Nixie Clock 3 - The Final Solution

[Illuwatar]

Säkert är det många som har följt mina Nixie-byggen som började runt julen 2003. Två olika modeller, ena med diskret logik, den andra MCU-styrd, föddes ur idogt arbete. Nu är det dags att göra en sammanfattning av dessa två projekt. För er som har missat detta finns tråden här.

Version 3 av Nixie-klockan kommer att kombinera det bästa från de två olika konstruktionerna och på så sätt skapa den ultimata Nixie-klockan .

Specifikationerna för detta bygge är som följer:

* Stora IN-18 skall användas - dessa rör har 30 mm höga siffror.
* Fortfarande gäller sex siffror - HH:MM:SS
* MCU-styrning - en AT90S8515 blir hjärnar i klockan. Hjärtat blir en DS1302.
* "Halv multiplex" för styrning av rören. Detta är en mix av de två drivsätten som jag använde i mina tidigare klockor (direktdrivning vs. multiplexing). Denna finess använde få portar på MCU'n (som vid multiplex) men ger samma ljusstyrka hos rören som direktdrivning.
* Skall kunna visa både tid och datum. Blankning av inledande nolla på timvisaren skall vara möjlig.
* "Felvänd trafo"-typ av LV-HV-omvandlare. Enklare, robustare och inte lika störande som de switchare jag har använt tidigare. En trafo tillåter också större strömuttag (bara att välja en kraftigare modell), vilket behövs med dessa stora rör.
* Ett klurigt användargränssnitt som skall göra det enkelt att sätta tid och datum.
* Bara standardkomponenter (förutom rören) skall användas.
* All funktion i mjukvara - lätt att uppgradera via ISP.
* Serieport för PC-anslutning (större MCU - fler portar lediga).

Styrningen av displayen kan kräva lite extra förklaring. Iden till denna kom efter jag fick igång muliplexen i min PC-variant (klocka no. 2). Fördelen med multiplexing är att antalet anslutningar till displayen samt antalet portar på MCU'n reduceras. Nackdelen är försämrad ljusstyrka hos Nixie-rören (de bör inte köras på överström som LED) samt risk för HF-störningar (högspänning som konstant switchas). Direktdrivning i gengäld har inte problemet med ljusstyrkan hos rören (de är på hela tiden) samt switchningen är snällare (enbart när man växlar siffra). Nackdelen är att många portar på MCU'n behövs (totalt tre 8-pin portar behövs för sex rör om extern BCD-avkodare används). Jag vill nu kombinera dessa båda tekniker för att få deras båda fördelar utan nackdelarna. Resultatet: "Halv Multiplex"....

Principen för Halv Multiplex bygger på att externa D-vippor används för att mellanlagra rörens status. Externa BCD-avkodare (4028) gör att jag kan skicka ut de numeriska värdena direkt från portarna på MCU'n. Rören kommer grupperas parvis så att både ental och tiotal skickas ut samtidigt. När ett värde har lagts ut klockas det in i D-vipporna och därmed uppdateras rörens visning (vippornas utgångar är kopplade till rörens drivsteg). En separat avkodare sköter valet av rörgrupp som skall få det utlagda värdet - denna kopplas till klockingångarna på D-vipporna. Totalt behövs 12 utgångar från MCU'n för att sköta detta. Det blir lite extra logik utanför, men det är smällar som man får ta...

Denna tråd kommer uppdateras löpande om projektets status samt med bilder när det finns hårdvara att visa upp.

[$tiff]

Halv Multiplex låter fiffigt (förstår nästan hälften ). Men vore inte en maffig mikrokontroller ett alternativ till alla latchar & mojänger?
Exempelvis har PIC16F877A 33st I/O-portar, varav 3st "fulla" 8-bits portar. Övriga 9 borde väl räcka till övriga funktioner?
Som du säkert vet är PIC16F877A en vanligt förekommande µC som är både relativt billig och lättprogrammerad (?).

AVR har säkerligen an motsvarande µC om du hellre föredrar det.

