SlackList  - Śmietnik - Zegarek z lampami NIXIE (Nixie Clock)


  1. Co nieco o lampach nixie (z forum elekktroda.pl, autor Tremolo).
  2. Dziennik budowy mojego zegara. (styczeń 2006)
  3. Pliki związane z zegarkami nixie.
  4. Linki do stron o nixie.
  5. Komentarze.
  6. Ta strona w PDF'ie.
  7. Nixie Clock - Sklep
 Zegarek NIXIE

Co nieco o lampach nixie.

Historia

Wywietlacz Nixie zaprojektowali w roku 1952 dwaj bracia, węgierscy emigranci zamieszkali w Stanach Zjednoczonych George i Zoltan Haydu. Byli oni włacicielami firmy produkujacej lampy elektronowe i inne podzespoły stosowane w ówczesnych urządzeniach elektronicznych, głównie dla zastosowań militarnych (m.in. pierwsze alianckie radary, stosowane podczas bitwy o Wielką Brytanie, były wykonywane w oparciu o podzespoły braci Haydu).
W 1953 prawa do produkcji wywietlaczy Nixie zakupiła firma Burroughts Corporation, jeden z największych producentów biurowych maszyn liczących na tamte czasy.. Nad projektem wdrożenia wywietlaczy NIXIE do masowej produkcji czuwał Saul Kuchinsky, który nadał mu nazwe Numerical Indicator eXperimental -1, czyli w srócie NIX -1. Nazwe uproszczono i przekształcono w NIXIE, stało się to za sprawa popularnoci tych sklanych baniek w prasie fachowej. Nazwa, aż do dzis kojarzy się ze wiecącymi na pomarańczowo wywietlaczami.
Panowanie lamp Nixie na wiecie trwało aż do początku lat siedemdziesiątych kiedy to bardzo szybko, z przyczyn praktycznych, zostały zastąpione przez wywietlacze LEDowskie. Nieco dłużej lampy NIXIE były stosowane w naszym kraju, a także w innych krajach należących do Bloku Wschodniego. Co było objawem technologicznego zacofania krajowego przemysłu elektronicznego. Jeszcze w drugiej połowie lat osiemdziesiątych firma Meratronik jeszcze produkowała laboratoryjne multimetry z wywietlaczami z lamp NIXIE (V-543, V-560) produkowanymi m.in.przez wrocławski Dolam.

Budowa lamp NIXIE

Lampy NIXIE zbudowane są z elektrod umieszczonych wewnątrz bańki szklanej z wypompowanym powietrzem, zastąpionym neonem pod niskim cinieniem. Jest jedna anoda wspolna dla całej lampy jest ona na przedzie bańki w kształcie siatki perforowanej zbudowanej najczęciej z szeciokątów lub kwadratów. Katody natomiast wyprofilowane są technologicznie na kształt wywietlanych znaków.
Niektóre lampy tego typu posiadały w bańce same cyfry, do innych dołączane były kropki dla liczb zmiennoprzecinkowych, inne posiadały wewnątrz tylko znaki graficzne okrelające dodawanie, odejmowanie, oznaczenia dla prądu zmiennego czy stałego itp.popularne w multimetrach laboratoryjnych. Zdarzały się także lampy segmentowe, których katody tworzyły segmenty dla wywietlanych znaków, co zwiększało możliwą iloc kombinacji wywietlanych. Pozwalało to na wywietlanie znaków alfanumerycznych.
Do zasilania lamp NIXIE niezbędne jest ródło napięcia stałego o wartoci 130...170V (Zależne jest to od typu lampy). Napięcie to nazywane jest napięciem zaplonowym musi być przyłozone pomiedzy anode i jedną z katod, powodując zjonizowanie gazu wokól tej ostatniej i w konsekwencji wywietlenie znaku odpowiadającego danej katodzie. Należy pamiętać aby napięcie było skierowane "+" w kierunku anody i "i" w kierunku katody. Odwrotne podpięcie napięcia spowoduje wiecenie anody, czyli siatki przed znakami.
Po zjonizowaniu gazu wewnątrz lampy ("zapaleniu znaku") napięcie pomiedzy anodą i katodą spada do wartoci roboczej co wymusza właczanie w szereg z którą elektrod (głównie anodą) rezystora szeregowego ograniczającego prąd. Te dane mozna znaleć w katalogach lamp NIXIE. Jonizacja gazu powoduje także to, że działa ona równiez jako stabilizator napięcia pomiędzy anoda i katodą. napięcie to jest nazywane roboczym i jest mniejsze od wartoci zapłonowej o jakie 8...10%. Wygaszenie gazu wokól katody jest możliwe po zmniejszeniu wrtoci napięcie przyłozonego pomiędzy anode i katode ponizej napięcia podtrzymania.
Zaletą lamp NIXI jest mały prąd pobierany, sterowanie napięciowe, dokładnie odwzorowane cyfry, brak żarzenia, jak w innych wywietlaczach lampowych na przykład elektroluminescencyjnych. Wady natomiast to wysokie napięcie stałe je zasilajace, będące zagrożeniem zycia. Kłopotliwa jest także współpraca lamp typu NIXI z układami cyfrowymi. Produkowane kiedy wysokonapięciowe układy serii TTL 74141 wyszły juz prawie z użycia. Umozliwiały one wspołprace z wysokim napięciem stałym. Na wejcie podawało się sygnał BCD na poziomie TTL a wyjcia mogły sterować napięciem sterującym lampami.

