QS30-1 Nixie Module for Arduino v2.0.0 | 辉光管显示模块【软件篇】

通过上一篇QS30-1 Nixie Module for Arduino v2.0.0 | 辉光管显示模块【硬件篇】的介绍,相信大家对辉光管显示模块v2.0.0的硬件有了相应了解。 但除了有相应的高压升压电路和逻辑驱动电路以外,还需要软件方面的配合才能让这些模块焕发夺目光彩,完成我们设计的应用。 先来回忆一下那种火红的朦胧:

本次新版本的辉光管显示模块,依旧是使用了两片74HC595芯片来实现串行数据通讯控制,对数字、LED颜色以及氖灯的控制实际上都是对74HC595芯片的控制。 在本文中,就以一个C51核心的单片机系统来对驱动软件进行简单的阐述,并给出具体驱动代码。

通过辉光管本身的应用来看,一共有0-9这10个数字要进行控制,另外还有RGB LED三个颜色要进行控制,以及2个氖灯要进行控制,共需要15bit的译码输出,根据原理图,两片74HC595共有16bit输出,对应的控制关系表如下:

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Adapter for QS30-1 Nixie Module v2.0.0 | 新版辉光管显示模块转接板

新版的QS30-1 Nixie Module v2.0.0同样采用了非常简单的级联设计,模块与模块之间使用的是单排6Pin 2.54mm间距的排针与排母,包括控制I/O以及电源。 但在多个模块级联时,由于杜邦线线径较细,存在一定电阻,在承载大电流时会造成严重压降,导致辉光管模块无法正常工作,所以在链接多个辉光管模块时需要一个能够直接连接DC3.5-1.35直流电源插头的转接模板。见下图:

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QS30-1 Nixie Module for Arduino v2.0.0 | 辉光管显示模块【硬件篇】

辉光数码管|Nixie tube,这种问世于上世纪的古老器件,已经令越来越多的爱好者着迷,相信浏览过我的博客的朋友都无法忘记那特有的显示效果…

由于辉光管的工作原理决定了她必须由170V的高压才能驱动,为了使更多喜爱她的朋友能够使用她来创作,不必去烦恼如何产生高压、如何整理高压逻辑驱动器,一年半之前我开发了QS30-1 Nixie Module v1.0.0,并且受到了很多国内外朋友的喜爱,也因此结识了许多世界各地对开源硬件着迷的朋友,收到他们作品照片的同时,也分享和体验了那份成就感。

更多关于老版本QS30-1 Nixie Module v1.0.0的信息和辉光管的详细介绍请移步:

QS30-1 Nixie Module | 辉光管显示模块 介绍【硬件篇】 QS30-1 Nixie Module | 辉光管显示模块 介绍【软件篇】 QS30-1 Nixie Module | 辉光管显示模块 介绍【应用篇】 Adapter for QS30-1 Nixie Module | 辉光管显示模块转接板 QS30-1 Nixie Module for Arduino v1.0.1 | 新版辉光管显示模块

本次推出的v2.0.0版本的辉光管模块,针对v1.0.1版本进行了一些改进,主要体现在:

改进了升压电路方案,模块驱动电压由原来的12V DC改为5V DC。 采用体积更小集成度更高的逻辑器件,由双层PCB板改为单层PCB板设计。 整体厚度从57mm降低为44mm(含辉光管和陶瓷管座高度)。

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NixieModule登上《无线电》杂志封面…

同许多80后一样,告别纸质媒介已近十年… 回想起大学里必订的4本杂志《无线电》、《电子世界》、《电脑爱好者》、《中学科技》,恐怕现在已经被网络冲击的销量大不如从前;

但作为曾经的《无线电》忠实读者,而且有幸将自己的作品再次刊登在上面,并荣登封面,还是颇有喜悦之感!

这次刊登的作品是QS30-1 Nixie Module for Arduino,与官微宏(Agu’s Mill)一起从硬件设计到Arduino应用均进行了详细的介绍; 其实大部分内容均出自本博客相关的博文,有兴趣的朋友欢迎前去浏览。 在此感谢《无线电》杂志社,感谢各位朋友的关注与支持!

QS30-1 Nixie Module for Arduino v1.0.1 | 新版辉光管显示模块

QS30-1 Nixie Module for Arduino辉光管模块诞生3个月以来,收到了许许多多国内及国外朋友的E-mail,有赞赏也有建议,更多的是技术交流,在这里对大家的支持表示感谢!

同时,我也收集整理了一下朋友们的建议,结合自己的想法,推出了QS30-1 Nixie Module for Arduino v1.0.1版(与第一版完全兼容,可相互级联使用),这里简单介绍一下: 1、优化了电路设计,提高了升压模块效率; 2、对PCB布局进行了细微调整,简化生产步骤; 3、在面板和背板添加了端口说明文字;

老规矩,先看照片:

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Adapter for QS30-1 Nixie Module | 辉光管显示模块转接板

由于QS30-1 Nixie Module采用了级联设计模式,模块与模块之间全部使用的是2×3的排针和排母,包括控制I/O以及电源,所以对于应用来讲,连接电源适配器以及控制I/O没有统一的接口,需要朋友们自己动手制作DC5.5-2.1转杜邦线的电源座,为此,这次特别设计了一款适用于QS30-1 Nixie Module的转接板,见下图:

转接板可与QS30-1 Nixie Module完美匹配,另外集成了高品质DC5.5-2.1电源插座,和6针I/O接口,12V的电源适配器可以轻松对接级联的Nixie Module。

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QS30-1 Nixie Module | 辉光管显示模块 介绍【应用篇】

辉光管显示模块作为一类创意元素,重在应用;而在传统应用方案中,时钟是最经典,也是最实用的一个! 尤其是在有了强大的Arduino类库支持以后,我们可以更加随心所欲的实现自己的应用创意。 为了组合应用,今天准备了一些4联的背板和6联的背板,结合相应的控制程序,做了两款时钟: 1、4位QS30-1辉光钟 2、6位QS30-1辉光钟 具体的实现方法不再赘述,方案颇多,DS1302、DS3231等等等等,尤其是使用该模块以后,每个模块的背景LED颜色都可以单独配置,比起以前我设计的辉光钟来说,又多了很多种玩法,上图先! 六位QS30-1辉光管电子钟:

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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:

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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