制作YS9-4六管荧光数码时钟

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作者：张锋 (zjjszhangf@gmail.com)

功能特点

1、使用六只YS9-4型号的荧光数码管构成时间与日期等信息的显示，管子尺寸小巧，显示效果好；
2、使用双STF16360构成的静态显示电路驱动，显示效果稳定无闪烁；
3、使用STM8S8位单片机驱动，片内资源丰富，价格低廉，运行速度快；
4、时钟支持红外遥控、315M~433M无线校时、自动检测光线调整亮度、支持温度传感器等多种外部可选功能；
5、支持多种数字切换效果，显示过渡效果优秀；荧光管下方选用可独立控制的RGB全彩LED作为底光显示器件，实现256级亮度的真彩色显示切换，显示效果绚丽多彩；
6、主电源为+5V供电，使用标准Mini-USB供电口供电，供电简单、通用；
7、选用SEIKO生产的专用RTC电路，可在极低电压下工作，配合使用微型可充电锂电池/法拉电容后备供电，在断电后可长时间维持走时；
8、利用RTC电路与温度传感器配合，可自行根据温度情况对晶震进行偏移补偿调整，确保走时精度；
9、VFD高压供电部分采用高频Boost专用芯片配合负压转换电路完成升压工作，电路体积小，效率高；

前  言

　　本制作的起因主要是因为通过网络认识的电子爱好者在互相交流的过程中赠送了一盒绍兴电子管厂生产的型号为YS9-4的荧光数码管，虽然荧光管的生产年代为上世纪70年代，但是所有管子都完好无破损，荧光粉表面也无明显老化的痕迹。通过搭接简单的测试电路进行测试后，全部管子都能够正常显示。为了将这些保存多年的数码管利用起来，想到可以制作成6位数字显示的电子时钟，所以就有了本制作的开端。
　　在本制作的设计过程中，充分利用了手头已有的芯片进行设计，降低了制作的成本。最终的目标是制作出成本低、功能多、质量高的荧光管数码时钟，为电子钟爱好者提供一个VFD TUBE CLOCK的实现参考。

YS9-4数码管简介

　　首先来看一下YS9-4数码管的一些基本情况。YS9-4数码管是我国生产的最常见的8字真空荧光数码管之一，其管子直径大致为10mm左右，内部包含一个标准7段数码加一个小数点与横划点共计9个显示笔段，属标准的小型显示管。管内笔段发光颜色为标准的绿色光，显示亮度高，效果好。
　　YS9-4荧光数码管的主要优点是管子尺寸较小，而且目前还是比较容易从P2P网站上购买到，价格也比较低。这种管子很适合作为电子显示管爱好者制作入门级荧光数码管时钟用管。
　　从电气连接上来看YS9-4数码管全管总计12只管脚，其中包含脚灯丝2引脚、栅极1引脚以及阳极9引脚组成，管脚直径约为0.3mm，长度范围大约为40mm，其中两只灯丝引脚上套着塑料封套，以区别于其他功能的管脚。
　　不同的生产厂家生产的YS9-3/YS9-4系列管子的引脚布置方式与排列顺序各不相同，不可直接进行互换，参考SJ1861-81标准，其中要求的管脚排列顺序如下表所示，仅供参考。
表:SJ1861-81标准管引脚排列表:

　　而本制作中使用到的绍兴管的实际引脚排列就与标准不一致，经过搭接测试电路进行测试，得出实际管脚的排列顺序如下表所示。

表：绍兴产YS9-4管引脚排列表

其中F1、F2为灯丝引脚；Grid为栅极引脚；a~i为阳极；

　　实际使用的这批绍兴电子管厂生产的YS9-4管子，从封口处的标签可知其生产日期为1977年，管子整体工艺相当精细，区别于其他厂家的同类型显示管。从管子的内部结构上看，其栅极直接使用极细的引线饶制而成，明显区别于一般VFD管内使用的多孔冲压片的栅极。使用细引线制作成的栅极遮挡面积更小，如不仔细看几乎看不见，这一结构使得管子的字符显示显示效果更好。从背面看，其内部引脚全部使用玻璃封装，直立排列，整齐有序，与其他同类型管子内常见的粗糙的弯曲铜线引脚有着明显的区别。

　　由于YS9-4管子生产年限比较久远加上当年的生产技术水平的限制，经过30多年的保存，目前的品质已无法保持新品水平，所以在使用前一定要先地管子进行检测与筛选，从中选择出品质比较好、显示亮度基本一致且外观无明显显示缺陷的管子组合使用，以获得较佳的显示效果。

