新型电路驱动的LD8140VFD电子时钟

　　本文为版权内容，文章内容（包括但不限于文字、图片、声音、录像、图表、软件、程序）未经版权人书面许可，任何人不得引用、复制、转载、摘编或以其他任何方式非法使用。

Copyright material!

All material on this page is copyright of ZhangFeng(zjjszhangf@gmail.com) unless otherwise acknowledged. Duplication or sale of all or any part of it is not permitted.

作者：张锋 (zjjszhangf@gmail.com)

http://v.youku.com/v_show/id_XNTUxNjQzODk2.html

本制作功能及特点：

1、使用新型的驱动电路驱动VFD屏幕，全部使用成品零件，避免自行绕制变压器的工作；

2、单5V电压驱动，可以直接使用Mini-USB口提供电力，也可以通过板上2.54插针适配其他类型的电源接口，供电简单；

3、使用贴片元件，可靠性好，尺寸小，与使用直插元件相比，大大缩减了整机尺寸，做到了超薄型；

4、使用433M无线接收电路接收外来的母钟时基信号，可以实现外部信号授时；433M无线接收模块可以直接使用原设计电路，直接焊接在PCB上，也可以通过插针连接外部其他接收模块，便于根据实际的实际情况进行制作；

5、电路上增加了可选装的红外接收模块，硬件上支持红外信号输入，可根据需要实现外部遥控器遥控操作电子钟；

6、支持软件自动调节亮度，硬件上使用CDS实现环境光亮度判断，显示亮度可随环境光的变化自动调整；

7、充分利用了单片机内的资源，外围电路简单、价格便宜，整机没有选用昂贵零件，尽最大可能减少了外部硬件电路的成；

8、单片机剩余I/O脚全部通过1.27mm的排针引出，可根据实际需要使用，便于扩展如控制外部继电器、获取外部其他信号等附加控制功能；

9、电路中使用的都是常见、易购的零件，整机制作成本低廉，便于电子爱好者自行仿制；

VFD驱动基础

　　真空荧光显示屏（Vacuum fluorescent display）是1967年由日本伊势电子株式会社以中村先生为首的研究小组发明的，他们利用低能电子发光原理，使用真空电子管技术，以ZnO:Zn作为荧光粉发明了这一器件。目前VFD已在工业、家用电器业、数字化产品等领域得到了非常广泛应用。

　　VFD显示器件的工作原理为：通过给阴极灯丝接通电流，使其加热到650摄氏度左右，此时将从阴极上开始释放出热电子，这些热电子受到栅极和阳极上的高压电位的加速，飞向栅极与阳极，最后撞击阳极上的荧光粉致其发光。

　　从上述VFD工作原理的说明可以看出，需要使用VFD器件的某笔段发光，需要两个基本的条件，一是为提供灯丝工作电压，使灯丝发热，发射出热电子；二是需要在栅极和笔段上连接相对于灯丝电位为正的加速电压，以加速电子撞击阳极荧光粉；只有满足这两个基本条件才可以使相应的笔段发光。仅给栅极或者仅给阳极提供正向电压，笔段无法正常发光显示。栅极、笔段电位与发光关系如下图所示。

　　由于VFD发光亮度高，光线柔和，且颜色饱和单纯，实际显示效果具有相当的美感，使得很多爱好者对此类显示器件情有独钟。

LD8140时钟显示屏

　　本制作所使用的VFD时钟屏的型号是LD8140，属时钟专用VFD显示屏，从屏幕背面的标签判断，此屏由NEC公司生产。本人当时仅作为收藏用途采购了一批，属库存产品，没有官方资料。这一批显示屏幕一直闲置在抽屉里，等到最近才又觉得需要利用起来，正好也有一段空闲时间，也就有了本制作的开端。