Podział wywietlaczy o zimnej katodzie

Wywietlacze NIXIE dzielimy na: dekatrony, kształtne (matrycowe) i segmentowe.
Dekatron jest to lampa typu NIXIE, w której znajduje się dziesięć katod i jedna anoda, napięcie podane pomiedzy anode i jedną z katod powoduje swiecenie odpowiedniej częsci lampy zazwyczaj w kształcie koła w którym każda cyfra jest odwzorowana jako inna katoda. Do tego anodą często był piercień wewnątrz koła.
Niektore dekatrony miały o wiele więcej niż 10 anod, były wykorzystywane we wskanikach swietlnych pokazujących na przykład wilgotnoć powietrza, wysterowanie wzmacniacza mocy, rzadziej w zegarach.Typowy dekatron wielo elektrodowy przedstawiono na obrazku ponizej.Dekatrony zostały w końcu całkowicie wyparte przez lampy NIXIE .
Katody lamp NIXIE bez problemu mogą działac jako wyswietlacze cyfrowe. Okazuje się że działające pole elektryczne na katode w kształcie cyfry powoduje jej wiecenie. Możemy zaprojektować znak wietlny o każdym płaskim kształcie. Prócz cyfr 0,1,2,3...9, zdarzaly się wywietlacze posiadające w ramach swoich matryc podstawowe znaki arytmetyczne takie jak znak dodawania, odejmowania, mnożenia, dzielenia. Stosowane były często w zegarach jako dzielniki między godzinami a minutami.
Segmentowe wywietlacze typu NIXIE posiadają o wiele większe mozliwoci, budowane były zazwyczaj w oparciu o 7, 15 segmentów umożliwiających wywietlenie wszystkich cyfr i liter, a także innych znaków. 15 segmentowe NIXIE były produkowane w Związku Radzieckim np. B5971, B7971. Wyswietlacz B7971 - Lampa ta posiada pietnacie segmentów (katod) , w różnych kombinacjach na tym wywietlaczu możliwe jest do wywietlenia 10 cyfr i wszystkie litery alfabetu łacińskiego. Znaki tutaj są wielkoci 62 mm.

Sterowanie wywietlaczy NIXIE z poziomu TTL

Jak wiadomo kłopotliwe dla pracy w rodowiskach logicznych są wysokie napięcia slużace do wywietlania poszczególnych cyfr w wyswietlaczu NIXIE. Obecnie najczęciej stosowanym rozwiązaniem jest podłączenie wyjć dekoderów BCD/1 z 10 o otwartym kolektorze do baz wysokonapięciowych tranzystorów. Zdarzają się też w konstrukcjach amatorskich, koneserskich układy które z poziomu pracy mikroprocesora sterują tymi lampami.
Do pracy z lampami NIXIE stworzono wyspecjalizowany układ, a zarazem sterownik z wbudowanym dekoderem BCD/1 z 10 o symbolu UCY 74141 / UCY 7441, obecnie już nieprodukowany. Jedyną obecnie produkowaną odmianą sa bardzo drogie układy 71414.Sposób połączenia wg noty katalogowej układu 74141 przedstawiono na schemacie nr 1.