　　从实际筛选的经验来看，大部分无漏气的管子都能够显示，管子的缺陷主要表现为：显示亮度不佳、笔段荧光份局部老化。根据实测总结出的统计经验是：未拆封原盒10只装的管子，大致可以保证有5~6只左右可以完全正常工作。所以，如果读者是通过网络P2P购买，切记交易时应该要求卖家先进行测试后再发货。

电气特性与测试方法

　　先来看一下YS9-4的基本电气参数，这里主要关心的是灯丝电压与高压电压及相关的工作电流。YS9-4的管子尺寸比较小，驱动所需的电压比较低。其中灯丝电压只需要1V2即可工作，高压部分需要20V电压。灯丝电压类型可以选择直流或者交流，主要原因还是因为管子尺寸比较小，灯丝电压低，即使使用直流电驱动灯丝也不至于出现亮度差异。下面两表列出了YS9-4电气特性与极限电压特性，供参考。

表：YS9-4电气特性表

表：YS9-4极限电压特性表

　　对YS9-4管子进行简单的加电检测的主要目的是先确认其工作正常，并尽量确保筛选出6只显示亮度基本一致、无明显缺陷的VFD管组成一组。测试电路可使用电池直接搭出，灯丝电压部分使用一节1V5干电池或者1V2的充电电池供电，高压部分可使用两只9V层叠电池串联，两组电池共地连接，测试时可使用2.54mm的杜邦插头或者使用鳄鱼夹与显示管对应脚连接即可。

总体规划

　　整体制作中考虑制作中使用到的6只YS9-4荧光显示管，按照两两成组的方式分成三组间隔排列。正常情况下这三组显示管分别显示各2位的时、分、秒信息。考虑到制作的显示效果的美观，参考同类设计，在显示管下方设置RGB真彩色或单色的LED作为可选部分。在运行时LED应支持真彩色彩色动态变化，以增加实际显示效果。

　　对于电路板的基本结构，原考虑采用单块PCB完成整个设计，但是在实际测试过程中发现，由于使用的YS9-4显示管大部分生产年限较久远，很大一部分存在各种显示问题，考虑到这些管子实际可工作寿命可能不一定达到标称时长，为了便于日后更换显示管，在设计中采用了使用小片独立的转接板的形式焊接显示管，显示管通过转接板下的接插口插到主板上，可在显示管损坏时直接替换。这种设计的另一个好处是可以很容易地通过插接测试，将不同显示亮度的显示管进行实际组合测试，以找出显示亮度一致的显示管模块组合，避免了将管子直接接焊接到主显示板上存在更换不易，难于筛选的问题。同时也可以解决由于YS9系列显示管有很多不同的规格，这些不同的管子在基本电气规格上是基本一致，但在引脚排列上可能存在一定的差异，尤其是绍兴管与其他类型的显示管在引脚排列上完全不同。在这种情况下，使用转接板板设计方案后，在更换不同类型的管子时，无需对主电路板进行调整，只需要重新设计一片新的转接板即可，适应性强且大大降低成本。

　　整机的主供电部分计划采用5V直流供电，主要还是考虑这一电压来源容易，既可以使用标准USB口供电，又可以使用小型的5V变压器供电。考虑到小尺寸的显示管耗电低，所以整机实际功率应该会比较小，所以电源接口采用单一的Mini-USB口进行供电。

　　在制作的尺寸规划上，主要设定的设计目标是做到尽可能小巧，考虑到实际制板的成本，最后决定使用长度不超过10cm的PCB电路板作为主电路板放在底层。考虑到转接板的接插稳定及下方线路板IC的安装尺寸，转接板采用了上下两端安装连接件的方式与底层PCB连接，两端安装连接件之间的间隔要确保底板上可以布置下驱动电路。最后确下的管子布局尺寸为组内两管间距1.4cm，组间中心间隔距1.7cm，长边水平方向居中布置，短边方向前对齐布置，主电路板后方安装垂直按键、USB插座、喇叭等零件，按键伸展向尾部盖板方向，方便外壳设计及开孔。