　　从屏幕的线路连接上看，LD8140屏属于静态屏，且专用于时钟显示，屏幕左边有AM/PM标志，主显示部分为四个7段的8字，两两成组，中间由冒号分开。从外观上来看，屏幕制造工艺优良，虽然已是多年前生产的器件，但完全没有漏气，除了少部分屏幕管脚前端有稍微的氧化外，整体看起来一切正常。通过网络搜索后发现已经无法找到详细的原厂资料，所以在应用前实际引脚的对应功能需要自行测试绘制。

　　一般情况下VFD屏内部线路不太复杂，如果背板玻璃是透明的话，可以通过屏幕正面与背面的玻璃上直接看到线路连接。但是LD8140的背板不透明，在这种情况下，可以先通过屏幕正面的电极连接情况，利用万用表先测试出与灯丝连接的相关的管脚。其余的引脚一般都是字段阳极、栅极及空脚。静态屏的栅极引脚一般只有1~2根，可以通过连接灯丝电压，然后从中间引脚中选择一根假设为阳极，将其连接到高压上，然后对其他非灯丝引脚逐一施加高压，如果发现笔段发亮，则可以确定这两根连接高压的引脚中必有栅极。继续测试，待栅极确定后，其他引脚的相关功能也就很容易根据笔段发光情况确定。

　　基本屏幕参数可通过简单测试获得。为确定灯丝电压参数，可给灯丝施加直流可调电压，电压从0V起调，逐渐缓慢增加电压，当观察到灯丝在黑暗处发出暗淡红色光时，记录此时的电压，将其作为最低灯丝驱动电压，在此基础上继续增加电压1~2V，待灯丝发出较明亮的红光时，记录此电压作为最高灯丝电压。按照经验，以LD8140这种长度不超过10cm的VFD屏，其灯丝电压一般不会超过5V。在调节过程应该注意不要施加过高的电压，否则易发生灯丝烧毁导致显示屏报废。

　　通过实际测试，结果显示LD8140屏的灯丝电压值在2.4V~3.6V之间，实际应用中，灯丝驱动电压应严格限制在这个范围内。

　　从屏幕正面上方或者下方倾斜观察屏幕内的灯丝连接情况，可以发现屏幕灯丝是两横，水平拉过整个屏，而且左右两端的灯丝高度是一致的，从这点上可以判断，灯丝没有电位高度补偿。这种长度的屏幕，如果直接使用直流电压来驱动灯丝，会因为灯丝左右两端的存在电位差而造成的梯度亮度效果，也就是出现屏幕两端左右亮度明显不同的问题，影响显示效果。实际测试中，当灯丝使用直流电驱动时，屏幕两端的亮度出现明显的亮暗差异，正好证实了这一现象。所以为产生亮度均匀的显示效果，此屏需使用交流电压来驱动。

　　栅极、阳极电压高低直接决定了屏幕各笔段的实际亮度情况，经验值一般应该在15V~25V左右。通过测试，发现栅极、阳极上施加18~20V电压时，屏幕字段显示效果明亮，完全可以满足应用需求。

　　屏幕前主体结构属凸起的半弧形屏幕，即屏幕表面不是完全平整的，而且气管位于屏幕中央，这一点在设计外壳时要特别注意，防止发生组装困难的问题。屏幕引脚表及尺寸参数图如下所示。

LD8140引脚表:

引脚	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18
功能	F1	AM	PM	a1	f1	g1	e1,d1	c1	b1	a2	f2	g2	e2	d2	c2	b2	DOTT	DOTB

引脚	19	20	21	22	23	24	25	26	27	28	29	30	31	32	33	34	35	36
功能	a3	f3	g3	e3	d3	c3	b3	a4	f4	g4	e4	d4	c4	b4	NC	COM	NC	F2

备注：1、F1、F2为灯丝引脚，COM为栅极引脚；2、NC为空脚；3、DOTT与DOTB分别代表冒号的上下两个点；4、引脚连接上需要特别注意的是最左边的8字中的PIN7:d1+e1笔断是连接在一起的，原屏设计只考虑到最高位只用来显示数字1和2，这意味着,最高位显示某些数字与字符时可能无法正常显示，需要特别注意；