Podsumowanie

Wywietlacze NIXIE już prawie wyszły z użycia. Wszelkie ich teraniejsze zastosowanie ogranicza się właciwie do prac hobbystycznych. Obecnie nikt chyba juz ich nie produkuje. Zostały wyparte przez wywietlacze LED, które były prostsze do wysterowania z poziomu logiki elektronicznej, mogły byc bezporednio sterowane z bramek logicznych czy tez tranzystrorów, żadziej diod.
Wadami NIXIE są wysokie napięcie zapłonu. Przekroczone może doprowadzić do wiecenia nie tylko okładziny właciwej lecz także znajdującemu się poniżej doprowadzeniu potencjału.

Układ sterujący lampą NIXIE

Ze wzgledów praktycznych zdecydowałem, iz w mojej pracy dyplomowej posłuże się przełącznikami typu ISOSTAT. Moją decyzje oparłem na tym iż powszechnie kiedy obecne układy scalone serii 74141 są dzisiaj obecnie ciężkie do kupienia. Uproszczenie konstrukcji ma takze zapewnic niezawodnoć pracy i swobode wykonywania ćwiczeń bez znajomosci praw rzadzących układem 74141.
Zasilanie odbywa się przez blok transformatora, o małej przekladni w celu uzyskania wysokiego napięcia zasilającego po stronie wtórnej. Bezpiecznik zabezpiecza urządzenie przed przeciążeniem, a także uszkodzeniem transformatora wskutek zwarcia. Ma to na celu zwiększenie bezpieczeństwa użytkowania urządzenia. Maksymalny prąd jaki powinien przepłynąć przez pierwotne uzwojenia transformatora nie powienien przekroczyć wartoci 500mA. 230V * 0,5 A =
Lampki NIXIE wymagaja napięcia stałego. W tym celu wbudowany został prostownik w układzie Graetza składający się z czterech diod wysokonapięciowych. Elementem stabilizującym (wygładzajacym przebieg wyjciowy) jest układ dwóch rezystorów i dwóch kondensatorów wysokonapięciowych. Użycie dodatkowch rezystowór w pewnym stopniu zabezpiecza przed skutkami zwarcia przy napięciu rzędu 180V...200V prądu stałego.
Tak zbudowany zasilacz jest przystosowany do wysterowania lampki NIXIE. W celu odłozenia spadku napięcia (reszta z lampki NIXIE), a takze zmniejszenia prądu w obwodzie Anoda-Katoda.
Do wyboru aktualnej okładziny będacej katodą służy przełącznik typu ISOSTAT - wielopozycyjny. Mamy do wyboru 10 pozycji. Każda cyfra widoczna na danym przełączniku odpowiada kształtowi wywietlanego elementu. Zaciski mają na celu podłączenie woltomierza i amperomierza. W ten sposób będziemy mogli zbadać tzw. napięcie zapłonu, ktore jest jedną z cech charakterystycznych lampek NIXIE, upodobniających ją do lamp neonowych.

źródło: forum elekktroda.pl, autor Tremolo
Dziennik budowy mojego zegara nixie.


Wszystko bardzo rozwleczone w czsie ale nie ma za dużo czasu sie tym zajmować.

styczeń 2006
Mam w domu parę lamp Z560M (foto1, foto2) skąd i dlaczego nie mam pojecia. Szukając w necie co można by z nich zrobić trafiłem na całkiem sporo informacji na temat zegarków z wyświetlaczami na lampach NIXIE. Ostatnio bawiłem sie mikroprocesorem Atmega8 i zegarkiem PFC8583 mam tez zegarek Dallasa. Postanowiłem zrobię zegarek z wyświetlaczem nixie.

