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.
Hier 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.
Zum Schluß noch der Schaltplan der Uhr
Der Schaltplan lässt sich durch Anklicken vergrößern