VFD供电方案

　　驱动VFD屏一个很麻烦的地方就是提供各种驱动电压及电位关系，驱动电压主要分几类：首先是阳极、栅极高压，小尺寸屏的典型值差不多是在10V~30V之间，通常阳极、栅极电压值都相同，可以使用同一路高压来驱动。其次是灯丝电压，根据屏幕类型的不同，分为直流驱动与交流驱动两类，LD8140屏的灯丝需要使用交流电压来驱动；两组电压之间的连接则是通过将阳极、栅极高压的低端搭接到灯丝电位上，以形成加速电位关系。对于直流屏，则与灯丝驱动电压的低端连接，对交流屏则需要与交流中心电位相连接（传统是在变压器的灯丝驱动绕组中进行中心抽头来实现）。在VFD驱动中，为确保显示正确，还需要实现“截止偏压”。即为了完全消除VFD笔段的显示，必须使阳极或栅极的任何一方相对灯丝至少为零电位或更低的电位，这样才可以确保完全切断飞向阳极荧光粉的热电子流，如果不能确保截止偏压，则关断的笔段可能出现低亮度的辉光造成显示“漏光”，直接影响显示的正确性。截止偏压是VFD规格说明中的一个重要参数，典型值为灯丝供电电压的0.5~1.5倍左右。相关电压及电位关系如下图所示：

实现以上供电关系的通常有以下几种方法：

　　1、使用工频变压器：工频变压器可以使用多个不同的绕组，产生相互隔离的，不同电压值的电压。它的主要优点是结构简单，可靠性高，价格低廉，缺点是耗能大，效率低，需要定制，同时体积与重量也大，且由于输入的市电电压波动的影响，容易导致输出电压不稳定。这种驱动方案显然不适合本制作的需求；

　　2、高频变压器：通常由直流电源经DC/AC电路通过高频变压器产生规定的电压。先将直流电转换成高频交流电，通过高频铁氧体磁芯变压器获得多组所需的相互隔离的驱动电压。由于使用高频交流驱动，可以使用小形的铁氧体磁芯变压器，电源可以做到高效率，低功耗，同时具备体积小，重量轻，价格低的优点。但是这一方案的主要缺点是需要定制高频变压器，虽然也可以自行进行绕制，但是制作麻烦，不利于推广。而且超小型高频变压器很难买到，业余条件下最容易买到的小尺寸EE10高频变压器，光骨架主体尺寸就有1.0cm*1.0cm（不包含引脚部分），高度上无法实现超薄化的要求；

　　3、使用升压电路与DC-AC电路进行组合：这一电路也是本制作的创新点，如果不使用变压器，实现升压的主要办法常见为两类，一类是使用电容升压，另外一类是使用使用电感升压。考虑到体积与制作成本，对于本制作这种高压小电流应用，使用电感升压电路，只需要小功率的电感即可满足需要，实际电感体积可以很小巧。对于DC-AC转换电路可以使用H桥变换电路来生成，电路成熟度高，既可以使用三极管分立元件实现，又可以使用专用芯片来实现，所占用的PCB面积也不多，利于实现小型化。这一电路的缺点是成本会有所增加，但是作为业余制作，如果在电路设计及零件选择上多下点功夫，可以在确保成本增加不多的情况下，实现小尺寸的电源供应电路，以驱动VFD屏幕的显示。

　　“截止偏压”部分的实现则比较简单，通常是在栅极和阳极电压供电电路中使用稳压二极管串联限流电阻后反向连接到直流高压上来实现，具体连接请参考电路原理图。

元件选型

　　1、单片机选型

　　本制作的单片机部分选用美国Atmel公司推出的AT-mega8L器件, 封装为TQFP-32封装，它是最常使用的单片机之一，选择这一单片机的目的一是考虑到其容易购买，应用范围也广，下载器廉价（购买一个USBISP即可），开发软件也丰富。同时也考虑到了其片内丰富的各种资源，如片内振荡器、多个定时器／计数器(T／C)、A／D转换器、EEPROM、可编程看门狗定时器等，基本可以满足本制作的需求，同时可以大大降低外部硬件的数量，利于降低制作成本。

