观方面我参考网上的大神，大致为方形，留出三个角用于上铜柱，整体结构使用PCB支撑，不需要制作外壳（省成本）。
　　
　　①设计外观：
　　
　　②摆放元器件
　　
　　③加一点点调整
　　
　　再放上自己喜欢的图案就OK啦，一块荧光管的驱动板就画好了。
·

2.5.3 投板+采购

这里给嘉立创打一个免费广告，双层板10*10mm以内，5张只要5块钱，还能选颜色，元器件同样是在立创商城购买，种类又多又齐，价格也比较公道。唯一的缺点是PCB板和器件不能一起发货，要给2次运费，加上荧光管的运费等，这个钟的成本里运费占了很大一部分。
　　

2.6 焊接

将原件摆正，用电烙铁焊上即可。
　　

2.7 装配

·

3. 软件设计

·

3.1 初始化

·

3.2 字符显示

·

3.3 时钟芯片读写

·

·

·
·
·
·
·
·
溜了，剩下的后面再写