Nixie Clock (часы на газоразрядных индикаторах)

Года 2 назад, я узнал о замечательных советских газоразрядных индикаторах. До этого,  я конечно видел, что то подобное в старой советской технике, но никогда не задумывался, что такие индикаторы можно применить в быту, довольно таки в многочисленных проектах, в которых нужно выделить эдакую эстетическую изюминку. Свою популярность эти индикаторы вновь приобрели среди радиолюбителей несколько лет назад из за своего антикварного вида и довольно красивого визуального отображения индикации. В интернете уже сейчас можно найти прекрасные реализации часов на советских ИНках, но мне с самого начало хотелось  разобраться с принципами построения таких часов, написать свою прошивку и сделать самодельный корпус из подручных материалов. Не давно я выкроил время и соорудил свои собственные часики на платформе arduino. Самым сложным оказалось достать эти индикаторы. В моем городе я так их и не нашел. Через форум сайта радиокот,  нашел человека, который как раз был не далеко в г. Омске. Купил у него 6 ламп ИН-14 и 12 ламп ИН-12Б, а также 6 высоковольтных дешифратора К155ИД1.

Набросал вот такую схему, которую подглядел на каком то сайте. Здесь мы видим 2 высоковольтных дешефратора К155ИД1, 6 трубок ИН-14, преобразователь напряжения с 12 до 180В для питания анодов колб. Подсветку сделал с возможностью управлять через микроконтроллер, но ума так и не дал. Просто постоянно горит. Пищалку позднее я вообще подключил мимо транзистора напрямую к модулю с атмегой. Почти все компоненты используются в планарном исполнении.

Модуль с атмегой и часами реального времени ds1307 сделал на отдельной плате. Я использовал atmega168PA-AU, но в данном проекте можно смело использовать atmega8PA или atmega88PA (просто зашейте соответствующий bootloader), работающие от внутреннего осцилятора 8MHz.

Далее написал вот такую простенькую прошивку с помощью Arduino IDE 1.0.3. Как видим в начале скетча идет определение пинов К155ИД1, анодов и другой периферии  Так, что кто захочет извратится и сделать такую схему на макетке с обычной ардуиной можете переназначить на другие удобные вам порты. Есть 2 режима отображения: время и дата, настройка часов, 1 анимация.  Я немного пытался оптимизировать исходный код, некоторым новичкам может потребоваться время на его осмысление. Советую почитать вот это для начала.

#include <Wire.h>
#include "RTClib.h"
RTC_DS1307 RTC;

// К155ИД1 (1)
uint8_t Pin_1_a = 14;
uint8_t Pin_1_b = 16;
uint8_t Pin_1_c = 17;
uint8_t Pin_1_d = 15;
// К155ИД1 (2)
uint8_t Pin_2_a = 5;
uint8_t Pin_2_b = 7;
uint8_t Pin_2_c = 8;
uint8_t Pin_2_d = 6;
// Анодные пины
uint8_t Pin_a_1 = 11;//колбы 1, 4
uint8_t Pin_a_2 = 10;//колбы 2, 5
uint8_t Pin_a_3 = 9; //колбы 3, 6

#define DOT_ON PORTB|=1<<PINB4 // Точки Вкл
#define DOT_OFF PORTB&=~(1<<PINB4) //Точки Выкл

#define LIGHT_ON PORTD|=1<<PIND4 // Подсветка Вкл
#define LIGHT_OFF PORTD&=~(1<<PIND4) //Подсветка Выкл

#define SPEAKER_ON PORTB|=1<<PINB5 // Пищалка Вкл
#define SPEAKER_OFF PORTB&=~(1<<PINB5) //Пищалка Выкл
//Подтверждение настроек
#define TIME_UP (PIND & (1<<PIND3))//Считывание значения кнопки на порту 3
//Перебор настроек
#define TIME_SET (PIND & (1<<PIND2))//Считывание значение кнопки на порту 2

static const uint8_t bits[2][4] =
{
{Pin_1_d, Pin_1_c, Pin_1_b, Pin_1_a},// К155ИД1 (1)
{Pin_2_d, Pin_2_c, Pin_2_b, Pin_2_a }// К155ИД1 (2)
};

uint8_t mode = 0;

//Массив для управления анодами ламп
static const uint8_t anods[3] = {Pin_a_1, Pin_a_2, Pin_a_3};

//Массив с помощью которого дешефратору задаются цифры
static const uint8_t numbers[11][4] =
{
{ 0, 0, 0, 1 }, //0
{ 0, 0, 0, 0 }, //1
{ 1, 0, 0, 1 }, //2
{ 1, 0, 0, 0 }, //3
{ 0, 1, 1, 1 }, //4
{ 0, 1, 1, 0 }, //5
{ 0, 1, 0, 1 }, //6
{ 0, 1, 0, 0 }, //7
{ 0, 0, 1, 1 }, //8
{ 0, 0, 1, 0 }, //9
{ 1, 1, 0, 1 } //Чисто
};