　　2、驱动芯片选择

　　由于LD8140是静态显示屏，直接使用分立元件如三极管等搭建驱动电路是最简单的驱动方案，但是使用分立元制作驱动电路的缺点也很明显，由于静态显示屏驱动引脚多，需要大量的三极管来驱动，造成线路板布线困难、焊接工作量也相应增大，同时成本也高，所以，最后考虑使用专用驱动芯片进行驱动。对于静态VFD显示屏，最常见的驱动芯片是“串入并出型”(Serial In-Parallel Out)驱动芯片，如果你以前驱动过LED点阵屏，你可以将此类驱动IC近似地想象成具有更多输出引脚，且支持高压输出的74HC595电路，显示数据串行传输给驱动芯片，锁存后在相应的输出脚上输出驱动电压，以实现笔段显示。专用型VFD驱动芯片结构简单，工作稳定，可大大节约单片机引脚资源，简化电路。

　　下表列出了常见的串入并出型VFD驱动芯片的名称、输出电压、端口数量等相关规格参数，作为对比参考。

商标	型号	输出电压	驱动类型	端口数量
NEC	μPD6700	118V	正压型	47
	μPD16306	80V	正压型	64
	μPD16310	80V	正压型	40
OKI 半导体	ML9271	18V	正压型	48
OKI 半导体	ML9272	65V	正压型	40
PTC	PT6305	70V	正压型	48
PTC	PT6306	70V	正压型	64
STF	STF16360	-30V	负压型	36

　　从实际采购情况来看，正压型驱动芯片价格高昂，很难买到样片，通常建议选择负压型芯片STF16360作为驱动芯片，此款驱动芯片也是目前流行的VFD驱动芯片。主要优点有：价格低廉、容易购买、工作稳定、应用范围广。总共提供了36个输出端口，可满足常见VFD屏的驱动需求。

电路结构

　　1、灯丝电源驱动电路

　　灯丝电源驱动电路采用DC-AC变换电路，将直流5V电压转换成3.6V左右的交流电压，实际测试表明驱动灯丝的交流电压波形不一定需要标准的正弦波，交流方波也完全可以驱动，但是频率必须高于25Hz，否则屏幕会出现明显的闪烁效果。电路中使用H桥电路先将5V直流电转换成交流方波，然后通过电容耦合后，为灯丝供电，通过合理调节输出的方波的频率及耦合电容的容量，可以生成平均电压为3.6V左右的斜方波交流电压，完全可以满足灯丝驱动的需求。

　　在实验电路中，先采用BJT三极管制作H桥电路，主要还是考虑到BJT容易购买，价格低廉。H桥电路的原理比较简单，通过两路互为反向的驱动信号，使H桥臂上的两对角线上的两对开关对顺序开启与关闭，以获得电压相同，但方向相反的交流方波电压输出。使用这个电路需要特别注意的是，由于三极管的开关过程中，存在因电荷存储效应而导致的开关延迟，这个延迟会导致电路上下两桥臂出现直通的短路危险，所以在驱动过程中必须考虑增加硬件保护电路或通过软件延时来实现死区控制。这里的分立元件制作H桥电路也可选用小功率MOSFET管，可以节约不少外部元件，具体应用电路这里就不再重复。

　　在实际制作过程中，由于受到PCB面积等的限制，发现分立元件的H桥电路元件过多，实际布线比较困难，考虑更换成专用芯片进行替换。专用芯片选型中考虑的主要因素还是廉价、易购、尺寸小、驱动能力强。经过多次实际试验与比较分析，最后选择的是L9110S电机驱动电路作为首选芯片。

