IV-18(前苏联ИВ-18)荧光管电子钟【Energy Pillar.能量柱】

IV-18(ИВ-18)荧光电子数码管，上世纪80-90年代前苏联的产物，冷战时期曾大量制造并用于军事设备；冷战结束后，同其他海量的战争遗留物一起，被埋于地下，或被封存于冰冷的仓库角落。

第一次见到她是在英国的辉光钟爱好者Konstantin的网站上，国内见到应用这个管子的第一人是荆州老段（YeYuDo），第一次见到实物是在2011年年夏天。

同国产YS-13/18以及前苏联的IV-11等不同的是，她一根管内嵌入了8个7段数字，并且每个数字右下角都有小数点，在管子的左侧，还有一个表示负数的短横线，在短横线上面还有一个较大的圆点符号。

原版俄文说明书：

主要参数如下：

下面来两张正面和背面的裸照：

在背面清晰可见灰黑色的消气剂，以及管子型号和生产年月。

IV-18荧光管共有22根管脚，其中有3根管脚无任何连接，实际使用的有19根管脚，管脚定义见下图：

其中三根未使用的管脚进入管子内部以后，没有任何的电气连接，用肉眼即可分辨出来，见下图：

与一般的电子管一样，IV-18荧光管内部是真空，所以也有一个抽气口，但是她的抽气口做过处理，没有锋利的尖尖，而是平头，这样不容易被碰碎导致漏气，请见下图：

IV-18荧光管内部有两条灯丝，两条灯丝并联，贯穿于头尾之间。

灯丝很细，每根灯丝由顶部的一个很细的拉力弹簧来牵引，平行穿越每一个数字面前。

IV-18荧光管最独特的地方在于她的基板，与IV-11/22不同，IV-18的基板是一片透明的玻璃板，用于显示数字比划的每一段，以及连接每一个段的线路，均紧贴在玻璃板上；而每一个数字的栅网非常细腻，嵌在玻璃基板板两侧，浮于数字前端，通过玻璃基板被面的连接线连接到每一个管脚。

我们由此可以看出，整个荧光管的电气特性有点类似于我们当今所使用的LED数码管模块，必须采用动态扫描方式来驱动，因为她的每一个段都是连接在一起的，通过依次给每一个数字位的栅极通电来选择当前显示的位，然后给7段数字线条通电，来显示一个数字，依次快速动态刷新，来完成8个数字的显示。

具体的细节图请见照片：

电路设计方面并不复杂，几乎没有什么技术含量，都是非常简单的典型应用。且本人没有催毛求疵的心态，只求整个电路运行稳定可靠，PCB布局合理，器件尽量的少；整个电路由升压电路、MCU主控、RTC模块、VFD驱动、外围及接口器件这几部分组成。

升压电路部分使用的还是廉价并经典的MC34063做高压升压，外扩了MOS管IRLR024，升压效率大幅提高，而且MC34063、电感、MOS管一点也感觉不到温度；IV-18的推荐工作电压为45v-70v，经过测试发现工作在49v的时候效果最佳。

下面是升压部分的电路原理图：

RTC模块依旧采用了内置温补晶振的DS3231SN高精度时钟芯片，配置CR1220锂电池，能确保断电3年内开机不用重新对时；

DS3231SN就不多介绍了，400k高速IIC接口，在0℃至40℃的工作温度范围内能提供±2ppm的输出精度；

有些朋友总是抨击DS3231SN，说它贵的不值，自己用DS1302都可以做到一年误差几秒钟云云，个人在这里不做评论，只是想说：

同样的RTC芯片，不同的外围电路，工作的状态截然不同；

同样的RTC芯片，同样的外围电路，不同的PCB布线，工作状态截然不同；

同样的RTC芯片，同样的外围电路，同样的PCB布线，不同的工作环境，工作状态截然不同；

本次选用的荧光管驱动芯片选用的是美信的VFD专用驱动芯片MAX6921，它有20个输出端口，恰好满足IV-18荧光管的需求，段和位选输出电压能够高达76V，外围只需几颗电容，无任何其他器件，并且仅需4根通讯线连接MCU进行串口通讯控制。

应用电路见下图：

主控选用的依旧是STC12C5628AD，LQFP32封装，体积比较小，而且内置EEPROM，可以用于存储所有的菜单设置。

DS3231SN的读写程序实在是太经典不过了，把它封装成程序模块，每次在其他项目中直接定义扩展函数就可以了，在这里贴出来源码，使用STC芯片的朋友改一下I/O定义即可。

