Duże wyświetlacze lampowe Nixie, takie jak Z566M, są drogie i na aukcjach osiągają ceny powyżej 50zł/szt. Jednak nie trzeba kupować czterech lamp, by zbudować funkcjonalny i estetyczny zegar – wystarczy zaledwie jedna sztuka! Oto gustowny gadżet ozdobny, dla osób lubiących zegary z poprzedniej epoki, posiadające jednocześnie drobną nutkę nowoczesności i nietuzinkowości.
Jak działa zegar, wyświetlający zaledwie jedną cyfrę? Wyświetla on po kolei dziesiątki godzin, jedności godzin, dziesiątki minut i jedności minut, w odstępach co sekundę. Aby było wiadomo, która cyfra jest obecnie wyświetlana, przed lampą Nixie umieszczono cztery neonówki. Zaświecenie się pierwszej z nich oznacza, że lampa pokazuje obecnie dziesiątki godzin. Druga neonówka oznacza jedności godzin, itd.
Układ zasilający jest bardzo prosty i wykorzystuje stabilizator 78L05. Dla bezpieczeństwa zastosowano bezpiecznik polimerowy PTC 250mA. Układ należy podłączyć do zasilacza wtyczkowego o napięciu 12V.
Mózgiem zegara jest mikrokontroler ATmega88PA. Jeżeli jeszcze korzystasz ze starszej „ósemki”, to gorąco polecam zapoznać się z jego nowszą wersją, bo nowa ATmega88PA ma więcej możliwości i przede wszystkim jest tańsza. ATmega48PA jest jeszcze tańsza (funkcjonalnie identyczna, ale ma dwa razy mniejszą pamięć) i nadawała by się lepiej do tego projektu, ale w chwili robienia zakupów nie była dostępna w sklepie. Przedstawione urządzenie jest bardzo proste, więc postanowiłem, aby jak najwięcej zrealizować przy pomocy wewnętrznych zasobów procesora. Stosowanie zewnętrznych układów RTC czy specjalizowanych scalaków do przetwornic w tym przypadku jest bezcelowe.
Do odmierzania czasu został wykorzystany 8-bitowy Timer2, pracujący w trybie RTC z kwarcem o częstotliwości 32kHz. Ustawiając preskaler na 128, uzyskujemy przerwanie od przepełnienia dokładnie co 1 sekundę. Wg dokumentacji producenta, do kwarcu 32kHz nie potrzeba podłączać kondensatorów 22pF, jednak niektórzy w Internecie twierdzą, że bez nich układ nie działa. Mi zegar działa poprawnie bez żadnych dodatkowych elementów, jednak na płytce zostało przewidziane miejsce na dolutowanie kondensatorów (C13, C14) na wypadek, gdyby komuś trafił się kapryśny kwarc.
Lampy Nixie potrzebują wysokiego napięcia rzędu 150-200V. Zastosowano przetwornicę step-up, podwyższającą napięcie z 12V do 180V. Najważniejszymi elementami przetwornicy są tranzystor MOSFET N typu IRF840, cewka 1mH raz dioda UF4004. Jest to dioda szybka, której nie należy pomylić ze zwykłą diodą prostowniczą 1N4004. Podczas prób okazało się, że w układzie występują spore zakłócenia. Zastosowano filtr tłumiący tętnienia, złożonego z rezystora R4 i kondensatora C3.
Przetwornica jest zabezpieczona na wypadek zaniku sygnału sterującego, co mogłoby skutkować długotrwałym otwarciem tranzystora T1 i zwarciem cewki L1 do masy. Taka sytuacja mogłaby mieć miejsce podczas wgrywania programu do procesora lub jego resetu. W przypadku braku sygnału sterującego „ster”, pochodzącego z pinu PB1 procesora, rezystor R1 podciąga bazę tranzystora T2 do zasilania. Powoduje to otwarcie tranzystora T2 i tym samym zwarcie bramki MOSFET-a do masy, co skutkuje jego zamknięciem. Wtedy przetwornica nie wytwarza wysokiego napięcia, przez cewkę L1 nie płynie żaden prąd, a kondensatory C4 i C5 rozładowują się poprzez lampę i neonówki, które po chwili gasną.