　　L9110S为SOP8封装，尺寸小巧，应用电路简单，输出引脚OA与OB每通道最高可提供800mA驱动电流，驱动引脚IA与IB与TTL/CMOS 输出电平兼容，实际应用中输入端的驱动引脚上串联15kΩ~30kΩ左右的电阻，将操作电流限制在350uA左右。如无限流电阻，使用mega8单片机I/O脚直连驱动，会造成L9110S严重发热。

　　L9110S具有保护功能，当输入引脚IA与IB同为高或同为低电平时，输出端OA与OB的输出为低电平，不会造成芯片损坏。但是通过实际应用发现，还是应该在驱动电平的切换过程中增加大约10uS左右的死区保护，否则L9110S会对主电源造成一定程度的干扰，导致电源中出现明显的噪声，会影响到本制作中的433M接收电路的工作。

　　同时虽然L9110S的压降比BJT分立电路要高一些，但是合理选择相关驱动参数，输出电压依旧可以满足本制作的需要。交流耦合电容选择了4.7uf/35V的小容量电解电容，进一步降低零件尺寸与制作成本。

　　2、高压驱动电路：

　　高压驱动电路需要与VFD驱动芯片适配，由于本制作中选择的STF16360为负压驱动，需要生成一定电压值的负高压，连接到STF16360的VEE输入口。产生负高压采用的是Buck－Boost电路，也称为“升降压式变换器”，是可以同时实现升压与降压功能的不隔离直流变换电路，它的输出电压的极性与输入电压相反，正好可以满足负电压驱动的要求。

　　Buck－Boost电路的工作特点是：使用电感作为能量传输介质，输出电压的极性与输入电压相反，可实现升压与降压，输出电压的高低由开关管的PWM值决定。

　　电路中零件选择需要注意的是：二极管应选择快速肖特基二极管SBD（Schottky Barrier Diode）作为整流二极管、电感应选择磁屏蔽的功率电感，不应使用层叠电感或者色环电感，要求电感饱和电流额定值应大于电路的稳态电感电流峰值、滤波电容选择的是普通的表贴铝电解电容，主要需要注意电容的耐压，考虑到电容尺寸与价格，这里使用的是22uf/50V的电解电容，如果手头没有50V耐压的电容，实际制作中也可选用35V耐压的电容替换。

　　3、各驱动电压之间的互连及截止偏压电路:

　　灯丝电压通过耦合电容与负压隔离，使用2个3kΩ电阻串联后从中间连接点与负压连接，模拟中心抽头变压器的连接，以实现与灯丝电压的中心电位的联接。截止偏压则使用稳压管与限流电阻来实现，静态VFD显示屏对“截止偏压”的要求一般都不高，这里实际选择的是3.3V的稳压管。

　　需要特别注意的一点是灯丝电压耦合电容的极性必须严格按图所示，因为电路上还连接了十几伏的负压，如果反接电解电容，则会造成电解电容损坏。

　　4、传感器、红外与按键部分

　　传感器主要使用了CDS光敏元件连接到片内A/D转换器，用于检测外部环境亮度，

　　红外接收部分设计上使用传统的一体化的红外接收管，连接到单片机的Ｉ／Ｏ口，作为接收外部红外遥控的通道。红外接收是作为本制作的可选部分存在的，实际制作中根据自己的红外遥控器的类型，编写合适的红外解码代码，以实现控制。

　　按键部分使用了三个普通的微型按键开关以实现［+］、［－］、［SET］设置功能。这三个按键分别连接到mega8的SCK、MISO、MOSI三个ISP引脚上，而ＩＳＰ则在ＰＣＢ板上通过排针引出，一来可用于mega8程序的读出与擦写，二来这一组排针可作为引入外部按键的连接口使用（包括正负电源与Reset复位引脚）。当然应该特别注意的是在读写程序时，三个按键都要保持弹起状态。

　　５、无线接收部分

　　无线接收部分也是电路中的可选部分，使用的是的315M/433M无线接收电路，为了进一步降低PCB的面积，使用单片接收电路SYN410R或SYN450R作为主芯片，使用晶震稳频，由其组成的接收电路具有外部元件少、无需调试等优点。

