Motivation

Nixie-Röhre (Siemens ZM 1332 K)

Zur Darstellung der Uhrzeit gibt es die verschiedensten und teilweise sehr skurrile Möglichkeiten (einige Dinge dazu sind auch in diesem Wiki zu finden). Ich finde aber, dass eine Nixie-Uhr fast schon die hohe Schule ist, weil hier alte und neue Technik aufeinander treffen. Das Ergebnis ist, aus meiner Sicht, ein wunderschön harmonisches Gebilde, welches mit Sicherheit auch ein Blickfang ist.

Mit "alter Technik" sind dabei die Nixie-Röhren zu verstehen, welche zur Darstellung der Zahlen verwendet werden. Wo heute eigentlich nur noch LED- oder LCD-Technik anzutreffen ist, verwendete man in den 60er und 70er Jahren spezielle Röhren, in denen die einzelnen darzustellenden Zeichen jeweils als eigene Kathode ausgeführt sind und, entsprechend angesteuert, glimmen. Leider werden diese Röhren heute nicht mehr hergestellt, sind aber über die üblichen Kanäle noch beschaffbar...

Mit "neuer Technik" meine ich das Drumherum, also die Generierung/Verarbeitung der Uhrzeit, was in dem hier beschriebenen Projekt mit Hilfe eines DCF77-Moduls und mehreren Mikrocontrollern erfolgt.

Ich hatte schon längere Zeit das Bedürfnis gehabt, eine solche Nixie-Uhr zu bauen. Die entsprechende Hardware lag auch schon eine Weile in meiner Schublade. Irgendwie hat mir aber immer die Zeit und der Mut (immerhin muss man auch mit Spannungen um die 170V hantieren...) gefehlt. Jetzt ist es aber soweit und meine (erste) Nixie-Uhr ist fertig!

Hardware

Schaltplan

Eigentlich ist zur Hardware nicht viel zu sagen, da man unzählige Beispiele im Netz findet. Ich habe vor dem Aufbau der Uhr auch keinen Gesamtschaltplan erstellt, sondern nur ein paar spezielle Details (z.B. Ansteuerung der extra ausgeführten Dezimalpunkte der verwendeten Nixie-Röhre) skizziert und durchgerechnet. Man kann also sagen, dass der Schaltplan während des Aufbaues auf einer Lochrasterplatine entstanden ist (und nicht in Papier- oder elektronischer Form existiert).

Hier ein paar Eckdaten zur Hardware:

• Herzstück ist ein Mikrocontroller (MCU) ATmega8 in Standartbeschaltung und mit einem Uhrenquarz für den genauen Sekundentakt
• an die MCU ist eine 32-Bit Schieberegisterkette (4x IC 74xx595) angeschlossen, auf die die BCD-kodierte Zeit geschoben wird
• als Nixie-Röhren-Treiber werden 6 ICs (die Nixie-Röhren werden also nicht "gemultiplext") vom Typ K155-ID1 (74141) verwendet, welche von den Schieberegistern die Daten bekommen
• die in den verwendeten Nixie-Röhren vorhandenen Dezimalpunkte werden via Transistoren (MPSA42) angesteuert (6 der 8 Bits des letzten Schieberegisters in der Kette...)
• die Versorgungsspannung für sämtliche ICs von 5V wird mittels eines Festspannungsregler (7805) stabilisiert
• die zum Betrieb der Nixie-Röhren notwendigen ca. 170V Gleichspannung werden "klassisch" aus 9V Wechselspannung mittels eines Trafos hochtransformiert und mit Dioden/Elko gleichgerichtet/geglättet
• an der MCU sind 4 Taster angeschlossen, um Datum/Uhrzeit usw. einstellen zu können
• via TWI ist eine DCF77-Modul und ein Temperartursensor anschließbar

Software

Die Firmware für die MCU ist ebenfalls sehr einfach gehalten. Folgende Funktionen sind implementiert:

• sekundengenaues Weiterschalten der Uhrzeit/Datum im autonomen Betrieb (also ohne DCF77-Modul)
• Einstellung/Anzeige der Uhrzeit/Datum mittels der 4 vorhandenen Taster
• wenn DCF77-Modul via TWI angeschlossen, dann stündliche Synchronisation von Datum, Uhrzeit und Sekundentakt
• wenn Temperatursensor via TWI angeschlossen, dann Darstellung der Temperatur
• Kodierung der Anzeigedaten und Ansteuerung der Schieberegisterkette

Update (16.05.2012):

• Nachdem wohl bei einigen meiner Nixie-Röhren der Prozess der Kathodenvergiftung eingesetzt hat, wurde in der aktuell verfügbaren Firmware eine Art Scroll-Modus eingebaut, der jede Stunde bzw. in der Nacht (0-7 Uhr) alle 10min, sämtliche Ziffern aller Röhren einmal kurz durchsteuert.
• Desweiteren wurde ein Minutenzähler implementiert, der die Minuten ohne gültige Informationen vom DCF77-Modul aufsummiert und über die Anzeige ausgegeben werden kann.

Update (04.06.2012):

• Um die Nixie-Röhren noch weiter zu schonen, habe ich einen Fotowiderstand an einen der ADC-Eingänge der MCU gehangen (genaue Verschaltung im Quelltext beschrieben) und die Firmware dahingehend erweitert, dass bei Dunkelheit die Röhrenanzeige ausgeschaltet wird. Dabei wurde der Umstand ausgenutzt, dass der Röhren-Treiber-IC (K155-ID1) bei BCD-Zahlen größer 9 keinen seiner Ausgänge durchschaltet.
• Der Scroll-Modus-Zyklus ist nicht mehr von der Tageszeit abhängig, sondern das Scrollen erfolgt jetzt durchgängig zu jeder zehnten Minute.

Update (15.11.2012):

• die Faulheit hat gesiegt...: um die einzelnen Modi (Uhrzeit, Datum, Temperatur, DCF77_notOK) über die Hardware-Taster aufzurufen, musste ich bisher von meinem Sessel aufstehen. Mit einer Fernbedienung geht das eindeutig bequemer! Deshalb habe ich einen Infrarot-Empfänger vom Typ TSOP1738 (in Standardbeschaltung) an die MCU der Uhr angeschlossen und die Firmware so erweitert, dass sie RC5-Code einer Infrarot-Fernbedienung empfangen und umsetzen kann. Die Tasten 1-4 entsprechen den Hardware-Tasten 1-4 (wobei die Fernbedienungstasten 1-3 in umgekehrter Reihenfolge ausgewertet werden).

Bilder

Kontakt

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