// Массив для анимации, перебор всех цифр в колбе
static const uint8_t nixie_level[10] = {
1, 2, 6, 7, 5, 0, 4, 9, 8, 3
};
//Массив для 6 колб
int NumberArray[6]={0,0,0,0,0,0};

uint8_t Mins = 0;
uint8_t Seconds = 0;
uint8_t j=0, z=0;
uint8_t timeset = 0;
boolean ok =false;
boolean up =false;
boolean animate =false;
boolean sec=true;

void setup()
{
Wire.begin();//Инициализация шины I2C
RTC.begin();//Инициализация микросхемы часиков ds1307
DDRD = B11110010; // назначаем выводы 1,4,5,6,7 как выходы, вывод 0,2,3 - входы
DDRB = DDRB | B00111111; // назначаем выводы 8,9,10,11,12,13 как выходы
DDRC = DDRC | B00001111; // назначаем выводы 14,15,16,17 как выходы
PORTD = B00001100; //Подтягивающие резисторы для кнопок на портах 2, 3.
LIGHT_ON;// Включаем подсветку ламп. Ума не дал этой функции :)
}

static void setNixieNum(uint8_t tube, uint8_t num) {

for(uint8_t i=0; i<4; i++)
{
digitalWrite(bits[tube][i], LOW);//боримся против глюков - обнуляем
if (!animate) digitalWrite(bits[tube][i], numbers[num][i]);
if (animate) digitalWrite(bits[tube][i], numbers[nixie_level[j]][i]);
}

}

void DisplayNumberSet(uint8_t anod, uint8_t num1, uint8_t num2 ) {
setNixieNum(0, num1);
setNixieNum(1, num2);
digitalWrite(anods[anod], HIGH);
delay(3);
digitalWrite(anods[anod], LOW);
}

void loop() {
///Счетчик для анимации///
if (z==8)
{
j++;
z=0;
}
if (j==10) {animate=false; j=0; z=0;}
if (animate) z++;
///////////////////
DateTime now = RTC.now();
Seconds = now.second();
Mins=now.minute();
//Режимы часов Время, дата
switch(mode)
{
case 0:
NumberArray[0] = now.hour() / 10; //Первый знак часа
NumberArray[1] = now.hour() % 10; //Второй знак часа
NumberArray[2] = Mins / 10; //Первый знак минут
NumberArray[3] = Mins % 10; //Второй знак минут
NumberArray[4] = Seconds / 10; //Первый знак секунд
NumberArray[5] = Seconds % 10; //Второй знак секунд
//Вырубаем точки
if (timeset==0)
{
DOT_OFF;
}
break;
case 1:
NumberArray[0] = now.day() / 10; //Первый знак дня
NumberArray[1] = now.day() % 10; //Второй знак дня
NumberArray[2] = now.month() / 10; //Первый знак месяца
NumberArray[3] = now.month() % 10; //Второй знак месяца
NumberArray[4] = (now.year() / 10) % 10;//Первый знак года
NumberArray[5] = now.year() % 10; //Второй знак года
//Если не в настройках то мигаем всеми точками
if (timeset==0)
{
//Если знак секунды четный то включаем иначе выкл
if ((Seconds % 10)%2==0)
{
DOT_ON;
}
else
{
DOT_OFF;
}
}
break;
}

if (timeset==0){
//Каждые пол часа пищим
if ((Mins == 0)&&sec||(Mins == 30)&&sec)
{
playTone(200, 2500);
sec=false;
}
if ((Mins == 1)&&!sec||(Mins == 31)&&!sec)
{
sec=true;
}
//Каждые 55 секунд включаем время
if (Seconds==55)
{
mode=0;
animate=true;
}
//Включаем дату на 48 секунду
if (Seconds==48)
{
mode=1;
animate=true;
}
//Переключаем режимы
if (!TIME_UP&&!up)
{
up=true;
animate=true;
playTone(80, 2800);
mode++;
mode %= 2;
}
if (TIME_UP&&up)
{
up=false;
}
}
/**********Установка времени**********************/
//Перебор настоек
if (!TIME_SET&&!ok) {
ok=true;
timeset++;
if (timeset>=7)
{
timeset=0;
mode=0;
}
playTone(80, 2800);
}
if (TIME_SET&&ok) {
ok=false;
}

