Nixieuhr mit IN-14
Nixieröhren dienten vor der Einführung von LEDs der Anzeige von Werten/Zahlen. Obwohl schon sehr alt, sind sie unter Liebhabern noch immer sehr beliebt. Sehr oft wird eine Uhranzeige mit Ihnen umgesetzt.
Ich griff bei meiner Uhr auf die russischen IN-14 Nixieröhren zurück. Diese benötigen eine Zündspannung von rund 170V. Die Brennspannung während des Betriebs liegt dann bei rund 145V. Bei einer gewünschten Stromstärke von 2.5mA muss demnach der Vorwiderstand 10 kOhm betragen.
Zur Ansteuerung der insgesamt 6 Nixieröhren benötigt man 3 Stück Schieberegister vom Typ 74HC595N und 6 Nixietreiber vom Typ K155ID1 (= russische Variante) oder SN74141.
Die Hochspannung zum Betrieb der Nixieröhren liefert ein sog. Boostconverter mit dem Timerchip NE555 und einer 100 µH Induktivität.
Zusätzlich kommt noch eine real-time-clock (kurz RTC) vom Typ DS3231 zum Einsatz.
Arduino-Code:
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#include <Wire.h> #include <ShiftRegister74HC595.h> #define DS3231_I2C_ADDRESS 104 // SCL - pin A5 // SDA - pin A4 // To set the clock, run the sketch and use the serial monitor. // Enter T1124154091014; the code will read this and set the clock. See the code for full details. // byte seconds, minutes, hours, day, date, month, year; byte seconds_e_neu,seconds_z_neu, minutes_e_neu, minutes_z_neu, hours_e_neu, hours_z_neu; byte seconds_e_alt,seconds_z_alt, minutes_e_alt, minutes_z_alt, hours_e_alt, hours_z_alt; char weekDay[4]; byte tMSB, tLSB; float temp3231; // create shift register object (number of shift registers, data pin = 14, clock pin = 11, latch pin = 12) ShiftRegister74HC595 sr (3, 2, 3, 4); //============================== //=========== SETUP ============ //============================== void setup() { Wire.begin(); Serial.begin(9600); seconds_e_alt = 0; seconds_z_alt = 0; minutes_e_alt = 0; minutes_z_alt = 0; hours_e_alt = 0; hours_z_alt = 0; for (int i = 0; i < 24; i++) { sr.set(i, LOW); // set single pin HIGH } } //====================================== //=========== HAUPTSCHLEIFE ============ //====================================== void loop() { watchConsole(); get3231Date(); Serial.print(weekDay); Serial.print(", "); Serial.print(date, DEC); Serial.print("/"); Serial.print(month, DEC); Serial.print("/"); Serial.print(year, DEC); Serial.print(" - "); Serial.print(hours, DEC); Serial.print(":"); Serial.print(minutes, DEC); Serial.print(":"); Serial.print(seconds, DEC); Serial.print(" - Temp: "); Serial.println(get3231Temp()); // Bestimmung der Einer- und Zehnerstellen der Sekunden, Minuten und Stunden // ========================================================================= seconds_e_neu = (seconds%10); seconds_z_neu = (seconds%100)/10; minutes_e_neu = (minutes%10); minutes_z_neu = (minutes%100)/10; hours_e_neu = (hours%10); hours_z_neu = (hours%100)/10; // Verarbeitung der Sekunden // ========================= if (seconds_e_neu != seconds_e_alt) { switch (seconds_e_neu) { case 0: sr.set(0, LOW); sr.set(1, LOW); sr.set(2, LOW); sr.set(3, LOW); break; case 1: sr.set(0, HIGH); sr.set(1, LOW); sr.set(2, LOW); sr.set(3, LOW); break; case 2: sr.set(0, LOW); sr.set(1, HIGH); sr.set(2, LOW); sr.set(3, LOW); break; case 