荧光管供电电路设计

　　电路设计中首先考虑的是驱动方式的选择。通常使用动态扫描方式驱动可以节约驱动引线，PCB线路布置上也比较简单，缺点是需要相对比较高的电压，而且显示稳定性不足。参考管子的规格说明书，如果使用1/6扫描形式，为了保证达到100%的显示亮度，则需要提供至少60V的驱动电压；如果是管子两两组合，使用1/3扫描形式，也至少需要提供40V左右的电压，这些电压都已经超过了安全电压范围。同时过高的电压需要使用到价格比较昂贵的专用驱动芯片进行驱动，成本上不划算。

　　经实际测试，如果使用较低的电压进行扫描驱动，实际也可以点亮YS9-4显示管，但是实际显示亮度明显较低，再考虑到YS9-4都是几十年前生产的老管子，大部分都存在着荧光粉老化的现象，老化严重一些的管子实际显示出的亮度可能还要低。考虑到以上因素，最后决定还是采用传统的静态驱动电路进行驱动，这样高压部分只需要大约20V电压，生成容易，驱动电路易购且价格低廉，同时针对老化的显示管可通过稍稍提高驱动电压进行补偿，一举两得。静态驱动的缺点是需要多片驱动芯片，成本稍高，而且线路布线比较复杂，需要消耗较多的设计精力。

　　确定了驱动形式后，首先需要解决的是高压部分的生成方案，通常驱动VFD可以选择使用正高压与负高压进行驱动，市场上常见的驱动芯片以负压的为多，而且价格低廉，本制作决定采用负高压驱动。在负高压的生成部分可以考虑使用单片机驱动分立元件组成的Buck-Boost电路来生成，它的优点是零件较少，成本较低，缺点是需要单片机主动驱动与电压检测，消耗单片机资源，而且由于驱动频率不高，电感尺寸较大，占用过多空间。考虑本制作的尺寸限制，此部分电路考虑使用专用的升压芯片构成。

　　在专用升压电源芯片的选型中，应首先考虑工作频率在300kHz以上的驱动芯片，驱动频率越高，所需要的电感量也就越小，则同样的输出电流的情况下，所使用的电感的尺寸也就越小。一般建议选择工作频率在１MHz左右的驱动芯片，在-20V，30mA输出电流的情况下，可以使用小尺寸的3*3mm微型功率电感，节约了大量的PCB空间。在驱动芯片的实际选型中，发现市场上大部分负压升压芯片都很难采购到，即使能够采购到，价格也高的离谱，在这种情况下，实际采用的电路形式是使用易采购的专用正压升压芯片构造升压电路，在输出端采用电容与二极管组成的电压反转电路输出负压。这种类型的负压转换电路的原理比较简单，可以简单地理解为直流方波经第一个电容转换成交流方波，交流方波的正向与负向分别通过两个二极管向第二个电容的两端充电，形成负输出电压(如果将电路中的D2位置设置成垂直，更容易理解)。理想状态下的负电压端可获得输入电压减去两个二极管压降后的负电压。这种转换电路的优点是价格低廉，零件易购，缺点是电流输出能力有限，且由于负输出端没有反馈，所以输出电压稳定性不高。

　　通过实际搭建的电路测试，获得的实验结果是：ys9-4单管全亮时典型所需高压电流是4mA，6个管子所有笔段全部点亮时总共需要大约24mA电流，在实际测试中，空载输出电压-24V的情况下，输出电流以30mA计，实际电压掉落大约3.2V左右，且长时间测试后并未发现电路有零件明显发热。由于大部分情况下VFD管并不是所有笔段全亮的，实际工作所需电流只有一半左右，而且VFD管允许一定程度的电压波动，所以以上测试结果基本可以满足实际驱动的需求。

　　就灯丝驱动电路需求上看，因YS9-4管子尺寸较短，灯丝电压很低，只需要1V2即可驱动。在规格说明书上标明允许使用交流或直流电压进行灯丝驱动，通过实际比较，使用交流或直流电源为灯丝供电，都不会产生明显的亮度差异，可根据实际情况进行选择。考虑到本制作高压部分采用负压驱动，需要与灯丝电压进行隔离，所以灯丝部分驱动电路采用交流电压进行驱动，灯丝电压与高压之间使用耦合电容进行隔离。在5V主供电电路中直接产生1V2左右的交流驱动电压，设计上存在一些困难，即使能够生成，实际驱动效率也不高，在综合线路复杂程度与制作成本的考量，最后决定将YS9-4的灯丝两两串联后使用2V4的交流电压进行驱动。当然，由于在设计上两只管子的灯丝是串联在一起的，所以如果出现一只显示管的灯丝断路的现象，会导致两只灯管不亮，检查时要注意到这点，不要错将好的灯管也更换掉。

