Ein-Röhre Nixie Uhr mit GR-411

 

 

Seit langem besitze ich schon eine "Riesen Nixie Röhre" vom Typ GR-411. Diese hat mir der Besitzer eines Elektronikladens mal geschenkt, als ich noch Kind war. Er hatte Eine als Deko im Schaufenster und ich wollte diese mal von Nahem sehen. "Willst du eine haben?" fragte er. Da habe ich natürlich "Ja" gesagt.
Nun war die Frage, was mache ich mit einer einzelnen Nixie Röhre? Einen elektronischen Würfel, oder nur einen Zähler, der stupide von 0-9 zählt.

Seit einiger Zeit gibt es im Internet Uhren zu sehen, die die Zeit seriell mit nur einer Nixie Röhre anzeigen. Diese werden "Single Tube Nixie Clocks" genannt. Nur wie übersetzt man das? "Ein-Röhre" oder "Ein-Röhren Nixie Uhr"? Beides hört sich irgendwie falsch an.
Jedenfalls kam mir dabei die Idee, dass das genau die richtige Anwendung für meine GR-411 ist. Diese Uhr wollte ich mit einem ATmega8 als Microcontroller aufbauen. Ich entschied mich die Schaltung auf einer Lochrasterplatine aufzubauen.
Der Beginn des Aufbaus, noch ohne Verdrahtung, ist auf dem nächsten Bild zu sehen. Rechts ist noch Platz für den Auifbau des Spannungswandlers für die 170 Volt Betriebsspannung der Nixie Röhre. Als Treibertransistoren für die Kathoden der Nixie Röhre werden MPSA 42 verwendet. Links ist schon der Anschluß für einen DCF 77 Empfänger zu sehen. Es soll also eine Funkuhr werden. Zusätzlich wollte ich noch zwei Taster an den ATmega8 anschließen, um den Anzeigemodus zu wechseln.

 

 

Auf dem nächsten Bild sieht man den ersten Versuchsaufbau mit einer kleinen Nixie Röhre (ZM1336 K). Das Programm hat mir freundlicherweise ein Webmaster zur Verfügung gestellt, der verschiedene Nixie Uhren selbst gebaut und auf seiner Internetseite veröffentlicht hat. Die Zeit wird folgendermaßen angezeigt: Zuerst werden die Stunden Zehner und Stunden Einer jeweils für 700 Millisekunden angezeigt. Das Komma rechts ist angesteuert. Sind Stunden Zehner und Einer gleich, gibt es eine Pause von 50 Millisekunden dazwischen. Nach einer Pause von 500 Millisekunden werden nach dem gleichen Muster die Minuten Zehner und Einer angezeigt. Das Komma links ist dann angesteuert. Dann folgt eine Pause von 2 Sekunden und der Zyklus beginnt erneut.
Alle 5 Minuten wird dann dreimal hintereinander das Datum ausgegeben. Damit man erkennt, dass das Datum angezeigt wird blinken die Kommata beim Anzeigen der Ziffern. Erst wird der Tag, mit blinkendem Komma rechts, angezeigt. Dann der Monat, mit beiden blinkenden Kommata und dann das Jahr, mit blinkendem Komma links. angezeigt. Die Ziffern werden jeweils für 800 Millisekunden angezeigt. Die Pause zwischen Tag, Monat und Jahr beträgt 500 Millisekunden.

 

 

Auf dem nächsten Bild ist schon der Spannungswandler auf der Platine aufgebaut worden. Zusätzlich ist ein weiterer Vorwiderstand vorhanden, der ausgewählt wird, wenn man die GR-411 an die Platine anschließt.
Das Programm habe ich noch erweitert, damit man den Wochentag und die Sekunden auf Knopfdruck anzeigen lassen kann. Der Wochentag wird als Ziffer von 1-7 angezeigt, wenn man den erstenTaster bis zum nächsten Ausgabezyklus drückt. Der Wochentag wird für zwei Sekunden angezeigt. Das Komma rechts und links blinkt abwechselnd. Die Ausgabe der Sekunden ist etwas schwieriger zu realisieren gewesen. Es werden fünf Sekunden hintereinander angezeigt, wenn der zweite Taster bis zum nächsten Ausgabezyklus gedrückt wird. Das Komma links geht zu Beginn der Sekunde an. Gleichzeitig wird der Sekunden Zehner angezeigt. nach 500 Millisekunden geht das Komma aus und es wird der Sekunden Einer, bis zum Beginn der nächsten Sekunde, angezeigt. Sind Zehner und Einer gleich, wird wieder eine Pause von 50 Millisekunden eingefügt. Das alles ist besser zu verstehen, wenn man sich das Video am Ende der Seite ansieht.

Der Vorteil beim Programmieren des ATmega8 mit BASCOM-AVR ist, dass man die Funkuhr nicht im Detail programmieren muß. Dafür gibt es ein fertiges Programmmodul, mit dem man mit einem Befehl eine sogenannte "Softclock" programmieren kann. Man legt über die Parameter verschiedene Dinge fest, ob das DCF 77 Signal invertiert oder nicht invertiert eingelesen wird, welcher Port als Eingang benutzt wird usw.
Die Zeit wird dann in Form verschiedener Variablen abgelegt. Man muß diese "nur" umwandeln und auf die Ausgangsports geben.