3: sr.set(0, HIGH); sr.set(1, HIGH); sr.set(2, LOW); sr.set(3, LOW); break; case 4: sr.set(0, LOW); sr.set(1, LOW); sr.set(2, HIGH); sr.set(3, LOW); break; case 5: sr.set(0, HIGH); sr.set(1, LOW); sr.set(2, HIGH); sr.set(3, LOW); break; case 6: sr.set(0, LOW); sr.set(1, HIGH); sr.set(2, HIGH); sr.set(3, LOW); break; case 7: sr.set(0, HIGH); sr.set(1, HIGH); sr.set(2, HIGH); sr.set(3, LOW); break; case 8: sr.set(0, LOW); sr.set(1, LOW); sr.set(2, LOW); sr.set(3, HIGH); break; case 9: sr.set(0, HIGH); sr.set(1, LOW); sr.set(2, LOW); sr.set(3, HIGH); break; } seconds_e_alt = seconds_e_neu; } if (seconds_z_neu != seconds_z_alt) { switch (seconds_z_neu) { case 0: sr.set(4, LOW); sr.set(5, LOW); sr.set(6, LOW); sr.set(7, LOW); break; case 1: sr.set(4, HIGH); sr.set(5, LOW); sr.set(6, LOW); sr.set(7, LOW); break; case 2: sr.set(4, LOW); sr.set(5, HIGH); sr.set(6, LOW); sr.set(7, LOW); break; case 3: sr.set(4, HIGH); sr.set(5, HIGH); sr.set(6, LOW); sr.set(7, LOW); break; case 4: sr.set(4, LOW); sr.set(5, LOW); sr.set(6, HIGH); sr.set(7, LOW); break; case 5: sr.set(4, HIGH); sr.set(5, LOW); sr.set(6, HIGH); sr.set(7, LOW); break; } seconds_z_alt = seconds_z_neu; } // Verarbeitung der Minuten // ======================== if (minutes_e_neu != minutes_e_alt) { switch (minutes_e_neu) { case 0: sr.set(8, LOW); sr.set(9, LOW); sr.set(10, LOW); sr.set(11, LOW); break; case 1: sr.set(8, HIGH); sr.set(9, LOW); sr.set(10, LOW); sr.set(11, LOW); break; case 2: sr.set(8, LOW); sr.set(9, HIGH); sr.set(10, LOW); sr.set(11, LOW); break; case 3: sr.set(8, HIGH); sr.set(9, HIGH); sr.set(10, LOW); sr.set(11, LOW); break; case 4: sr.set(8, LOW); sr.set(9, LOW); sr.set(10, HIGH); sr.set(11, LOW); break; case 5: sr.set(8, HIGH); sr.set(9, LOW); sr.set(10, HIGH); sr.set(11, LOW); break; case 6: sr.set(8, LOW); sr.set(9, HIGH); sr.set(10, HIGH); sr.set(11, LOW); break; case 7: sr.set(8, HIGH); sr.set(9, HIGH); sr.set(10, HIGH); sr.set(11, LOW); break; case 8: sr.set(8, LOW); sr.set(9, LOW); sr.set(10, LOW); sr.set(11, HIGH); break; case 9: sr.set(8, HIGH); sr.set(9, LOW); sr.set(10, LOW); sr.set(11, HIGH); break; } minutes_e_alt = minutes_e_neu; } if (minutes_z_neu != minutes_z_alt) { switch (minutes_z_neu) { case 0: sr.set(12, LOW); sr.set(13, LOW); sr.set(14, LOW); sr.set(15, LOW); break; case 1: sr.set(12, HIGH); sr.set(13, LOW); sr.set(14, LOW); sr.set(15, LOW); break; case 2: sr.set(12, LOW); sr.set(13, HIGH); sr.set(14, LOW); sr.set(15, LOW); break; case 3: sr.set(12, HIGH); sr.set(13, HIGH); sr.set(14, LOW); sr.set(15, LOW); break; case 4: sr.set(12, LOW); sr.set(13, LOW); sr.set(14, HIGH); sr.set(15, LOW); break; case 5: sr.set(12, HIGH); sr.set(13, LOW); sr.set(14, HIGH); sr.set(15, LOW); break; } minutes_z_alt = minutes_z_neu; } // Verarbeitung der Stunden // ======================== if (hours_e_neu != hours_e_alt) { switch (hours_e_neu) { case 0: sr.set(16, LOW); sr.set(17, LOW); sr.set(18, LOW); sr.set(19, LOW); break; case 1: sr.set(16, HIGH); sr.set(17, LOW); sr.set(18, LOW); sr.set(19, LOW); break; case 2: sr.set(16, LOW); sr.set(17, HIGH); sr.set(18, LOW); sr.set(19, LOW); break; case 3: sr.set(16, HIGH); sr.set(17, HIGH); sr.set(18, LOW); sr.set(19, LOW); break; case 