18 lutego 2006
Byla mała przerwa.
Mam już ogólny plan jak bedzie wyglądał i jak bedzie zbudowany mój zegar. Zamawiam i kupuje częci.
Moje lampy są mało efektowne lepsze były by lampy pionowe, kupiłem na allegro nixie IN-14.(foto3, nota katalogowa: str1, str2 str3)

20 lutego 2006
Sterowanie lamp.
Nie uśmiecha mi sie robić sterowania na tranzystorach (np. MPSA42 i MPSA92), potrzeba ich całkiem sporo, do tego resytory i płytka wyjdzie strasznie duża i skomplikowana. Postanowiłem zrobic sterowanie anodowe na trasoptorach TLP627 a katodowe na układzie TTL 71141. Problem w tym że te transoptory są ciężko dostępne, a układ już nie produkowany.
schemat
Powyżej schemat "na szybko" jak ma wygladac sterowanie.

24 lutego 2006
W sklepach nie dostalem TLP627, zamówiłem więc przez internet, wyszło trochę drożej (przesyłka) ale bez przsady. (foto4).

25 lutego 2006
Zrobiłem płytke pod lampy. (foto6, foto7) Pierwszy raz robiłem płytke matodą termotransferu. Przy okazji opiszę swoje spostrzżenia.

27 lutego 2006
Układ 74141 kupiłem na allegro, dokładnie to kupiłem ich 12 :) bo akurat tyle było wystwionych na aukcji. Jest to układ produkcji ZSRR z 1990r i ma oznaczenie K155ID1 (foto5 - u Ruskich to nawet układy scalone wygladają "troszkę" inaczej).  Jak widać na zdjęciu mam tych układów w nadmiarze, więc gdyby ktoś był zainteresowany to maoge pare odstapić (dla znajomych za Bóg zapłać, dla pozostałych za niewielką opłata).Lampki będą sterowane multipleksowo.

6 stycznia 2007
Postanowiłem odgrzebać stary pomysł zrobienia zegara na lampach nixie.

Nixie Ghost

Lampy zamontowałem na zrobionej rok temu płytce, znalazłem parę potrzebnych elementów do zegara i całość złożyłem na płytce prototypowej.



Film Nixie Ghost
Niestety efekt nie jest dobry. Wyświetlane cyfry widać na sąsiednich lampach, jest to tzw. efekt duchów (nixie ghosting). Nie jestem do końca przekonany czy to efekt złego projektu układu czy też na szybko pisanego programu. Przez rok prawie całkiem zapomniałem jak się pisze i kompiluje programy dla atmeli. Przesiadłem się też na środowisko Linuksowe, cross kompilator (gcc) działa na przedpotopowym laptopie P133. Kompilacja całości: binutils, gcc i avr-libc zajęła parę godzin.


8 stycznia 2007
nixie clock
Znalazłem w necie opisy tego problemu, ale żadne z rozwiązań hardwarowych nie dało najmniejszej poprawy. Myślę że problem multipleksowania lamp leżał w programie bo po paru zmianach widać poprawę. Wprowadziłem opóźnienia przy wyświetlaniu cyfr, nie wiem czy dam z nimi rade napisać obsługę klawiszy i zegarka Philipsa PCF8583. Zobaczymy. Podczas testów spaliłem: atmega8 - 1szt, trasoptor TLP627 2szt., - układ 74141 1szt., ale i tak jestem zadowolony bo mnie jeszcze prąd nie poraził. :-)

Dodane po paru miesiącach działania zegarka: Multipleksowanie działa, wypowiedzi "specjalistów" na różnych forach jak widać nie sprawdzają się, lampki mozna sterować multipleksowo.
20 stycznia 2007

Kolejny wieczór i kolejne postępy z projektowaniem zegara nixie.
Wstepny schemat zegarka nixie


Schemat całego zegarka. Narazie odręczny, bo cały czas następują jakieś zmiany.