元件表:

数量	元件值	元件名称	元件标号
1		EAF8RM11EF	SP2
1		M02LOCK_LONGPADS	JP1
1		M03PTH	JP4
2		M04 1.27MM 排针	JP5,JP6
1		MA06-1	SV2
3		SWITCH2-SMD-1101NE 贴片按键	S1,S2,S3
7	0u1	C-EUC0805	C5,C6,C12,C14,C16,C17,C18
1	0u1/50v	C-EUC0805	C4
1	1MH	INDUCTORCR75 7730电感	L1
2	1R0	RESISTOR_EUR0805	R1,R2
1	1k	RESISTOR_EUR0805	R14
1	1k5	RESISTOR_EUR0805	R3
1	1p5/50v	C-EUC0805	C13
1	3.6V/0.5W	ZENER-DIODESOD80C 稳压管	D3
2	3k0	RESISTOR_EUR0805	R9,R10
1	4u7	C-EUC0805	C15
2	4u7	CPOL-EUSANYO_SMD_A5	C9,C10
1	5p6	C-EUC0805	C19
1	6.7458M	CRYSTALHC49US 晶振	Y2
1	6k4	RESISTOR_EUR0805	R16
1	10	RESISTOR_EUR0805	R12
3	10k	RESISTOR_EUR0805	R13,R15,R22
2	15p	C-EUC0805	C8,C11
2	20k	RESISTOR_EUR0805	R4,R5
2	22k	RESISTOR_EUR0805	R7,R17
1	22pf	C-EUC0805	C7
1	22uf/50v	CPOL-EUSANYO_SMD_C6	C3
1	24nH	INDUCTOR0805	L2
1	32.768K	CRYSTAL32-SMD 手表晶振	Y1
1	39nH	INDUCTOR0805	L3
1	56k	RESISTOR_EUR0805	R23
2	100k	RESISTOR_EUR0805	R11,R20
1	100uf/10v	CPOL-EUSANYO_SMD_C6	C2
1	220p	C-EUC0805	C1
3	8550	PNP 三极管	Q1,Q2,Q9
1	ANT	M01OFFSET	ANT1
1	AVR-MEGA8-AI	AVR-MEGA8-AI 单片机	IC3
1	L9110SSO08	L9110SSO08 H桥驱动	IC2
1	LD8140	LD8140 VFD屏	VFD01
1	M01SMD	M01SMD	JP3
1	PHOTOCELLPTH	PHOTOCELLPTH CDS光敏电阻	R6
1	SJ	SOLDERJUMPERNC	SJ1
1	SS14	DIODESMA 肖特基二极管	D2
1	STF16360	STF16360	U$4
1	SYN460RSO08	SYN410RSO08	IC1
1	TSOP1840	TSOP1840	IC4
1	USBSMD	USBSMD	X1
1	VARISTORCN1812	VARISTORCN1812 自恢复保险丝	R8

软件驱动特点

　　软件部分充分利用了AT-mega8L的内部资源。避免使用专用电路，以节约成本。

　　首先单片机主频使用内部8M的RC震荡器产生，外部空出的晶震引脚可以用来连接32.768kHz的普通手表晶振，配合Timer2定时器以实现较准确的秒级中断，用于时钟计时用途，这样可以节省掉传统外部RTC电路及电池等电路部分，同时因为支持接收外部授时信号，所以维持走时准确不是问题。时区、闹铃时间等信息保存在片内EEPROM中，可防止掉电丢失。

　　其次，驱动电压控制部分分成两组，其中片内PWM设置成快速PWM模式，产生两路80kHz的可调脉宽的驱动方波，其中一路用来驱动Buck－Boost电压转换电路产生负高压，另一路驱动三极管以调节VFD显示屏亮度（VFD屏亮度控制不应使用直接调整阳极与栅极高压来实现）。灯丝交流电压驱动部分则通过输出5kHz的互补方波驱动L9110S输出交流方波电压（如果电路是无保护电路的分立元件构成的H桥，则需要特别注意在软件中设置死区延迟，防止H桥电路发生短路）。

