简 介： 在我小时候的记忆中，县粮油站显示测量白面和大米的电子秤是使用的辉光数码管。向小时候的记忆致敬，寒假制作辉光数码灯管将用于录制MOOC动态装饰视频特色背景。 ： ，，
§01 辉光数码管
春节前购买的两只IN-12辉光数码管到货了，计划用作MOOC视频前景特色装饰品。这是看到其他短视频中获得的启发。
▲ 图1.1 刚到手还没有捂热乎的辉光数码管
根据 可以看出上述的型号对应的应该是IN-12B型辉光数码管管。
1.1 辉光数码管简介
在 给出了辉光数码管的一般介绍。
辉光管也叫作阴冷极辉光放电指示管，诞生于50年代左右，由由一家名为 Haydu Brothers Laboratories （海顿兄弟实验室）的小型真空管制造商制造出来，并在1955年被Burroughs Corporation（美国宝来公司）收购之后开始推向市场。
美国宝来公司将这种阴冷极辉光放电指示管命名为NIXIE，这个名字衍生自Numeric Indicator eXperimentalNo. 1的缩写NIX I，虽然后来这种阴冷极辉光放电指示管有很多种名称出现，业界一般统称为阴冷极氖读数管，但是大多数还是以Burroughs Corporation（美国宝来公司）的NIXIE这个名字当做白话统称，因此后来大部分都是用Nixie tube这个词来表示。
▲ 图1.1.1 辉光数码管对应的始终
1.2 IN-12辉光数码管管脚定义
网络上早了半天IN-12辉光管管脚定义未果。在 中看到作者展示了相应的产品说明书。
▲ 图1.2.1 IN-12的外观
下面是视频中产品说明书的内容，可以看到IN-12包括有两种型号：IN-12A，IN-12B两种。他们的管脚分布略有不同。
▲ 图1.2.2 IN-12产品说明书
▲ 图1.2.3 在TB网站下面盒子上的标签
1.3 管脚初步测试
1.3.1 如何识别管脚？
IN-12辉光数码管总共有12个管脚。他们在底部呈顺时针排列。
▲ 图1.3.1 内部管脚1具有白色的标志
使用 所产生的高压（500V）对IN-12的管脚的功能进行测试。使用其中正极连接第一管脚。然后利用其中的负极点击其中其它管脚，可以逐次确定每个引脚对应的数字。沿着顺时针，各个管脚对应的数字如下图所示.
▲ 图1.3.2 辉光数字管管脚定义
1.3.2 辉光管极性
（1）在HIV施加正电压
在HIV 施加正电压，数码施加负电压。串联电阻为50kΩ。施加的电压为+500V，但实际输出的电压为176V。
▲ 图1.3.3 测量电路示意图
▲ 图1.3.4 笔画施加负电压的情况
（2）HIV施加负电压
将施加的电压反过来。通常的串联电阻：50kΩ。
▲ 图1.3.5 施加反向电压之后对应的效果
1.4 辉光管导电特性
1.4.1 导电电流
测量上面限流电阻 R 1 = 51 k Ω R_1 = 51k\Omega R1=51kΩ 上的电压。 U 1 = 51.7 V U_1 = 51.7V U1=51.7V 。因此流经的电流为： I 1 = U 1 R 1 = 51.2 51 k = 1 m A I_1 = { {U_1 } \over {R_1 }} = { {51.2} \over {51k}} = 1mA I1=R1U1=51k51.2=1mA
▲ 图1.4.1 工作电压
1.5 高压模块
驱动辉光管需要+170V的电压。现在春节期间，订购的高压小模块还无法到货，只能将手边已有的直流高压模块进行改装。
下面这个模块可以产生100V的直流电压。根据它核心控制IC的型号 可以找到它对应的外围反馈回路的分压电阻参数。
▲ 图1.5.1 100V的高压模块
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电位器：10k电阻：13.7k下面分压电阻：621Ω
理论输出电压： U o u t = 10 k + 13.7 k + 621.3 621.3 × 2.5 = 97.9 U_{out} = { {10k + 13.7k + 621.3} \over {621.3}} \times 2.5 = 97.9 Uout=621.310k+13.7k+621.3×2.5=97.9
这与实际输出的100V相吻合；
1.5.1 更改分压电阻
计算分压电阻， R 1 R_1 R1 ， R 2 = 621 Ω R_2 = 621\Omega R2=621Ω 。则： R 1 + R 2 R 2 × 2.5 = 170 { {R_1 + R_2 } \over {R_2 }} \times 2.5 = 170 R2R1+R2×2.5=170
可以计算出上拉电阻： R 1 R_1 R1 的阻值： R 1 = ( 170 2.5 − 1 ) × R 2 = 41.61 k Ω R_1 = \left( { { {170} \over {2.5}} - 1} \right) \times R_2 = 41.61k\Omega R1=(2.5170−1)×R2=41.61kΩ
现在电路上已经有固有的电阻13.7kΩ，则需要外加电阻： R 0 = 41.61 − 13.7 = 27.91 k Ω R_0 = 41.61 - 13.7 = 27.91k\Omega R0=41.61−13.7=27.91kΩ
利用两个51kΩ并联，经过测量为25.21kΩ的电阻。替换原来的10k电位器。此时理论上输出电压应该为：
U 0 = 25.21 k + 13.7 k + 621 621 × 2.5 = 159.1 V U_0 = { {25.21k + 13.7k + 621} \over {621}} \times 2.5 = 159.1\,\,\,V U0=62125.21k+13.7k+621×2.5=159.1V
1.5.2 更换功率器件
改动之后，高压模块工作电流非常大。这说明其中的功率部分出现了击穿。
高压斩波所使用的MOS为 ，它的耐压为100V。所以超过100V，该功率管则会被击穿。
整流肖特基二极管为 ，它的耐压等级也是100V。
选择 替换原来的MOS管， IRF840的耐压为500V。整流二极管更换成APT60D60B，反向击穿电压600V。
除了前面两个半导体替换之后，将输出滤波电容修改为0.15uF,400V。
▲ 图1.5.2 改造后的高压模块
将IN-12换光管的限流电阻修改为10kΩ，点亮之后，测量高压模块输出电压为158V。
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电源：+12V工作电流：0.2A
▲ 图1.5.3 点亮后的IN-12辉光数码管
§02 数码管驱动
2.1 三极管驱动
IN12辉光管的单个数码的电压为176V，电流大约5mA。所以驱动单个辉光管的要求：
- 耐压超过176V；
- 电流超过5mA；
▲ 图2.1.1 三极管驱动辉光管示意图
选择高压小功率三极管MFV13001 驱动辉光管数码管脚，它的最高耐压超过Vceo=400V。对于实验样品实测，Vcbo超过740V， Vceo超过500V。
实际上，经过测试发现选择一些耐压小于170V的三极管，比如 2222， 它的Vcb大约只有150V，仍然可以控制辉光数码管的点亮和熄灭。
实际上，市场上可以购买到的辉光管专用驱动芯片（比如K155ID1，SN&1414dg）它们的输出耐压也远小于170V，实际测试也只有65V左右，但可以用于控制辉光管的点亮与熄灭。
▲ 图2.1.2 K155ID1 辉光管驱动译码芯片
这一点的确出乎我们的意料之外。课件实践才能出真知。
2.2 单片机电路设计
2.2.1 原理图设计
▲ 图2.2.1 控制原理图MCU M32
▲ 图2.2.2 输出控制电路
2.2.2 单面电路板设计
▲ 图2.2.3 单面板的PCB的设计
2.3 运行情况
▲ 图2.3.1 辉光管运行情况