4: sr.set(16, LOW); sr.set(17, LOW); sr.set(18, HIGH); sr.set(19, LOW); break; case 5: sr.set(16, HIGH); sr.set(17, LOW); sr.set(18, HIGH); sr.set(19, LOW); break; case 6: sr.set(16, LOW); sr.set(17, HIGH); sr.set(18, HIGH); sr.set(19, LOW); break; case 7: sr.set(16, HIGH); sr.set(17, HIGH); sr.set(18, HIGH); sr.set(19, LOW); break; case 8: sr.set(16, LOW); sr.set(17, LOW); sr.set(18, LOW); sr.set(19, HIGH); break; case 9: sr.set(16, HIGH); sr.set(17, LOW); sr.set(18, LOW); sr.set(19, HIGH); break; } hours_e_alt = hours_e_neu; } if (hours_z_neu != hours_z_alt) { switch (hours_z_neu) { case 0: sr.set(20, LOW); sr.set(21, LOW); sr.set(22, LOW); sr.set(23, LOW); break; case 1: sr.set(20, HIGH); sr.set(21, LOW); sr.set(22, LOW); sr.set(23, LOW); break; case 2: sr.set(20, LOW); sr.set(21, HIGH); sr.set(22, LOW); sr.set(23, LOW); break; } hours_z_alt = hours_z_neu; } //delay(1000); // read pin (zero based) uint8_t stateOfPin5 = sr.get(5); } // Convert normal decimal numbers to binary coded decimal byte decToBcd(byte val) { return ( (val/10*16) + (val%10) ); } void watchConsole() { if (Serial.available()) { // Look for char in serial queue and process if found if (Serial.read() == 84) { //If command = "T" Set Date set3231Date(); get3231Date(); Serial.println(" "); } } } void set3231Date() { //T(sec)(min)(hour)(dayOfWeek)(dayOfMonth)(month)(year) //T(00-59)(00-59)(00-23)(1-7)(01-31)(01-12)(00-99) //Example: 02-Okt-15 @ 19:57:11 for the 3rd day of the week -> T1157193021015 seconds = (byte) ((Serial.read() - 48) * 10 + (Serial.read() - 48)); // Use of (byte) type casting and ascii math to achieve result. minutes = (byte) ((Serial.read() - 48) *10 + (Serial.read() - 48)); hours = (byte) ((Serial.read() - 48) *10 + (Serial.read() - 48)); day = (byte) (Serial.read() - 48); date = (byte) ((Serial.read() - 48) *10 + (Serial.read() - 48)); month = (byte) ((Serial.read() - 48) *10 + (Serial.read() - 48)); year = (byte) ((Serial.read() - 48) *10 + (Serial.read() - 48)); Wire.beginTransmission(DS3231_I2C_ADDRESS); Wire.write(0x00); Wire.write(decToBcd(seconds)); Wire.write(decToBcd(minutes)); Wire.write(decToBcd(hours)); Wire.write(decToBcd(day)); Wire.write(decToBcd(date)); Wire.write(decToBcd(month)); Wire.write(decToBcd(year)); Wire.endTransmission(); } void get3231Date() { // send request to receive data starting at register 0 Wire.beginTransmission(DS3231_I2C_ADDRESS); // 104 is DS3231 device address Wire.write(0x00); // start at register 0 Wire.endTransmission(); Wire.requestFrom(DS3231_I2C_ADDRESS, 7); // request seven bytes if(Wire.available()) { seconds = Wire.read(); // get seconds minutes = Wire.read(); // get minutes hours = Wire.read(); // get hours day = Wire.read(); date = Wire.read(); month = Wire.read(); //temp month year = Wire.read(); seconds = (((seconds & B11110000)>>4)*10 + (seconds & B00001111)); // convert BCD to decimal minutes = (((minutes & B11110000)>>4)*10 + (minutes & B00001111)); // convert BCD to decimal hours = (((hours & B00110000)>>4)*10 + (hours & B00001111)); // convert BCD to decimal (assume 24 hour mode) day = (day & B00000111); // 1-7 date = (((date & B00110000)>>4)*10 + (date & B00001111)); // 1-31 month = (((month & B00010000)>>4)*10 + (month & B00001111)); //msb7 is century overflow year = (((year & B11110000)>>4)*10 + (year & B00001111)); } else { //oh noes, no data! } switch (day) { case 1: strcpy(weekDay, "Mo"); break; case 2: strcpy(weekDay, "Di"); break; case 3: strcpy(weekDay, "Mi"); break; case 4: strcpy(weekDay, "Do"); break; case 5: strcpy(weekDay, "Fr"); break; case 6: strcpy(weekDay, "Sa"); break; case 7: strcpy(weekDay, "So"); break; } } float get3231Temp() { //temp registers (11h-12h) get updated automatically every 64s Wire.beginTransmission(DS3231_I2C_ADDRESS); Wire.write(0x11); Wire.endTransmission(); Wire.requestFrom(DS3231_I2C_ADDRESS, 2); if(Wire.available()) { tMSB = Wire.read(); //2's complement int portion tLSB = Wire.read(); //fraction portion temp3231 = (tMSB & B01111111); //do 2's math on Tmsb temp3231 += ( (tLSB >> 6) * 0.25 ); //only care about bits 7 & 8 } else { //oh noes, no data! } return temp3231; } |
Nixieuhr mit IN-9
Für meine Tochter zum Geburtstag bastel ich eine weitere Nixieuhr, diesmal aber mit IN-9 Röhren. Dies vereinfacht den Aufbau doch erheblich, da die Röhren nur über zwei Anschlüsse (Kathode und Anode) verfügen. Das Ausmaß der linearen Anzeige wird dann über den Strom geregelt. Hierzu steuere ich einen MJE340 Transistor mit einem PWM-Signal an. Durch den Kondensator an der Basis des Transistors erhalte ich dort abhängig vom Tastgrad eine Spannung zwischen 0 und 5 V, die dann den Strom über die Basis vorgibt.
Die IN-9 Nixieröhren habe ich über ebay aus der Ukraine bestellt. Bin gespannt, ob sie überhaupt ankommen wegen diesen unsäglichen Krieges 🙁
Für die HV-Spannungsversorgung der Röhren verwende ich dieses mal ein fertiges Modul. Eingestellt werden mittels Potentiometer 140 V.
Hier die Daten der IN-9 Röhre:
Die Ansteuerung der Röhre erfolgt wie schon erwähnt über den Strom. Bei rund 10 mA steuert die Röhre voll durch, darunter entsprechend weniger. Deshalb werde ich bei einem Tastgrad von 100% (= volle 5V am 1µF-Kondensator) das 500 Ohm Potentiometer so einstellen, dass die gesamte Nixieröhre leuchtet. Bei einem geringeren Tastgrad ergibt sich dann ein entsprechend reduzierter ausgeleuchteter Bereich.
Hier einige Bilder des Aufbaus:
Als Gehäuse verwende ich eines aus Metall mit den Abmessungen 150 x 105 x 55 mm, das passt wie angegossen.
Leider waren die beiden aus der Ukraine bestellten Nixieröhren (teilweise) defekt. Bei einer war einer der beiden Anschlussdrähte direkt am Glas abgebrochen und bei der anderen spielte die Anzeige verrückt und wuchs mit steigendem Strom nicht linear von unten an. Daher habe ich noch 4 Stück IN-9 Röhren erstmals über etsy bei einem polnischen Händler bestellt (https://www.etsy.com/shop/Nixie2023shop?). Und alle 4 Stück funktionierten ohne Probleme 🙂 Ich kann also diesen Shop nur wärmstens empfehlen. Auch mit etsy lief alles völlig unkompliziert und reibungslos ab…
Jetzt warte ich eigentlich nur noch auf die Transistoren, dann kann ich die Uhr zusammenbauen…
Die Transistoren sind mittlerweile eingetroffen und so konnte ich die Uhr finalisieren. Hier die Bilder der Innereien bzw. der fertigen Uhr. Gefällt mir eigentlich sehr gut.