　　电路中生成2V4的交流电压的方法是使用半桥电路，将5V直流电转换成半压的交流电，由于转换效率上不可能做到100%完美转换，通过调试，在优化半桥驱动频率与占空系数的情况下，可以做到两管串联的灯丝两端平均电压在2V2~2V3之间，基本符合管子灯丝驱动要求，实际显示效果稳定。

转接板的设计

　　转接板的主要功能是将显示器件的相关引脚通过排插座连接，以方便插接到主板上使用。由于板上零件很少，只有发光管与YS9-4显示管以及排插座，所以在PCB的连线设计上是比较容易的，主要就是要注意到灯丝引脚部分线路需要加粗。

　　在实际设计中，考虑在可制作的前提下，尽量使用较小尺寸的PCB规格，通过综合测量与比对，最后设计采用的是1.2cm*3.0cm尺寸的双面PCB设计，考虑到尽量使用较小的布局，但又要保持安装后的稳定性，所以总体结构上将YS9-4显示管设计在转接板的中心，转接板的上下两边选择采用2.0mm间距的排插座，主要目的是降低与主板接插后的整体高度（通常2.54mm的插座与插针连接后的连接塑料件部分的高度1cm，而2.0mm规格的高度只有大约6mm）。上下两边的排插座在选择上使用下边5pin*2规格，上边选择4Pin*2规格错位排列，可在一定程度上防止插反。实际设计中上方的4Pin*2规格的排插座只使用了6脚，主要是考虑到防反插设计的需要，以及3Pin*2规格的排插许需要定制的原因。

　　在转接板的中心设设置的是位于显示管下方的LED，总共设计了两种规格的发光管，分别是RGB真彩色的贴片二极管与3mm直径的单色直插LED，其中RGB真彩色为1210超小型表贴封装，可以大大降低显示管的高度，而3mm直径的单色直插发光管则具有一定的高度，可以抬高显示管的高度，可适应不同高度外壳的安装要求。使用单色直插管的原因是由于尺寸限制，无法同时在板上布下表贴与直插两种规格的真彩色LED。

　　默认设计的转接板是针对绍兴电子管厂生产的YS9-4显示管的管脚排列定制的，如果读者手头的管子规格不同，则需要自行设计转接板，只需要确保连接到排插座的引脚是一一对应的即可，如果无法做到一一对应，则应至少确保显示管的灯丝位置及LED连线保持一致，对于显示管的阳极与栅极引脚可根据实际情况自己排列在原范围内，这一部分的适配可在软件层部分进行修改。

真彩LED驱动方案

　　由于本制作采用的真彩色与单色LED可选的方式，为了丰富显示效果，在电路设计上应做到对每个LED单独进行控制，以使其产生独立的色彩变化。对于这种数量较多的LED的独立控制应用需求，单纯使用单片机来控制难以实现，所以考虑上用专用的恒流驱动芯片。通过对市场上多种LED显示芯片的比较与实际测试，最后选择点晶科技公司生产的专用8x3-通道LED 恒流驱动芯片DM163，完成所有真彩色LED的驱动工作。

　　DM163 是专为LED 显示应用所设计的恒流驱动芯片，其内部主要结构是串入移位缓存器、锁存器、恒流电路、以及64 x 256 灰度PWM 功能单元组成，总共提供8ⅹ3 个输出通道，分成三组独立的可由三个外部电阻确定的恒流输出（通道恒流输出5mA~60mA），可独立驱动8只RGB真彩色LED。DM163内部还设置有两级灰度数据，分别是BANK0中的6 bits灰度数据与BANK1中的8bits灰度数据。一般应用中，将其中某BANK中的数据作为校正数据，另一BANK中的数据作为图象灰度数据使用。整个芯片与外部电路的通讯连接使用简单的串行移位输入数据通路，连线数量少，通讯方式简单，非常适合本制作使用。

实时时钟与温度测量

　　在实时时钟部分，优先考虑到由于电路板尺寸的限制，在设计掉电走时部分时，需要使用微型可充电电池作为时钟后备电池。微型可充电电池的优点是尺寸小巧，无需经常更换，适合安装在小面积、微电流需求的应用中，缺点是与同尺寸的普通电池比，电池容量较小。