Wstepny Projekt Plytki
Narysowałem też wstępny projekt płytki drukowanej, rysuje ją w Corelu. Muszę się nauczyć obsługi jakiegoś programu do projektowania PCB(Obwód drukowany - Printed Circuit Board), podejrzewam ze wszystko poszłoby o wiele szybciej.


Schemat i płytka powstają jednocześnie, w ten sposób łatwiej zaprojektować mi płytkę. Wolę robić zmiany w programie niż dostosowywać do niego schemat i PCB.

29 marca 2007

Podłączyłem do zegarka układ Philipsa PCF8583, do jego obsługi użyłem bibliotek rklibavr. Zegarek trochę się późni, ale to kwestia oscylatora kwarcowego lub złego kondensatora. Nie przejmuję się tym – wyreguluje go dopiero w ostatecznej konstrukcji. Wszystko jest nadal na płytce uniwersalnej, podłącze jeszce tylko klawisze i zabieram się za przenoszenie całości na płytke drukowaną.

30 marca 2007

Całość na płytce prototypowej

Podłączyłem klawiaturę, żeby było szybciej i łatwiej do jej obsługi użyłem przerobionej przez siebie wczesniej biblioteki rklibavr. Klawiatura jest matrycowa, ale ma tylko cztery klawisze wiec nie zyskałem dzieki temu wolnych portów w Atmedze.



2 maja 2007

Długi majowy weekend w pełni więc mam trochę czasu na ruszenie pracy nad zegarkiem. Wszystko działa mimo, że zegarek nie jest zaprojektowany idalnie, a estetyka programu pozostawia wiele do życzenie. Aktualna wersja to 1.0 alfa, od teraz nie robię żadnych rewolucyjnych zmian, tylko doprowadzam zegarek do stanu uzywalności. Bez takiej decyzji zegarek nigdy by nie był ukończony, za każdym razem kiedy wznawiałem nad min prace coś zmieniałem, od teraz tylko szukanie błędów i kończenie prac.
schemat pcb
Zamieszczam gotowy schemat i wzór płytki. Obie rzeczy nie są sprawdzone na 100%, schemat powinien być OK, ale płytki nie jestem jeszcze pewien.

Schematu już nie będę znieniał mimo że jest mało rozwojowy dla tego zegarka, bez sensu wykożystane są np. porty INT mikrokontrolera itp  - zostaje tak jak jest. PCB ma pewno się jeszcze zmieni, bo już widzę że brakuje tam paru żeczy np podłączenie 230V, bezpiecznik, wyłącznik wysokiego mapięcia na czas programowania układu itd.
Tutaj wsad do Atmegi8, na razie tylko hex, jak upożątkuje źródła i nie będę się ich wstydził pokazać to oczywiście zamieszczę na stronie.

7 maja 2007

fotka fotka
 




Dalsze prace nad zegarkiem. Tym razem prawie uruchomiony zegarek na gotowych płytkach.


30 czerwca 2007

obudowa_nixie obudowa_nixie obudowa_nixie NIXIE Clock
Prace nad obudowa i gotowy ZEGAR NIXIE

Pozostała do zrobienie dokładniejsza dokumentacja i doszlifowanie programu.

KONIEC
Bardziej szczegółowe informacje i kod źródłowy na stronie opisującej nixie clock w wersji 2. (http://slacklist.olek.waw.pl/smietnik/nixie2).

14 sierpnia 2008
Mam sporo pytań o źródła programu. Zainteresowanych chcących wykorzystać program w swoim zegarku proszę o kontakt mailowy olek.kwasniewski na gmail.com

Pliki związane z zegarkami nixie.
Płtyki drukowane:
płytka pod lampy - pcb_nixie.pdf, pcb_nixie.cdr; płytka zegara - pcb_nixie.pdf, pcb_nixie.cdr
Noty katalogowe: Atmega8, PCF8583, TLP627, 71141, Lampy nixie IN-14: str1, str2 str3
Fotki świecących lamp - foto8, foto9, foto10
Linki do stron o nixie.
 Nixiegallery - galeria zegarków na lampach

Na górę
Olek Kwasniewski,  Warszawa , 2006-2007 Grenlandia 2012