 

 

Hier sieht man einen Versuchsaufbau zur Kontolle der Spannung, die am Vorwiderstand abfällt. Außerdem sollte auch der Strom gemessen werden, der über die angeschlossene Ziffer fließt. Diese Messungen dienen dazu um festzustellen, ob der berechnete Wert des Vorwiderstandes in der Realität den gewünschten Kathodenstrom zur Folge hat und ob die Leistung des Widerstandes richtig gewählt wurde.

 

 

Auf diesem Bild ist das Anlöten des Kabels an der Röhrenfassung zu sehen.

 

 

Hier sieht man den Versuchsaufbau mit angeschlossener GR-411. Die Kommata werden mit alten Glimmlampen dargestellt, die für die Verwendung in einem Spannungsprüfer vorgesehen waren. Je nach Polarität wird ein Kreis, oder ein Kreuz angezeigt. Die Glimmlampen sind so gepolt, dass ein Kreis angezeigt wird.

 

 

So sieht die Röhrenfassung von unten aus. Die Glimmlampen sind schon in passende Fassungen gesteckt.

 

 

Jetzt musste "nur" noch ein passendes Gehäuse hergestellt werden. Die Verwendung eines Plexiglasgehäuses fand ich hier passend. Hier der Wunschzettel mit den Abmessungen.

 

 

Das Gehäuse hat mir freundlicherweise Jemand gebaut, der Zugang zu entsprechenden Geräten zur Fertigung hat.

 

 

Zum Schluß noch ein Bild des DCF 77 Empfängers. Dieser lag auch jahrelang in meinem Fundus herum. Es ist einer der ersten Empfänger mit einem IC, U 2275 B, welcher mit einem 77,5 KHz Quarz als Filter auskommt. Links ist die Ferritantenne zu sehen. Rechts neben der Empfängerplatine ist noch eine Zusatzschaltung angebracht um den Ausgangspegel des Empfängers auf 5 Volt anzupassen. Außerdem wird durch die zusätzliche Leuchtdiode die Betriebsspannung von etwa 3,3 Volt für den Empfänger erzeugt. Die zweite Leuchtdiode zeigt die Sekundenimpulse des DCF 77 Signals an und dient somit der Empfangskontrolle. Der Empfänger befindet sich in einem separatem Gehäuse und ist über ein Kabel mit der Uhr verbunden, damit er von der Strörstrahlung des Sannungswandlers genügend weit entfernt ist.

 

 

Hier noch ein Video in dem die Versionen der Schaltung vom Versuchsaufbau, bis zur fertigen Uhr, zu sehen sind

 

 

Einbau einer Glimmlampe zur Empfangskontrolle

 

Wurde die Uhr einmal mit dem Empfangssignal synchronisiert, kann man nicht mehr feststellen, ob die Uhr in den folgenden Minuten auch noch mit dem Empfangssignal synchronisiert wird. Bei meinen anderen selbstgebauten Funkuhren wird angezeigt, ob ein gültiges Telegramm des DCF 77 Signals empfangen wurde. Da ich hier aber, wie schon erwähnt, ein Programmodul verwende, hatte ich mich erst mal auf die Ausgabe der Zeit beschränkt.
In der Beschreibung der "Softclock" wurde erwähnt, dass es ein Statusbyte gibt, was verschiedene Dinge anzeigt. Bit 7 des Bytes wird zu Beginn der Minute gesetzt, wenn einmal ein gültiges Telegramm empfangen wurde. Wird in den folgenden Minuten kein gültiges Telegramm empfangen, bleibt Es gesetzt. Man kann das Bit im Programm zurücksetzen. Um nun kontinuierlich zu Beginn der Minute festzustellen, ob ein gültiges Telegramm empfangen wurde, wird der Zustand des Bits zu Beginn der Minute ausgelesen. Ist Dieser 0, also kein gültiges Telegramm empfangen, wird ein Ausgangsport des ATmega8 auf 0 gesetzt. Ist der Zustand 1, wird das Bit zurückgesetzt und der Ausgangsport auf 1 gesetzt.
An den Ausgangsport kann man dann z.B. eine Leuchtdiode anschließen. Diese leuchtet dann so lange gültige Telegramme empfangen werden.

Stilgerecht für diese Uhr ist allerdings die Anzeige der Empfangskontrolle mittels einer Glimmlampe. Links kann man die verwendete russische Glimmlampe vom Typ IN-3 sehen.

 

 

Da der Treibertransistor und die zwei notwendigen Widerstände auf der Hauptplatine keinen Platz mehr gefunden haben, wurde alles auf eine kleine Zusatzplatine untergebracht. Diese wurde links neben der Hauptplatine befestigt. Hier kann man das untere Teil des Plexiglasgehäuses mit der Hauptplatine und der Zusatzplatine sehen.

 

 

Nun noch zwei Nahaufnahmen der Glimmlampe.

 

 

Hier sieht man die Uhr vor und nach dem Einbau der Glimmlampe. Nun ja, der Schriftzug "DCF 77 sync" müsste mal, sauber auf einer Folie ausgedruckt, neu angebracht werden.

 

Vorher Nachher

 

Zum Schluß noch ein Video vom Versuchsaufbau mit Leuchtdiode bis zur fertig eingebauten Glimmlampe

Zuerst sieht man, wie die Zeit erstmalig übernommen wird und die Glimmlampe aufleuchtet. Dann wie Sie erlischt, wenn das letzte Telegramm fehlerhaft war und zum Schluß, wie Sie wieder aufleuchtet wenn das nächste gültige Telegramm empfangen wurde.