Hier noch das Youtube-Video:
Arduino-Code:
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#include <Wire.h> #define DS3231_I2C_ADDRESS 104 // SCL - pin A5 // SDA - pin A4 // To set the clock, run the sketch and use the serial monitor. // Enter T1124154091014; the code will read this and set the clock. See the code for full details. // byte seconds, minutes, hours, day, date, month, year; char weekDay[4]; byte tMSB, tLSB; float temp3231; const byte Pin_hour_up = 2; const byte Pin_minute_up = 3; // For Arduino Nano or Arduino UNO the PWM pins are 3,5,6,9,10 and 11. // The pins 3, 9, 10 and 11 generates PWM frequency of 490Hz and pins 5 and 6 generates PWM frequency of 980Hz. // The value parameter ranges from 0 to 255 corresponding to 0% and 100% duty cycle. // ============================================================================================================ int Pin_PWM_hour = 9; // Ausgabe-Pin für das PWM-Signal für die Stunden int Pin_PWM_minute = 10; // Ausgabe-Pin für das PWM-Signal für die Minuten int PWM_hour; // On-time des PWM-Signals für Stunden int PWM_minute; // On-time des PWM-Signals für Minuten //============================== //=========== SETUP ============ //============================== void setup() { Wire.begin(); Serial.begin(9600); pinMode(Pin_hour_up, INPUT); pinMode(Pin_minute_up, INPUT); pinMode(Pin_PWM_hour, OUTPUT); pinMode(Pin_PWM_minute, OUTPUT); } //====================================== //=========== HAUPTSCHLEIFE ============ //====================================== void loop() { watchConsole(); get3231Date(); if(digitalRead(Pin_hour_up) == 1) // change hour button pressed { hours = hours + 1; if(hours == 24) { hours = 0; } Wire.beginTransmission(DS3231_I2C_ADDRESS); Wire.write(0x00); Wire.write(decToBcd(seconds)); Wire.write(decToBcd(minutes)); Wire.write(decToBcd(hours)); Wire.write(decToBcd(day)); Wire.write(decToBcd(date)); Wire.write(decToBcd(month)); Wire.write(decToBcd(year)); Wire.endTransmission(); delay(500); } if(digitalRead(Pin_minute_up) == 1) // change minute button pressed { minutes = minutes + 1; if(minutes == 60) { minutes = 0; } Wire.beginTransmission(DS3231_I2C_ADDRESS); Wire.write(0x00); Wire.write(decToBcd(seconds)); Wire.write(decToBcd(minutes)); Wire.write(decToBcd(hours)); Wire.write(decToBcd(day)); Wire.write(decToBcd(date)); Wire.write(decToBcd(month)); Wire.write(decToBcd(year)); Wire.endTransmission(); delay(500); } /* Serial.print(weekDay); Serial.print(", "); Serial.print(date, DEC); Serial.print("/"); Serial.print(month, DEC); Serial.print("/"); Serial.print(year, DEC); Serial.print(" - "); Serial.print(hours, DEC); Serial.print(":"); Serial.print(minutes, DEC); Serial.print(":"); Serial.println(seconds, DEC); */ /* Serial.print(" - Temp: "); Serial.println(get3231Temp()); */ if(hours < 12) { PWM_hour = map(hours, 0, 11, 0, 255); } if(hours >= 12) { PWM_hour = map(hours - 12, 0, 11, 0, 255); } //Serial.print(hours); //Serial.print(":"); //Serial.println(minutes); PWM_minute = map(minutes, 0, 59, 0, 255); analogWrite(Pin_PWM_hour, PWM_hour); analogWrite(Pin_PWM_minute, PWM_minute); //analogWrite(Pin_PWM_hour, 255); //analogWrite(Pin_PWM_minute, 