下面是DS3231.c文件的源码：

/****************************************Copyright (c)**************************************************
**
**  项目名称:           IV-18 VFD Clock
**  文件名称:           DS3231.c
**  模块功能:           实现DS3231SN的全功能控制
**
**------------------------------------------------------------------------------------------------------
**
**  创 建 者:          严泽远
**  E-mail  :           yanzeyuan@163.com
**  QQ      :           6626209
**  Mobile  :           18602007878
**  创建时间:           2011-02-02
**  版    本:         v1.0.0
**  描    述:         基础程序
**
********************************************************************************************************/#include               //加载STC12C5620AD.H头文件
#include                        //加载Define.H头文件
#include//加载DS3231Variable.H头文件/********************************************************************************************************
**  全局常数定义
********************************************************************************************************/
bit ack;                            //应答标志位/********************************************************************************************************
**  函数名称:           BCD2HEX(uchar val)
**  功能描述:           BCD转HEX
**  入口参数:           val:BCD码
**  创 建 者:          严泽远
**  创建时间:           2011-01-25 20:33
**  版    本:         v1.0.0
********************************************************************************************************/
uchar   BCD2HEX(uchar val)
{return ((val&gt;&gt;4)*10)+(val&amp;0x0f);
}/********************************************************************************************************
**  函数名称:           HEX2BCD(uchar val)
**  功能描述:           HEX转BCD
**  入口参数:           val:HAX码
**  创 建 者:          严泽远
**  创建时间:           2011-01-25 20:34
**  版    本:         v1.0.0
********************************************************************************************************/
uchar   HEX2BCD(uchar val)
{return (((val%100)/10)&lt

下面是DS3231Variable.h文件的源码：

/****************************************Copyright (c)**************************************************
**
**  项目名称:           YS18-3 Clock
**  文件名称:           DS3231Variable.h
**  模块功能:           全局变量定义
**
**------------------------------------------------------------------------------------------------------**  创 建 者:          严泽远
**  E-mail  :           yanzeyuan@163.com
**  QQ      :           6626209
**  Mobile  :           18602007878
**  创建时间:           2011-02-02
**  版    本:         v1.0.0
**  描    述:         基础程序
**
********************************************************************************************************//********************************************************************************************************
**  I/O接口定义
********************************************************************************************************/
sbit    SCL         =  P2^7;       //DS3231数据接口
sbit    SDA         =  P2^6;       //DS3231数据接口/********************************************************************************************************
**  DS3231常数定义
********************************************************************************************************/
#define DS3231_WriteAddress 0xD0    //器件写地址
#define DS3231_ReadAddress  0xD1    //器件读地址#define DS3231_SECOND       0x00    //秒
#define DS3231_MINUTE       0x01    //分
#define DS3231_HOUR         0x02    //时
#define DS3231_WEEK         0x03    //星期
#define DS3231_DAY          0x04    //日
#define DS3231_MONTH        0x05    //月
#define DS3231_YEAR         0x06    //年
//闹铃1
#define DS3231_ALARM1SECOND 0x07    //秒
#define DS3231_ALARM1MINUTE 0x08    //分
#define DS3231_ALARM1HOUR   0x09    //时
#define DS3231_ALARM1WEEK   0x0A    //星期/日
//闹铃2
#define DS3231_ALARM2MINUTE 0x0b    //分
#define DS3231_ALARM2HOUR   0x0c    //时
#define DS3231_ALARM2WEEK   0x0d    //星期/日#define DS3231_CONTROL      0x0e    //控制寄存器
#define DS3231_STATUS       0x0f    //状态寄存器
#define BSY                 2       //忙
#define OSF                 7       //振荡器停止标志
#define DS3231_XTAL         0x10    //晶体老化寄存器
#define DS3231_TEMPERATUREH 0x11    //温度寄存器高字节(8位)
#define DS3231_TEMPERATUREL 0x12    //温度寄存器低字节(高2位)

MAX6921的通讯过程与大多数串行数据通讯时序一致，仅需DIN, CLK LOAD三个通讯接口，下面是时序图：

MAX6921一共有20个输出端口，所以串行数据共20bit，即D0-D19，不过在这次的应用中，只需要控制IV-18荧光管的9个栅极和8个阳极，所以一共只需要17个bit数据即可。

根据原理图可以看出，17个bit对应的D9-D16共8bit为动态扫描某一时刻的8个阳极状态，D0-D8共9bit为动态扫描某一时刻的栅极状态，所以仅需要在一个定时器中断里不停的与MAX6921通讯，进行动态扫描即可。

在这里选用了STC12C5628AD的定时器0中断，并将定时器溢出时间配置为10us，共使用8个栅极（未使用IV-18荧光管最左边的符号位），8次扫描为一个周期，每次将相应的栅极和阳极数据传送至MAX6921即可，代码很简单：

i=17;
for(;i&gt;0;i--)
{DIN = Tmp&amp;0x0001; _nop_();CLK = 1;           _nop_();CLK = 0;           _nop_();Tmp&gt;&gt;=1;
}
LOAD    =  1;  _nop_();
LOAD    =  0;  _nop_();

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