switch (timeset)
{
//Установка часов
case 1:
DOT_ON;
mode=0;
NumberArray[2] = 10;
NumberArray[3] = 10;
NumberArray[4] = 10;
NumberArray[5] = 10;
if (!TIME_UP&&!up)
{
up=true;
DateTime adjust (now.unixtime() + 3600); // + 1 Час
RTC.adjust(adjust);
playTone(80, 2800);
}
if (TIME_UP&&up) up=false;
break;
//Установка минут
case 2:
NumberArray[0] = 10;
NumberArray[1] = 10;
NumberArray[4] = 10;
NumberArray[5] = 10;
if (!TIME_UP&&!up)
{
up=true;
DateTime adjust (now.unixtime() + 60); // + 1 минута
RTC.adjust(adjust);
playTone(80, 2800);
}
if (TIME_UP&&up) up=false;
break;
//Установка секунд
case 3:
NumberArray[0] = 10;
NumberArray[1] = 10;
NumberArray[2] = 10;
NumberArray[3] = 10;
if (!TIME_UP&&!up)
{
up=true;
DateTime adjust (now.unixtime() + 1); //+ 1 секунда
RTC.adjust(adjust);
playTone(80, 2800);
}
if (TIME_UP&&up) up=false;
break;
//Установка дня
case 4:
mode=1;
NumberArray[2] = 10;
NumberArray[3] = 10;
NumberArray[4] = 10;
NumberArray[5] = 10;
if (!TIME_UP&&!up)
{
up=true;
DateTime adjust (now.unixtime() + 86400L); //+ 1 день
RTC.adjust(adjust);
playTone(80, 2800);
}
if (TIME_UP&&up) up=false;
break;
// Установка месяца
case 5:
mode=1;
NumberArray[0] = 10;
NumberArray[1] = 10;
NumberArray[4] = 10;
NumberArray[5] = 10;
if (!TIME_UP&&!up)
{
up=true;
DateTime adjust (now.unixtime() + (86400L*31)); //+ 1 месяц
RTC.adjust(adjust);
playTone(80, 2800);
}
if (TIME_UP&&up) up=false;
break;
//Установка года
case 6:
mode=1;
NumberArray[0] = 10;
NumberArray[1] = 10;
NumberArray[2] = 10;
NumberArray[3] = 10;
if (!TIME_UP&&!up)
{
up=true;
DateTime adjust (now.unixtime() + (86400L*365)); //+ 1 год
RTC.adjust(adjust);
playTone(80, 2800);
}
if (TIME_UP&&up) up=false;
break;
}
// Вывод данных на ИН-14.
DisplayNumberString( NumberArray );
}
//Функция "пищалки"
void playTone(long duration, int freq) {
duration *= 1000;
int period = (1.0 / freq) * 1000000;
long elapsed_time = 0;
while (elapsed_time < duration) {
SPEAKER_ON;
delayMicroseconds(period / 2);
SPEAKER_OFF;
delayMicroseconds(period / 2);
elapsed_time += (period);
}
}
void DisplayNumberString( int* array ) {

DisplayNumberSet(0,array[0],array[3]);

DisplayNumberSet(1,array[1],array[4]);

DisplayNumberSet(2,array[2],array[5]);
}

Прошивка и схемы

  Nixie_clock.zip (165,1 КиБ, 5 037 загрузок)

Ну и последняя часть часиков это конечно внешний вид — корпус. Я его сделал из остатка сосновой плахи пятерки. В принципе никаких специальных навыков я не имею. Бывало на школьных уроках труда делал указки и на токарном станке скалку точил, но это было уже больше 12 лет назад. Просто нужно терпением запастись и несколькими инструментами. Итак понадобятся: лобзик или ножовка, стамеска, напильник, мелкая шкурка,  морилка на алкидной основе дубового или другого цвета, деревяха подходящего размера. Подробный фото отчет изготовления корпуса я не запечатлел,  так как изготавливал его на одном дыхании. Вкратце на словах несколько этапов:

1) Ножовкой или лобзиком облагораживаем наш без форменный кусок дерева до состояния прямоугольника близкого к идеальному :).
2) Cтамеской снизу выдалбливаем прямоугольник меньшего размера.
3) Cверху где лампы будут торчать, выдалбливаем, выпиливаем длинный и узкий овал по размеру ламп.
4) Шкурим, придаем углам овальности.
5) Делаем 6 отверстий для дна из простой деревоплиты или фанеры тонкой.
6) Покрываем корпус морилкой на 2 раза.

Вообще если у вам нет времени на это безумие я советую добежать до ближайшей столярки и вам за не большую плату из палена  на фрейзере сделают необходимые преобразования.

Как обычно в заключении выкладываю видео работы готовых часиков.