　　在RTC芯片的选型上，通常使用到DS1302由于市场很难买到美信的原装货，所以在本制作中未继续使用。原本准备使用美信公司申请到的DS3231时钟芯片样片，后来发现其封装尺寸比较大，占用过多PCB空间，导致走线困难。未使用DS3231的另外一个原因是，此芯片对掉电维持走时所需的最低电压要求过高，导致充电电池实际内部能量实际还未能够完全释放就已经掉出了最低可工作电压，用效率过低，影响了可维持走时的时间长。

　　通过资料检索与比对，最后选择使用的是SEIKO公司生产的S35190A型号的3线接口RTC芯片，主要是看上了这一芯片的超低消耗电流、宽工作电压范围的特点。S-35190A是可以在超低消耗电流、宽工作电压范围内工作的3线CMOS实时时钟IC，其工作电压为1.3 V ~ 5.5 V，不仅可以从主电源电压采电，也可以使用多种规格的备用电池采电，电压适应性优，再加上其计时消耗电流只有0.25μA，这两大特性使得使后备电池电量能够充分被使用，大幅度地改善电池的持续时间。

　　S-35190A的另外一个重要的特点是内置时钟校正功能，可以在很宽的范围内校正因振荡电路的频率偏差所导致的时钟数据的提前或滞后。利用这一功能同时配合温度传感器，就可以实现根据温度变化来对时钟晶振进行温度补偿校正，从而实现不受环境温度影响的高精度的计时功能。片内附带的备用存储器，可在主电源切断后继续保持，并在电压恢复后的任何时候读出，方便用来存储用户自定义的信息。我们可以在其中存储如时区、程序配置参数等相关信息。

　　电路构成比较简单，主要就是电源接口、三线通讯接口与一个外接晶体接口，其中的INT引脚可用于输出内部报警1/2中断、频率设定输出、分单位稳定状态中断1/2以及32.768 kHz脉冲中的任意一个。RTC部分电路在电路板布线时，应该确保外接晶体尽量接近对应引脚，并在周边与下层做地线屏蔽。

　　S-35190A总共提供三种封装形式，分别是8-Pin SOP (JEDEC)、8-Pin TSSOP、SNT-8A，从减少RTC部分电路所占用的PCB面积及易焊性上考虑，最后选择SSOP8微型封装作为本制作的RTC芯片。这一封装的芯片价格适中，在市场上也很容易采购到。

　　温度测量部分综合考虑了所需的精度、零件成本与易购性，最后选择了市场上最常见的DS1820 “一线总线”接口的温度传感器，用于环境温度的测量。DS1820在业余电子制作中已被广泛应用，应用细节这里就不再做详细介绍。

　　考虑到应用温度传感器的主要目的是对晶振进行温度补偿调整，以确保走时精度，所以温度测量零件在ＰＣＢ上的布置上专门设置在RTC晶振旁边，以确保晶振工作区域温度的正确检测。

无线模块

　　由于受到PCB面积及走线的限制，无线接收部分的设计没有直接放置在主板上，而是使用单独ＰＣＢ制作的微型无线接收模块作为可选的无线模块。整个微型模块的尺寸仅为7mm*20mm，模块上使用的主接收芯片是SYN410R，接收频率是433M。由于采用了专用超外差芯片，整个接收模块灵敏度高，数据丢失率低。

　　接收模块电路结构与LD8140制作中所使用到的电路基本一致，相关电路细节请参考《无线电2012.05》。模块上使用焊孔形式作为外部天线的连接点，可根据实际情况选择使用软件线直接焊接或者使用硬线饶成线圈状以节约空间，一般业余制作中推荐使用网线内部的铜单芯线饶制天线，取材容易，天线长度规格为28cm(315MHz)/24cm(433.92MHz)。

　　在本制作中考虑到空间的限制，为确保接收信号的稳定性，在主板无线接收模块安装位置的下方设置了无覆铜区域，用于安装专用的433M微型陶瓷接收天线。同时也考虑到专用的陶瓷贴片接收天线价格较高，而本制作中的USB接口中只使用到了电源部分引线，所以将天线部分的连接通过可选的短路焊盘连接到了USB接口的D-端作为可选的外部软天线电路。实际使用时可专门制作一条专用的USB接线，将其中的D-部分线路单独设置成天线长度，并与实际USB主设备端的D-数据线断开，专作为软接收天线使用，确保更远的无线接收距离。