255); delay(100); } // Convert normal decimal numbers to binary coded decimal byte decToBcd(byte val) { return ( (val/10*16) + (val%10) ); } void watchConsole() { if (Serial.available()) { // Look for char in serial queue and process if found if (Serial.read() == 84) { //If command = "T" Set Date set3231Date(); get3231Date(); Serial.println(" "); } } } void set3231Date() { //T(sec)(min)(hour)(dayOfWeek)(dayOfMonth)(month)(year) //T(00-59)(00-59)(00-23)(1-7)(01-31)(01-12)(00-99) //Example: 02-Okt-15 @ 19:57:11 for the 3rd day of the week -> T1157193021015 seconds = (byte) ((Serial.read() - 48) * 10 + (Serial.read() - 48)); // Use of (byte) type casting and ascii math to achieve result. minutes = (byte) ((Serial.read() - 48) *10 + (Serial.read() - 48)); hours = (byte) ((Serial.read() - 48) *10 + (Serial.read() - 48)); day = (byte) (Serial.read() - 48); date = (byte) ((Serial.read() - 48) *10 + (Serial.read() - 48)); month = (byte) ((Serial.read() - 48) *10 + (Serial.read() - 48)); year = (byte) ((Serial.read() - 48) *10 + (Serial.read() - 48)); Wire.beginTransmission(DS3231_I2C_ADDRESS); Wire.write(0x00); Wire.write(decToBcd(seconds)); Wire.write(decToBcd(minutes)); Wire.write(decToBcd(hours)); Wire.write(decToBcd(day)); Wire.write(decToBcd(date)); Wire.write(decToBcd(month)); Wire.write(decToBcd(year)); Wire.endTransmission(); } void get3231Date() { // send request to receive data starting at register 0 Wire.beginTransmission(DS3231_I2C_ADDRESS); // 104 is DS3231 device address Wire.write(0x00); // start at register 0 Wire.endTransmission(); Wire.requestFrom(DS3231_I2C_ADDRESS, 7); // request seven bytes if(Wire.available()) { seconds = Wire.read(); // get seconds minutes = Wire.read(); // get minutes hours = Wire.read(); // get hours day = Wire.read(); date = Wire.read(); month = Wire.read(); //temp month year = Wire.read(); seconds = (((seconds & B11110000)>>4)*10 + (seconds & B00001111)); // convert BCD to decimal minutes = (((minutes & B11110000)>>4)*10 + (minutes & B00001111)); // convert BCD to decimal hours = (((hours & B00110000)>>4)*10 + (hours & B00001111)); // convert BCD to decimal (assume 24 hour mode) day = (day & B00000111); // 1-7 date = (((date & B00110000)>>4)*10 + (date & B00001111)); // 1-31 month = (((month & B00010000)>>4)*10 + (month & B00001111)); //msb7 is century overflow year = (((year & B11110000)>>4)*10 + (year & B00001111)); } else { //oh noes, no data! } switch (day) { case 1: strcpy(weekDay, "Mo"); break; case 2: strcpy(weekDay, "Di"); break; case 3: strcpy(weekDay, "Mi"); break; case 4: strcpy(weekDay, "Do"); break; case 5: strcpy(weekDay, "Fr"); break; case 6: strcpy(weekDay, "Sa"); break; case 7: strcpy(weekDay, "So"); break; } } float get3231Temp() { //temp registers (11h-12h) get updated automatically every 64s Wire.beginTransmission(DS3231_I2C_ADDRESS); Wire.write(0x11); Wire.endTransmission(); Wire.requestFrom(DS3231_I2C_ADDRESS, 2); if(Wire.available()) { tMSB = Wire.read(); //2's complement int portion tLSB = Wire.read(); //fraction portion temp3231 = (tMSB & B01111111); //do 2's math on Tmsb temp3231 += ( (tLSB >> 6) * 0.25 ); //only care about bits 7 & 8 } else { //oh noes, no data! } return temp3231; } |