　　对应的负压稳压部分则通过电阻分压，将参考电压通过片内的A/D转换器转换成数字量后进行软件判断，通过动态调节输出的PWM值来实现高压部分的软启动与稳压功能；A/D转换器也被用来检测CDS的电阻值，通过CDS返回的值可以获知外部光线情况，同时通过软件对屏幕COM脚进行PWM调整，以实现随环境光自动改变屏幕亮度。

　　内部时间基准统一采用“Unix时间戳”(Unix timestamp)为标准，进行时间计数格式的统一，便于接收外部标准的校时信号，而本机则通过设置当前时区来显示当前的本地时间。年份、月份、日期、时、分、秒等信息都完全包含在Unix时间戳这样一个unsigned long的4字节数据中，在时间数据的交换处理上会变地非常的容易。

　　软件支持通过315M/433M外部接收电路接收母钟发出的时基信号，实现自动授时功能。当然，也可以根据需要增加代码，接收其他格式定义的信号，以实现其他各项无线遥控功能。

安装调试

1、焊接工作与安装

　　本制作的主要优点是整个电路中没有需要调试的零件，只要零件参数正确，质量可靠，且焊接无误，一般情况下通电即可正常工作。但是在焊接的时候必须特别注意的是，由于采用的基本是全贴片的零件，而且PCB的设计上也比较紧凑，业余条件下焊接时还是需要特别注意焊接顺序，一般建议先焊接如STF16360之类的贴片元件，焊接完成后，使用放大镜等仔细检查引脚是否焊接正确，然后再焊接电阻、电容、按键等小零件，最后焊接直插零件。在焊接过程中，为了防止如直插零件的过孔被焊锡堵塞，可先使用高温胶带先将这些直插零件孔先保护起来。实际焊接中，建议先焊接完主体，将无线接收部分的线路放在主电路调试正确后再焊接。也可以边焊接制作，边调试，例如先焊接完单片机部分的电路，然后即可焊接高压部分的电路，焊接完后即可进行测试，确保工作正常后，可继续焊接灯丝驱动部分的电路，焊接完后还是进行对应的测试，确定无误后继续焊接后续零件。

　　本人作为一位电路焊接新手，整个电路板在使用CF15烙铁头的情况下轻松焊接成功，实际贴片零件的焊接并不困难，只要稍加练习即可掌握。

　　对于VFD屏特别需要提示的一点是，由于LD8140生产时间比较久，部分管脚可能存在明显的氧化现象，不容易上锡，所以一般建议使用插座安装的方式。先焊接2.0mm排针座在PCB上，屏则插入排针座与电路连接。这样做的另外一个优点是照顾到PCB正面焊接的是单片机，如果损坏，便于维修，不需要弯折VFD屏的引脚。另外一个解决方法是将LD8140的所有引脚从屏上直接焊下，根据屏的安装方向是直立还是水平，选择使用2.0mm的直排针或者弯排针焊上进行替换，LD8140屏幕下端有引脚焊盘，小心操作，可以很容易完成引脚的更换。

2、通电测试

　　如果电路板是一次性焊接完成的，则在正式通电前应该再仔细检查一次电路板上的零件与线路，确保无明显的焊接错误、零件参数也正确后再通电。在加电前一般建议先用万用表的电阻档量一下主供电插针正负两极的电阻值，测量过程中应该等到读数稳定，因为板上电源电容有充电时间，正常情况下，稳定后的电阻值应该在22kΩ~27kΩ之间。

