Nixie-Uhr

Beschreibung

Diese Uhr ist etwas ganz besonderes: als Anzeige kommen keine heutzutage gewöhnlichen Anzeigen zum Einsatz, sondern Nixie-Röhren. Eine Nixie-Röhre besteht aus 10 Drähten, die in die Form der 10 Ziffern gebogen wurden und die dicht hintereinander angeordnet sind. Um das Ziffernbündel wird dann ein Drahtgitter gewickelt, zusammen ergibt das ganze eine Art Glimmlampe mit einer Anode (Drahtgitter) und 10 Kathoden (Ziffern), von denen jedoch nur eine zur Zeit angesteuert wird. Da die Röhre mit Neon gefüllt ist, leuchtet die Kathode auf, wenn die Röhre mit einer Spannung von an die 200 V betrieben wird, und die gewählte Ziffer kann abgelesen werden. Ich habe russische ИН-14 (IN-14) Nixies verwendet, da ich günstig eine alte Platine mit 12 solcher Röhren bekommen konnte. Die Schaltung sollte aber mit allen Nixies mit ähnlicher Ziffernhöhe funktionieren.

Aufbau

Das komplizierteste an der Uhr ist die Erzeugung der "Hochspannung" für die Nixie-Röhren. Ich habe dazu einen Wechselspannungs-Steckernetzteil als Stromversorgung für die Uhr verwendet, das in der Uhr an die Sekundärwicklung eines gewöhnlichen Netztrafos angeschlossen ist, so dass auf der Primärseite wieder ca. 200 V anliegen. Welcher Trafo sich hier eignet, muss man ausprobieren, es hängt auch von den verwendeten Nixie-Röhren ab, welche Spannung benötigt wird. Ein zusätzliches Poti ermöglicht es, die Helligkeit der Nixies nach Wunsch einzustellen (stellt man sie allerdings zu dunkel, leuchten einige Ziffern nicht mehr vollständig auf). Die Kathoden werden von speziellen ICs geschaltet, die genau für diesen Einsatz vorgesehen sind: 7441 oder 74141. Als ich meine Uhr vor ein paar Jahren gebaut habe, konnte man diese ICs noch bei Reichelt bestellen, inzwischen sind sie nur noch bei manchen Nixie-Händlern oder bei Ebay zu bekommen. Alternativ können Sie auch normale BCD-zu-Dezimal-Dekoder wie 74HC4028 und Transistoren (MPSA-42) zur Ansteuerung der Nixies verwenden, wenn Sie nicht die teuren Nixie-Treiber-ICs kaufen möchten.

Um die Nixies besser einlöten zu können, habe ich kleine Platinen fertigen lassen, auf der jeweils eine Nixie-Röhre und der dazugehörige Treiber-IC montiert werden. Das Layout steht unten zur Verfügung, die Platinen sind einseitig und können auch selbst geätzt werden.

Der Rest der Schaltung ist nichts Besonderes: ein AT90S2313 (oder ATTiny2313 mit lfuse=0xDD, hfuse=0xDB) als Controller empfängt das DCF77-Signal und steuert über Schieberegister die Nixietreiber-ICs an. Mit einem Schalter kann man den Trafo für die Nixie-Anodenspannung abschalten, damit man die Anzeige nachts dunkelschalten kann. Mit einem weiteren Schalter/Taster kann man das Datum anzeigen lassen (Jahr-Monat-Tag), bleibt er dauerhaft geschlossen, wechselt die Anzeige alle 5 Sekunden zwischen Zeit und Datum. Bevor Zeit und Datum empfangen wurden, zeigt die Uhr "88-08-00" an, sobald der Empfang beginnt zählen die letzten beiden Ziffern die empfangenen Bits hoch und die dritte Stelle zeigt den letzten Fehler an (1 = Bit Count Error [z.B. wenn der Empfang nicht genau am Minutenanfang begonnen hat], 2 = Bit Length Error [bei schlechtem Empfang], 3 = Paritätsfehler [selten] und 4 = Startbitfehler [selten]). Zeit und Datum werden automatisch weitergezählt, wenn während des Betriebs kein DCF77-Empfang mehr möglich sein solle (je nach Aufbau kann es möglich sein, dass bei eingeschalteten Nixies kein Empfang möglich ist). Wenn Sie das Netzteil komplett selberbauen, sollten Sie die Masse der Schaltung erden, der Empfang ist dann oft besser.

Am Anfang des Assemblerprogramms kann eingestellt werden, ob der verwendete DCF77-Empfänger positive oder negative (invertiert, Standardeinstellung) Impulse ausgibt, ob die Uhr das Datum als YY-MM-DD (international, Standardeinstellung) oder DD-MM-YY (deutsch) anzeigen soll und wie schnell sich bei geschlossenem Datumsschalter Zeit und Datum abwechseln sollen (Standardeinstellung: 5 Sekunden).

Schaltplan
Schaltplan (Druckversion)
Layout (1200 dpi) für die Nixie-Platinen
Bestückungsplan für die Nixie-Platinen (Nixie auf Bestückungsseite, IC und Widerstand auf Lötseite!)
Assembler-Quellcode und Hexfile, Version 0.5
Assembler-Quellcode und Hexfile, Version 0.7 (mit verbessertem DCF77-Empfänger)
Gehäusezeichnung für das Gehäuse des zweiten Aufbaus

Fotos

Erster Aufbau (für einen Freund)

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Die Schaltung auf Lochrasterplatine. Da 4 Leitungen zu jeder Nixie-Platine nötig sind, entsteht schnell ein ordentliches Wirrwarr.

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"Hochspannungsplatine", noch ohne Pufferkondensator. Die verwendeten Dioden sind etwas überdimensioniert (1N4007 gehen genausogut), aber waren gerade vorhanden.

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Eine bestückte Nixie-Platine im Test. Als Nixie-Treiber wurden hier КМ155ИД (KM155ID) von Jan Wüsten, das russische Äquivalent zum 74141, verbaut.

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Gesamter Testaufbau.

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Fertig eingebaut in ein Gehäuse. Die Nixies sehen auf diesem Foto heller aus, als sie wirklich sind, aber das schöne orange Glimmen ist gut zu erkennen.

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Gehäuse von hinten. Hier sind die beiden Schalter (Nixies an/aus, Datum anzeigen) und das Poti für die Helligkeitseinstellung zu sehen.

Zweiter Aufbau

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Schaltung auf Lochrasterplatine, noch ohne angelötete Kabel zu den Nixies.

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"Hochspannungsplatine", aus einer gewöhnlichen kupferbeschichteten Platine gefräst. Auch hier wurden wieder die überdimensionierten Dioden verwendet.

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Beide Platinen zu einer Einheit verschraubt.

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Drei Nixie-Platinen mit 7441 von Reichelt.

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Das Gehäuse von innen. Die Schaltung ist von unten mit dem Boden verschraubt, der Trafo mit einem Streifen kräftigen Doppelklebeband angeklebt. Damit der Empfang möglichst gut ist, habe ich den DCF77-Empfänger so weit wie möglich vom Trafo entfernt montiert.

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Die fertige Nixie-Uhr, noch ohne Poti zum Einstellen der Anodenspannung. Der Schalter für die Datumsanzeige ist ein Kippschalter, der in eine Richtung tastet und in die andere Richtung schaltet.

Besucherfotos

Norbert Kimpel

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Norberts noch unfertiger Aufbau mit vier rot überzogenen und zwei klaren Nixie-Röhren.