红外及测光

　　红外与测光电路的实现上与传统电路基本一致。其中红外部分采用的是一体化的红外接收头作为接收器件，主要的一个关键点是因为受整体制作尺寸的限制及红外接收管需要面向正方的安装特性，利用了上下层PCB组合之间的6mm高度的间隙，专门采购了高度为５mm左右的微型一体化红外接收头作为专用的接收器件。

　　测光部分原准备升级成硅感光器件，主要是考虑到硅感光器件反应速度快，对光亮度测量准确，且对色光不挑剔，最后受到安装尺寸的限制，无法安装下，最后转而使用传统的CDS感光零件作为测光器件。电路中，使用CDS光敏电阻与两个普通电阻组成串联分压连接，将中心电压输出到单片机器的A/D转换端口进行模拟量测量，然后通过软件部分动态调整显示器件的亮度。

单片机选型

　　本制作依旧是传统型的时钟应用，其中的大部分外部功能如LED驱动、实时时钟等都已经使用了独立的芯片完成，实际对单片机的速度、资源等没有太大的要求，通常的8位单片机内的资源基本都可以满足本应用的需要。在综合成本与尺寸的因素考量后，最后选择了廉价的STM8S系列中的STM8S103K3、封装为LQFP32(7x7)的单片机，其主频为16M，内部提供8K-FLASH与1K-RAM资源。由于计时部分使用专用RTC资源，所以单片机直接使用内部的RC震荡器作为主时钟，未在外部设置独立晶体，以节约成本。

　　单片机的主要功能是完成灯丝半桥电路的驱动、输送相关显示数据给STF16360以及DM163、读取各种无线、红外、温度、光敏传感器以及RTC内的数据，并在内部进行处理后对计时、亮度、显示内容等进行对应的调整。为了便于手工调时，整机设置了三个直立安装式按键，根据实际情况，可以选择不同长度的6*6或者4.5*4.5规格的边脚按键以适应不同尺寸与规格的外壳使用。

　　为便于今后程序更新与节约PCB面积，板上使用2*2Pin的2.0mm排针引出了SWIM四线接口，通过自行制作简单的2.0mm插针即可完成Stm8芯片后续程序的升级工作。当然，为了更新程序，你需要自备一个Stm8的烧写器设备，通常是使用ST-Link，但是这里推荐业余爱好者直接购买一个原厂的STM8S-DISCOVERY的开发板，其板上就自带一个ST-Link，可以单独上用，价格也很低廉。

电路图

零件选型与元件表

　　本制作中的大部分零件选择普通规格的即可，无特殊要求，仅极个别零件在选型上需要注意。其中为了减小电池维持电路的反向漏电电流，电池电路中的隔离二极管应选择反向漏电电流小于１uA的品种，一般可推荐的型号有MA3X704、MA2J728；高压部分的隔离电容应选择50V规格，二极管应选择肖特基二极管或者快恢复二极管，一定要确保耐压值；电感选择磁屏蔽功率电感，板上设计了3*3与5*5兼容规格的焊盘，可根据实际情况选择对应尺寸的电感安装。

元件表：

备注：R16, R18为电池充电分压电阻，取值依实际所使用的电池型号而定；

实际制作

　　实际制作中总共需要焊接一片主板以及６片转接板，整体焊接工作量主要还是在主板的焊接上，转接板上的零件很少，焊接工作相对比较简单。

　　在焊接YS9转接板时，先根据实际需要焊接上1210真彩色LED或者是3mm/5mm直径的单色直插发光管，如果选择使用单色发光管是一般推荐选择蓝色发光管，显示效果比较好。由于表贴1210发光管的高度仅2mm左右，对YS9的安装高度没有什么影响，但是，如果使用单色直插发光管，则发光管的高度会导致管子的实际安装位置升高4~6个毫米的尺寸，所以在选择直插发光管时 需要考虑到与实际外壳高度的匹配，尽量选择高度较小的平头发光管。如果无法采购到合适高度的发光管，则在焊接发光管前，先将发光管的顶部圆头尽可能磨去一部分，以降低高度。焊接完发光管后应该先进行加电测试，测试无误后才可焊接上方的YS9荧光显示管。