[Illuwatar]

AT90S8515 har 4 portar á 8 bitar (32 I/O-portar totalt) men det räcker inte om jag vill driva rören direkt utan någon form av portbesparande logik. Jag skulle ändå behöva sex 4028 för att avkoda BCD till "vandrade ljuspunkt". Varje rörpar skulle kräva en port, med komplett tidsvisning (HH:MM:SS) behövs det tre 8-bitar portar (utan 4028 skulle jag behöva 60 I/O bara för rören...). Det ger mig en 8-bits port kvar som skall räcka till sex tryckknappar, ett antal LED, SPI, RS232-interface och DS1302. Det blir lite väl trixigt att få till. Det är enklare att spara portar på displaysidan. Som det är nu behöver jag bara 12 I/O (en och en halv port) för att driva alla sex rören samt lysdioderna. Den PIC du föreslår har bara en port mer än 8515, så vinsten blir inte så stor. Dessutom har jag ingen lust att lära mig ännu en assembler (nu när jag har lyckats lära mig AVR kommer jag nog hålla mig till denna).

För den delen så har jag fått mina IN-18 nu. Underbara rör med skapligt stora siffror. Bilder kommer när min internetanslutning hemma fungerar igen...

[$tiff]

Oj, fick för mig att du använde en mindre kontroller, visste inte att AT90S8515 hade 32 I/O...

Jag ser fram emot ett eventuellt schema över hela härligheten, om du har lust att dela med dig!? (tänker mest på din halv-multiplexlösning)

[Illuwatar]

Har jobbat vidare på bygget under helgen. Mitt internet är fortfarande nere så några bilder har jag inte kunnat lägga upp.

Jag har fixat strömförsörjningen och har därmed kunnat provtända själva rören (ville se hur siffrorna såg ut) samt testat logiken för släckning av ledande nolla för timvisningen (så man får 6:30:00 istället för 06:30:00).
Sedan är schemat för all logik (det blev en del) klart. Jag kommer dock inte visa upp detta förrän konstruktionen verkligen fungerar. Denna gång skall jag göra kretskort på riktigt (skall se om jag kan beställa fabriksgjorda). Jag har kommit halvvägs i kretskortsdesignen. Orsaken till till att göra riktiga kort är att det blir för komplext att handdra på labbkort samt att labbkort med måtten 26 x 13 cm inte är så vanliga. En av de färdiga klockorna (ja, jag skall göra ett par stycken) skall dessutom bli 30 års-present till min syster, så det bör se lite mer professionellt ut samt vara hållbart.

[Illuwatar]

Min internetlina är tillbaka nu så här är lite bilder på rören jag kommer att använda i detta bygge:





Projektets status: PCB-designen är klar och det är dags att få iväg denna till någon som kan tillverka korten åt mig.

[DragonOrb]

Hur mycket ström drar dom här rören?

[Motormannen]

Hur lång är livstiden på dom?

[Illuwatar]

Strömmen ligger runt 8 mA enligt databladet.

Livslängden kan jag inte säga något direkt om men den är bra länge.


Edit: har nu fått iväg PCB-filerna till www.thepcbshop.com.

[Illuwatar]

Nu har jag fått de färdiga korten från PCBShop. Så nu kan projektet fortsätta.



Jag beställde kort för tre klockor - en skall bli present till min syster som fyller 30 år.



Jag har börjat montera komponenter på ett av korten. Den enda elektriska test jag har hunnit med hittils är att verifiera matningsspänningen så att den inte är kortsluten samt att den kommer fram överallt.

[henkebenke]

Väldans tjusigt. Du skulle ju kunna sälja byggsatser på de där korten. Hur dyrt blev det per kort?

[Illuwatar]

Tre kort gick på 123 inklusive frakten. Då är korten 26 x 13 cm, dubbla lager, genompläterade, lödmask på båda sidorna och komponenttryck. Det går nog att få billigare om man kör större serier direkt från Asien.

Detta är dock prototyper fortfarande, vilket kan innebära förändring i designen. Därefter är det inte omöjligt att göra byggsats av det hela...

[erixon]

Det ser väldigt proffsigt ut....
Snyggt

[RDX*]

Jag kan bara instämma med erixon, det ser riktigt bra och proffsigt ut.

[matseng]

Fast betalar man 371 kr per kort tillverkade av ett professionellt företag så bör det ju se professionellt ut åxå. Annars har man blivit lurad.

Men 371 kr är ju rätt billigt för ett såpass stort dubbelsidigt kort med alla "bells & whistles". Särskilt när det är en sån liten serie som bara 3 kort.