Nach ziemlich langem Warten habe ich mich mal wieder mit der Nixie-Uhr beschäftigt, um meine Ideen von vor fast 2 Jahren aufzugreifen.

Wie in meinem Blog-Post "Entwicklung einer neuen Nixie-Clock!" beschrieben, soll die neue Version eine perfekte Nixie-Uhr mit vielen durchdachten Funktionen werden - zumindest strebe ich es an! Daher auch der neue Name NixieClockUltimate.

Aufbau

Wie im ursprünglichen Ideen-Post beschrieben, sollte die Uhr möglichst modular gestaltet werden. Hierzu habe ich mich für ein Design aus zwei Platinen entschieden:

  • Auf dem Display Board sind die Nixie-Röhren mitsamt ihrer "Steuerung" aufgelötet. Diese umfasst Optokoppler für das Multiplexing (Abwechselndes Schalten der Anoden) sowie Schieberegister und MOSFETs für die Kathoden der Röhren.
  • Das Logic Board beherbergt alle weiteren Komponenten wie Mikrocontroller, Hochspannungsversorgung, RTC-Modul und auch die Knöpfe, die durch Löcher im Display Board an die Oberfläche ragen.

Das ermöglicht es, das gleiche Logic Board für verschiedene Display Boards zu nutzen - und umgekehrt. So kann ich im weiteren Verlauf Display Boards für wahlweise 4 oder 6 IN-14 oder IN-8-2 Röhren entwickeln. Angefangen habe ich zunächst mit einem Board für 6 IN-14-Röhren und 4 Glimmlampen als Doppelpunkte.

Zwischen den zwei Platinen gibt es lediglich Verbindungen für die Hochspannungsversorgung der Anoden (ca. 170V) sowie Signale zur Steuerung des Multiplexing sowie Datenleitungen zu den Schieberegistern. Die beiden Platinen werden dann beim Zusammenbau mittels Stiftleiste und zugehörigem Sockel miteinander verbunden.

Das NxCU Display-Board Display Board: Es sieht komplizierter aus, als es ist. Im Prinzip ist es 3-mal das gleiche, nebeneinander angeordnet.

Das NxCU Logic-Board Logic Board: Hier haben sich beim Design auch ein paar kleinere Fehler eingeschlichen, die aber einfach behoben werden konnten.

Es leuchtet!

Nach dem Platinenentwurf, der Bestellung und dem Zusammenbau war es zunächst eine große Freude, dass die Ziffernröhren leuchten! Auch die Buttons funktionieren und das Echtzeitmodul behält mithilfe der CR2032-Knopfzelle stets die Uhrzeit "im Kopf". Der Funkempfang des DCF77-Moduls ist sehr "abwechslungsreich" um es so zu formulieren: neben der Ausrichtung der Antenne spielt es nach vielen Versuchen auch eine wichtige Rolle, von was für einem USB-Gerät die Uhr mit Strom versorgt wird: mit zwei von drei USB-Netzteilen funktioniert es problemlos, mit dem dritten ist das Signal sehr instabil, was die Verarbeitung erschwert. Bekommt die Uhr Stromversorgung von meinem PC, ist der Empfang des DCF77-Moduls völlig unbrauchbar...

Das erste Neon-Licht mit der neuen Elektronik

Geisterzahlen

Leider hat sich beim Schaltungsentwurf des Display-Boards ein grober Fehler eingeschlichen. Unwissend der Tatsache, welche Folgen es haben wird, habe ich die Kathoden von je zwei Nixie-Röhren parallel geschalten, während die Anoden in einem Multiplex-Verfahren abwechselnd angesteuert werden.

Pro Gruppe wird die Kathode der anzuzeigenden Ziffer über das zugehörige MOSFET gegen 0V gezogen, je nachdem, ob innerhalb der Zweier-Gruppe die Anode der ersten bzw. zweiten Röhre auf ca. 170V liegt. So können innerhalb einer Gruppe auch verschiedene Zahlen angezeigt werden - die Röhren "blinken" also mit einer Frequenz von ca. 150 Hz abwechselnd.

So weit die Theorie. In der Praxis braucht es aber auch noch Zener-Dioden, sonst passiert folgendes:

Ghosting-Effekt in den Nixie-Röhren sog. Nixie Ghosting entsteht innerhalb der Multiplex-Gruppen

In der Röhre mit der gerade aktiven Anode laden sich die inaktiven Kathoden durch das elektrische Feld auf. Da diese mit den Kathoden der gerade inaktiven Röhre verbunden sind, bilden sich in dieser parasitäre Anoden an den eigentlichen Kathoden (den Ziffern). Die Kathode der anzuzeigenden Ziffer ist jedoch ebenso parallel geschalten und liegt auf 0V Potential. Dadurch entsteht in der jeweils anderen, eigentlich "ausgeschalteten" Röhre ein zartes Glimmen der gleichen Zahl.

Um das zu verhindern, werden Zener-Dioden mit ca. 60V Durchbruchspannung zwischen den Kathoden und 0V eingebaut. Diese sorgen dann bei den inaktiven Kathoden für eine Bias-Spannung, sodass kein unerwünschter Leuchteffekt mehr auftreten kann.

Und wie geht es jetzt weiter?

Wie auch schon bei AirFlowControl, ist eine leicht angepasste, neue Version der Platinen in Arbeit, die die Fehler beheben soll.

Da ich keine Projektdateien veröffentlichen möchte, die Fehler enthalten bzw. mit denen ich nicht voll zufrieden bin, werde ich das - wie bei den anderen Projekten - erst tun, wenn die neue Version zusammengebaut & getestet ist und hoffentlich auch funktioniert wie erwartet! Spätestens dann gibt es natürlich auch einen neuen Post!