　　焊接YS9荧光显示管之前应该先对管子的引脚进行整平操作，可使用小镊子对管脚的尾部进行小心整平，确保引脚直立无弯曲，方便插入安装孔内焊接。YS9管子生产年限比较久远，部分管脚可能出现锈蚀细化的现象，所以整平管脚的操作要小心细致，防止管脚断裂。对于管脚锈蚀的问题，在正式焊接前需要先对管脚进行去锈、上锡等清理步骤。去锈可使用500目以上的细砂纸细心打磨，也可使用浸泡稀盐酸等化学方式进行。显示管焊接完成后，应将底部多余引脚尽量剪去，避免出现多余引脚与底部PCB上的零件发生接触造成短路。最后在转接板的下方焊上母座。母座应尽量选择一体化的标准产品，不建议使用长条的母座自行切割，容易造成塑料件破损，美观性不佳。

　　管子整体焊接完成后，可在显示管玻璃面贴美纹纸保护，然后在引脚上喷上一层电子三防漆，以保护引脚，防止氧化。由于YS9-4显示管尺寸不一，高度一般都有高低差异，所以转接板上安装显示管时，应尽量保持各管子内的显示面水平对齐，以确保最后的显示效果。管子引脚部分根据外壳尺寸灵活选择，一般建议是保留超过PCB正面5mm。

　　在接插排针与排座的安排上，为避免今后对主板进行修补，所以将2.0mm排针焊接在主板上，而转接板上焊接排母，主要还是考虑到与排针相比，排母更容易出现接触不良的问题，这样只需要更换转接板即可，甚至可以完全废弃转接板而不需要对主板进行修补。特别值得注意的一点是，在焊接转接板的的排母时，一定要先将排母插入主板上的插针，然后再在其上放置转接板后再焊接，这样可以避免因单独焊接容易造成排母安装歪斜，影响最后的组装。如果对最后成品的高度有严格的限制，可以使用以下两种安装方法降低整体高度，在安装转接板时可以不使用2.0mm母座，直接焊接到主板上的2.0mm排针上，这样安装高度最低，缺点是日后维修比较麻烦；另外一种方法是保留母座，但是在主板上焊接排针时，可以去掉排针上的塑料件，这样可以降低大约2mm的高度。安装技巧是先将排针从塑料件中拔出，逐一插入转接板上的母座中，插到底，排列整齐后再安装到主板上焊接，对底部多余的部分视实际情况进行剪除即可。如果这个操作不易掌握，也可以排针长脚向下焊接，正常焊接完成后拔掉排针塑料件即可。

　　板上设计电池焊接位置时，可以使用414或者621规格的充电电池，由于621充电电池尺寸大，焊盘同时跨越414电池焊盘，为避免出现电池短路现象，建议在电池下方贴不导电胶布，隔离pcb焊盘与电池。

　　贴片喇叭与红外接收部分的左右间隙比较小，尤其是喇叭部分，一定要在其左右先安装上转接板后再进行定位焊接，避免出现焊接完零件后无法插下转接板的现象。

程序设计

　　本制作的程序设计部分与先前版本的电子时钟基本一致，主要还是程序通过主循环程序不断读取RTC内的时间信息，并将其显示在YS9-4显示管上。

　　程序上电后的初始化工作为设置工作时钟与各引脚功能、启动灯丝电压转换部分，启动高压电路部分，初始化STF1630与DM163电路。然后根据设计进入循环过程，不断读取信息与显示信息。由于是静态驱动，所以代码比较简单，不需要设置时钟中断程序进行刷新操作。整个代码的基本结构与驱动LD8140屏大致一样，只是Stm8S片内资源比Mega8丰富，而且也自带Beep引脚，简化了发音部分的代码。具体程序实现细节这里就不再重复表述，请参考以前发表的相关文章。

总　　结

　　本制作是本人的第一个使用VFD显示管的时钟作品，经过2个多月的设计与制作，最终实现了一个功能较完善的６管VFD时钟。这个制作最大的优点 是在确保轻薄小巧的前提下实现了一个较通用的主电路板，不仅可以驱动YS9系列显示管，对于一些同尺寸的IV系列的前苏联管也可以使用此主板进行驱动，读 者只需设计一片小的转接板插上即可。无需重复的电路设计，明显提高了制作效率。

　　在文章的最后，本人衷心希望这篇制作文章的内容可以为业余VFD电子钟爱好者提供一个新的思路，通过共同学习，不断充实与提高自己的DIY制作 水平，在今后制作出更好、更出色的电子作品。更多的相关信息与配套的文件及资料下载，请访问:http://vfdclock.jimdo.com.

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　全文完