Napięcie na wyjściu przetwornicy regulowane jest poprzez współczynnik wypełnienia sygnału PWM, generowanego przez Timer1. Im współczynnik wypełnienia jest większy, tym wyższe napięcie uzyskamy.
Okazało się, że sprzężenie zwrotne i pomiar napięcia na wyjściu przetwornicy nie są konieczne, ponieważ przetwornica zawsze ma takie samo obciążenie – w danej chwili świeci się jedna cyfra i jedna neonówka. Zatem wystarczy na stałe ustawić odpowiedni współczynnik wypełnienia i nie ma potrzeby, by go zmieniać podczas pracy zegara. Dzielnik napięcia R5 R6 służy do pomiaru napięcia na wyjściu przetwornicy i służy jedynie jako zabezpieczenie na wypadek, gdyby napięcie przekroczyło wartość 200V (np. gdy nie ma lampy w układzie). Wtedy procesor wyłączy przetwornicę.
Lampa Nixie wymaga sterowania specjalnym układem 74141, który wyposażono w tranzystory wysokonapięciowe oraz dekoder BCD. Do sterowania neonówkami zastosowano tranzystory MPSA42. Rezystor R50 ogranicza prąd wyświetlacza Nixie, a R12, R22, R32 i R42 regulują prąd neonówek. Aby wyświetlacz i neonówki świeciły z taką samą jasnością, te elementy zostały dobrane „na oko”.
Większość elementów jest w łatwych do lutowania obudowach 1206. Należy je przylutować w pierwszej kolejności. Do przylutowania układów scalonych SMD przydatna jest cienka cyna i topnik (może być zwykła kalafonia rozpuszczona w nitro). Układ 74141 można zamontować w podstawce. Elementy przewlekane na dolnej stronie płytki należy zamontować poziomo. Nie ma potrzeby przykręcać tranzystor MOSFET do płytki.
Trochę więcej uwagi należy poświęcić złączu do lampy. Na Allegro dostępne są specjalne podstawki, jednak ich ceny bywają zaskakująco wysokie i dlatego zastosowano rozwiązanie alternatywne. Piny w gniazdach DB mają taką samą grubość jak nóżki lamp, więc nadają się znakomicie do zrobienia własnej podstawki. Rozcięto gniazdo żeńskie DB25 i wyciągnięto tulejki chwytające piny z wtyczki. Aby tulejki przylutować równo i prosto, najlepiej najpierw założyć je na nóżki lampy. Dopiero wtedy wtykamy je w płytkę i lutujemy.
Dla estetyki można dodać przezroczyste płytki z pleksy, widoczne na zdjęciach. Światło pięknie się w nich odbija, a zegar wygląda bardziej efektownie. Przezroczyste płytki najłatwiej wziąć z pudełek po płytach CD, ale trzeba uważać przy wierceniu otworów – łatwo pękają. Płytki są łączone z zegarem na tulejkach sześciokątnych.
Aby ustawić godzinę, należy wcisnąć lewy przycisk. Pierwsza neonówka zacznie szybko mrugać, co oznacza, że ustawiamy właśnie dziesiątki godzin. Prawy przycisk zwiększa cyfrę o 1. Aby przejść do ustawiania jedności godzin, wciskamy ponownie lewy przycisk. Zaczyna mrugać druga neonówka. Analogicznie, prawym przyciskiem zwiększamy cyfrę jedności godzin o 1. Znów wciskamy lewy przycisk, ustawiamy dziesiątki minut, itd. Po ustawieniu jedności minut, wciskamy lewy przycisk, po czym zegar przechodzi do normalnej pracy i odmierzania czasu.
W zegarze przewidziano tryb demo. Aby go uruchomić, wciskamy prawy przycisk. Zaświeci się cyfra 1 i pierwsza neonówka. Wciskając ponownie prawy przycisk, możemy zapalić kolejne cyfry i neonówki. Lewy przycisk cofa do poprzednio wyświetlanej cyfry. Aby wyjść z trybu demo, trzeba ustawić zero na wyświetlaczu i wcisnąć lewy przycisk.
Podczas pracy zegar nie wymaga żadnych czynności od użytkownika. Cieszy oko łagodnym pomarańczowym światłem i wzbudza zainteresowanie wszystkich gości.
Po więcej ciekawych projektów zapraszam na moją stronę
Leon InstrumentsCool? Ranking DIY
