Electronika
Nixie klok met recup-onderdelen
TechTalk
Root server » TechTalk » Electronica » Nixie klok
Op de volgende bladzijden zullen we een digitale klok met nixie buizen bouwen. De bedoeling is te werken met recuperatie-componenten.

De Nixie indicatorbuizen worden hier besproken. Ze hebben een voedingsspanning van 170V nodig om in te schakelen. Iedere buis verbruikt maximaal 3mA en de spanning zakt tot ongeveer 160V als ze branden, ze gedragen zich als een neon-lampje en hebben een voorschakelweerstand nodig.

In tegenstelling met gewone neon-lampjes moeten deze indicatoren met gelijkspanning gevoed worden: het is de cathode die oplicht bij neon-lampjes.

Het idee om een nixie-klok te bouwen is gekomen toen ik een paar buizen uit een oude meetzender van de Marine kon halen. Wat kan je met zulke buizen doen (behalve ze op ebay verkopen als "NOS")? Een ouderwetse klok bouwen, natuurlijk!

In plaats van een kant-en-klaar ontwerp te bouwen (er zijn voldoende schakelingen op het internet te vinden), is het de bedoeling een klok te bouwen met enkel onderdelen die ik liggen heb. Er bestaan heel veel eenvoudige schakelingen die de netfrekwentie gebruiken als referentie, en waarbij de tijd aangegeven wordt door een deling. Natuurlijk gaat het uur verloren als er een spanningsval is. Er is geen processor aanwezig en er kan dus geen alarmtijd ingesteld worden. Het instellen van de tijd gebeurt onnauwkeurig door een toets "snel" en "traag" vooruitlopen.

In de volgende pagina's wordt de volledige schakeling gerealiseerd:


    Eigen arduino "shield"


    BCD naar digitaal omzetters

  • We moeten de hoogspanning uit een oude schakelende voeding van een DVD speler halen. De 5V ligt voor het rapen, maar de hoogspanning moet zelf gemaakt worden. Hier gebruik ik een bekende component uit lang vervlogen tijden (dit past wel goed bij een nixie klok, vind ik), namelijk een tripleur.

  • De nixie buizen moeten aangestuurd worden. Door de hoogspanning die nodig is, is de keuze aan geschikte drivers eerder beperkt. De drivers kunnen evengoed leds aansturen (in een testfase), waarbij de hoogspanning vervangen wordt door de 5V spanning.

  • De signalen van de processor moeten we demultiplexen via een latch. Ook de overgang van TTL naar CMOS en omgekeerd wordt hier besproken.

  • Er zijn alternatieven op de 74141 om de nixie buizen aan te sturen. In plaats van relatief dure driver IC's te kopen had ik beter gewerkt met gewone CMOS IC's, namelijk 4028 (BCD to decimal).

  • Hoe de druktoetsen verwerkt worden komt hier aan bod. We hebben besloten een eenvoudige en intuitieve bediening met slechts drie druktoetsen te gebruiken: de software die de toestand van het systeem bijhoudt maakt dit mogelijk.

  • De arduino uno heeft geen echte klok aan boord: de tijd gaat verloren als de stroom onderbroken wordt of bij reset/upload. Een externe RTC klok heeft een ingebouwde batterij en de tijd blijft permanent lopen.

  • De processor wordt in C geprogrammerd, dit is de moedertaal van een hele reeks talen zoals C++, C#, Javascript en Java. In vergelijking met die modernere talen leunt C nog zeer dicht bij machinetaal, waardoor er efficient geprogrammeerd kan worden. De software van de nixie klok komt hier aan bod.
Bij een arduino hoort ook een "shield", een interface met de buitenwereld. Hier is het gewoon een printplaatje met de nodige headers, want om de klok te bouwen zal ik twee complete printen nodig hebben.

Links de uitgangslijnen die de klok zullen sturen: er worden 7 lijnen gebruikt. Rechts de voedingsingang. Ik gebruik ook een analoge ingang om de toestand van de drukknoppen in te lezen.

Ik weet niet of dit bij alle arduino uno het geval is, maar de laatste connector is een halve offset verschoven, waardoor de header niet meer vastgezet kon worden op de gaatjesprint.

De BCD naar digitaal omzetters (CD4028BCN) zijn van het verkeerde type want het onderdrukken van het cijfer is niet mogelijk. Wordt er een verkeerde BCD kode doorgestuurd, dan mag normaal geen cijfer oplichten. (Bij deze versie licht een 8 of 9 op). Met een CD4028BE zijn er geen problemen.

Verschil nixie buis en 7 segment display (led)

Een 7 segment display bouwt de verschillende getallen door middel van segmenten die al of niet oplichten. Een combinatie van segmenten toont een bepaalde cijfer. Met de 7 segment displays is het ook mogelijk hexadecimale getallen weer te geven. 7 segment led cijfers kunnen geleverd worden met gemeenschappelijke cathode of anode.

Een nixiebuis heeft evenveel cathodes als er cijfers weergegeven moeten worden, dus in het algemeen 10 cathodes. De anode is gemeenschappelijk.

Een 7 segment display (en een led in het algemeen) kan in multiplex aangestuurd worden, dat wil zeggen dat de segmenten van alle cijfers doorverbonden worden (zodat men in totaal maar 7 stuurlijnen nodig heeft voor de segmenten). Per cijfer komt nog één lijn bij. Dit systeem wordt interessant als er meerdere cijfers aangestuurd moeten worden: een 7 segment display met 6 cijfers heeft genoeg aan 13 stuurlijnen (6 cijfers en 7 segmenten).

We bespreken een schakeling met gemeenschappelijke anodes. Eerst krijgt de eerste cijfer een positieve spanning op zijn anode. De cathodes van de segmenten die moeten oplichten worden met de massa verbonden (indien nodig met een weerstand). De segmenten van andere cijfers lichten niet op, want ze krijgen geen positieve voedingsspanning. Dan krijgt de volgende cijfer spanning en de corresponderende segmenten worden aan massa gelegd, enz.

Als deze omschakeling voldoende snel gebeurt, dan ziet men de opeenvolgende oplichtende cijfers niet, maar ziet men één geheel. Voor een klokdisplay is de multiplexfrekwentie minimaal 200Hz. De piekstroom door iedere segment is hoger dan normaal (60mA), maar de gemiddelde stroom heeft een waarde van bijvoorbeeld 10mA per segment. De leds kunnen deze piekstroom wel verwerken.

Een nixiebuis kan niet gemultiplext worden: de kortstondige hoge stroom die nodig is om de buis voldoende te doen oplichten zou de electrodes snel beschadigen. Per buis die men wilt aansturen heeft men 10 lijnen nodig. Om 6 cijfers weer te geven heeft men dus 60 stuurlijnen nodig (indien alle waarden weergegeven moeten kunnen worden). Het multiplexen gebeurt hier doorgaans op driver-niveau, waarbij de waarde van ieder cijfer in een geheugencel geplaatst wordt.

Er bestaat ook een tussenvorm tussen nixie en led, namelijk de numitron. Het is een 7 segmentendisplay, maar ieder segment wordt door een gloeidraad gerealiseerd. De nodige stroom om een segment te doen oplichten bedraagt 20mA, waardoor er gewone LED drivers gebruikt kunnen worden. Het uitzicht is niet zo mooi en de gloeidraden hebben de neiging om te gaan doorbuigen na verloop van tijd.

Links to relevant pages - Liens vers d'autres pages au contenu similaire - Links naar gelijkaardige pagina's