　　通电后如果单片机工作正常，蜂鸣器及其驱动电路焊接无误，则会发出“B...B..”两声，代表系统初始化正确。如果无鸣叫，请先检查单片机及蜂鸣器这部分电路。如果鸣叫后屏幕无显示，则应先观察屏幕灯丝是否发出暗红色，如果发出暗红色代表灯丝驱动正常，否则应检查灯丝驱动电路部分。有条件的情况下可以使用示波器观察一下灯丝供电的波形是否正确。如果灯丝工作正常，但是无显示，则应继续检查负高压部分工作是否正常，使用万用表测量负压输出部分，正常情况下应该至少有-18V的电压输出，如果没有电压输出或者输出电压不足，则应检查高压部分的电路。如果灯丝与高压部分工作都正常，屏幕依旧无显示，则应该检查 STF16360的焊接是否正确，单片机驱动STF16360的信号引脚的焊接是否正确。如果部分笔段显示不正常，应该重点检测STF16360的引脚焊接是否正确，LD8140屏幕的引脚是否氧化。如果电压都正常，但是笔段的显示非常微弱，则应该检查栅极电压是否正常，栅极包含一个调节亮度的PWM电路，要重点检查这部分电路的零件。

　　如果屏幕显示正常，但是时钟不走时，秒点不闪烁，请检查单片机的晶震引脚上的晶震是否震荡，用示波器应该可以看到震荡的弦波，如果没有震荡信号，则应该检查晶体是否正常，两个配套的震荡电容的值是否与所使用的晶振相匹配。

　　433M无线接收部分不需要调试，如果零件焊接没有错误，芯片没有损坏，即可正常工作。需要注意的是如果使用板上天线，应该焊短路板上天线的连接跳线，否则应该通过天线孔焊接外部天线。调试无线部分时，可以通过板上的三个外接外部接收模块的插针来检测板上接收部分是否工作正常，只需要将DATA脚连接示波器，使用433M发射器发射一下信号，通过示波器看看是否可以观察到信号波形即可。在条件允许的情况下，也可以根据实际情况，直接利用插针外接外部的接收模块进行信号接收。

　　CDS部分的调试很简单，使用手按照一定的程度遮挡CDS的感光面，屏幕的亮度显示会出现明显的变化，如果用手指按住CDS的感光面，即完全阻挡，此时屏幕亮度应最低。

　　红外线模块是否安装可根据个人需要进行确定，附带的HEX中由于受到AT Mega8L内存的限制，红外模块的代码暂未写入单片机中，读者可自行开发。

3、时钟参数调节

　　本时钟使用最简单的三键盘调节功能，分别是[+]、[-]、[SET]，正常显示状态下，按[+][-]键可在各种显示模式下切换，如时分显示、秒显示、日期显示、闹铃显示等等模式。任何一个具有可调项的显示模式状态下长按[SET]键即可进入调节状态，此时屏幕显示闪烁，在调节状态中使用[+][-]键进行调节，长暗[+][-]键可自动快速重复，按[SET]键进行调节项的切换。调整方法与传统的电子表基本一致。

小结

　　作为一个电子制作的初学者，通过自己的努力与汗水，通过个人的爱好加上努力的自学，通过实际的动手实践，最后终于完成了一件独立的作品，实现了一个完全由自己设计与制作的VFD电子钟，这种喜悦是无法用言语表达的。在整个设计、制作、调试过程中认识了贴片零件及常见电路技巧、提高了自己的焊接水平、也增加了单片机编程的经验，可谓一举多得。

　　本制作对业余电子爱好者们的最大贡献是实现了一个由单片机为主的，以简单外围电路为辅的VFD驱动电路，爱好者们完全可以利用同样的电路驱动大致规格的其他VFD屏幕，只要灯丝电压要求在4.5V一下，高压要求在30V以内，基本都可以使用这一电路驱动起来，便于实现其他更多的VFD显示作品。

配套数据

LD8140 PCB GERBER&Hex firmware V1.0

LD8140 PCB 的GERBER生产数据及Hex烧写数据
For personal use only.
No Warranty. Use at your own risk.

DIY-LD8140CLOCK.rar

compressed file archive 61.0 KB

Download

配套数据外部下载地址：

《无线电》杂志社LD8140文件下载