IV-22 VFD Module | 荧光管显示模块 介绍【硬件篇】

English version of this post: IV-22 VFD Module for Arduino [hardware design]

荧光数码管|VFD tube,最早于1967年诞生在日本,属于真空电子时代的显示器件的典型代表之一。 同辉光数码管(Nixie tube)一样,她也属于濒临绝迹的古老电子器件,也是电子技术发展的历史见证之一,上世纪末便淡出人们的视野; 但现如今,假如你真的见到那清澈透亮的淡绿色荧光,相信你一定会感叹当年的智慧竟能将冰冷的真空管赋予如此有生命力的色彩…

带着与辉光管同样的想法,为了赋予她新的生命,使古老的器件与现代技术相结合,这次依然把她们做成了一个个独立的显示模块,让喜爱她的朋友,把更多的精力和时间投入到创意和制作当中,而不必去烦恼如何产生高压、如何整理逻辑驱动、如何焊接和制作……同样,无需硬件基础,只需要一个最简单的单片机系统,或者Arduino系统板,4条IO口线,即可完成对几十个荧光管的显示控制,而且每个模块还带有一个RGB全彩LED可做背光显示。

首先还是要感谢aGuegu在第一时间协助测试荧光管显示模块,并开发了Arduino类库。

荧光显示(VFD | Vacuum Fluorescent Display)技术 在现如今仍旧大量应用,只不过已经不是这种真空电子管的表现形式,现代的VFD显示屏频频出现在高端的音响设备、智能终端以及高档仪器仪表上。荧光管内部有灯丝,在低电压作用下会向外射出电子,同时荧光管内部有一个栅极,电子在栅极的吸引下会加速射向阳极,当电子撞击到阳极上覆盖的荧光粉后,即发出淡绿色的可见光;相对辉光管来说,她的驱动电压更低,更安全,而且寿命和辉光管相比大大延长,所以,在荧光管诞生之后,辉光管便渐渐让位与她。

这次的荧光管显示模块采用的是前苏联产的IV-22(ИВ-22)型荧光数码管,类似长方体的玻璃管身,长32mm,宽22mm,顶部显示方式,插拔式12脚封装。这些荧光数码管在上世纪冷战时期曾经被前苏联大量制造,现如今都静静的躺在某些仓库的冰冷角落,但她的材料特性决定了她的保质期将是无限的长。 IV-22荧光数码管具有以下特点: 1、属于真空器件。内部为真空,不像辉光管内部有惰性气体。 2、较低的驱动电压。IV-22荧光管需要两组工作电压,一是灯丝电压,1v-1.3v之间,交直流均可;二是阳极和栅极电压,直流22v-30v左右,相对于辉光管来讲,驱动电压更低,更安全;并且工作电流很小,灯丝电流100mA左右,阳极电流在4-10mA之间。 3、采用7段显示排列。可任意组合为0-9的数字,或者简单的英文字母。 4、柔和的淡绿色。荧光粉固有的色彩,在阳光下依然能够清晰可变,清澈透亮但不刺眼。

还是先看一下实物图片,然后再做详细介绍吧:

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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!

IN-14(前苏联ИН-14)辉光钟v2版|Nixie Clock【严泽远作品】

我的上一代IN-14辉光钟诞生于3个多月前,延续了QS18-12辉光钟经典的功能和特点,仅仅是和QS18-12黄金纪念版使用了不同的辉光管。 很多朋友在收藏以后,纷纷提出了一些个人想法,经过仔细的斟酌,汇总了一些需求,结合本人的改进思路,IN-14辉光钟v2版由此诞生…

先来SHOW一下IN-14辉光钟v2版:

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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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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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IN-14(前苏联ИН-14)辉光钟|Nixie Clock.黄金珍藏版【严泽远作品】

在每个Nixie Fans看来,侧显辉光管是最具有古典气息的类型;回想起一年多前刚接触辉光管时,8元一只的QS18-12国产辉光管还供货充足,但不经意间,这种侧显的辉光管已消失殆尽,难觅芳踪,令多少新Nixie Fans为之兴叹! 从当今的角度来看,当年国产QS18-12的辉光管应该算是前苏联IN-14辉光管的”山寨版”。对IN-14这款这款个性十足的辉光管既其实早有耳闻,几经周折,最终还是有幸拿到了一些,并用它和“QS18-12黄金纪念版Nixie Clock”的底座搭配——IN-14辉光管(ИН-14)Nixie Clock|黄金珍藏版由此诞生… 形容IN-14″个性十足”其实一点也不为过,先Show一下时钟,然后再慢慢介绍:

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水晶城堡换新装.前苏联IV-11荧光管时钟.古典版实木底座

从2011年3月份开始筹备DIY水晶城堡(Crystal Castle)作品,直到去年7月份才圆满完工。铝合金CNC底座,金黄色铝氧化表面处理,拉丝工艺,以及花费了很多时间和精力以及RMB定制的水晶面板…… 在设计之初,就注定了水晶城堡极富现代感。硬朗的身材和梦幻的夜晚灯光效果使其无论置身于客厅的哪个角落,都会成为焦点…

但与此同时,也收到很多国内及国外的朋友提出的建议: 既然是上世纪的古老的东西,就应该具有一个与之相映衬的古典底座…于是,这款实木底座诞生了。 同样,还是使用SolidWorks先做3D效果图,底座的厚度、长度都通过3D模型进行仔细的调节,为的就是与IV-11荧光管完美搭配。 她采用了榉木作为主材,全部机械加工,尺寸精准,做工很精细,这全都要感谢东莞的胡哥给予大力支持。并且这款实木底座还刷上了清漆,更有古典的味道。而且背部还用激光雕刻了精美字符…

说到上下盖板,原本打算用铝合金拉丝板来做,后来还是采纳了德国Deiter的建议,使用黑色,因为黑色映衬蓝色的荧光管还是最漂亮的,所以最终这次的上盖板和底版依旧采用了激光亚克力材质,一切的一切,只为给IV-11配搭上那种古老的韵味… SHOW一下实物图片:

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SHOW.最后一批中国产QS18-12辉光管电子钟

很荣幸通过我的博客让更多的朋友了解了辉光管,也很高兴能在这里与朋友们分享我的每个作品。

很多朋友在描述辉光管的时候还是习惯称之为“灯”,也许是这个称呼很形象吧…… 中国产的侧显辉光”灯”种类并不多,无外乎直径18mm和16mm两种规格,型号分别为QS18-12和QS16-12。 翻了翻箱底,找出来一批QS18-12管子,并且重新更新了QS18-12黄金纪念版时钟的PCB主板,再做最后一批中国产QS18-12辉光管电子钟。

先来SHOW一下修改过的PCB版本做出来的样机:

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