27.09.2025
2 хв
604
Друга частина проєкту Nixie-годинника присвячена практичній реалізації. Тут описано, як підключити PIC16 до зсувних регістрів, закодувати час у 44 біти та правильно передати його на індикатори. Розглядається робота RGB-світлодіодів, перемикачів і поворотного енкодера для налаштування часу. Покроково показано прототипування, макетування, створення друкованих плат у EAGLE та складання корпусу зі старої дерев’яної коробки. Це детальний гід для тих, хто хоче власноруч зібрати стильний Nixie-годинник.
Було встановлено шість SMD RGB світлодіодів Cree CLY6D-FKC-CK1N1D1BB7D3D3 під кожним індикатором для додавання кольору. Так гарно! Оскільки кожен індикатор знаходиться у скляній колбі, світло від світлодіодів проходить крізь неї дуже добре.
Кожен світлодіод містить три незалежні кристали — червоний, зелений та синій. Керуються вони кнопковими перемикачами із фіксацією. У майбутньому, можливо, вони координуватимуться мікроконтролером з можливістю ШІМ-регулювання яскравості.
Три кольори для всіх шести RGB-світлодіодів управляються кнопковими перемикачами відповідного кольору, що самоблокуються – червоним, зеленим і синім. Змінний резистор, показаний на схемі нижче, до фінальної версії не увійшов. Особливої користі не приніс. Можна вибрати комбінацію з червоного, зеленого та синього, щоб змішати їх та отримати кілька інших кольорів спектру.
Для керування світінням газорозрядних індикаторів додався більший кнопковий перемикач із фіксацією. Він керує не всім живленням схеми (12 В), а тільки напругою 170 В, що подається на аноди індикаторів. Логічна частина схеми залишається під напругою і продовжує відлік часу — відключаються лише самі індикатори. Світлодіодне кільце кнопки, показані на схемі нижче не були задіяні.
Для ручного встановлення та коригування часу використовується поворотний енкодер (Bourns PEC11R-4015F-S0024) зі знімною ручкою, взятою з набору з потенціометром. Енкодер має дві функції: кнопка без фіксації та безперервне обертання в обох напрямках. Натискання на кнопку енкодера відправляє зовнішнє переривання на мікроконтролер PIC, дозволяючи користувачеві вручну встановити точний час за кілька кроків:
Годинник працює у звичайному режимі вільного ходу.
Натискаємо кнопку енкодера, щоб увійти в режим налаштування, обертанням енкодера встановлюється годинник.
Знову натискаємо кнопку – обертанням встановлюються хвилини.
Чергове натискання – обертанням встановлюються секунди.
Останнє натискання – повернення в режим вільного ходу.
На схемі нижче показано ланцюг придушення брязкоту контактів кнопки і енкодера, що складається з конденсаторів і резисторів, що підтягують/стягують. Вона значно підвищила точність спрацьовування.
Спочатку було зібрано на макетній платі схему високовольтного джерела, і вона добре запрацювала.
Спостереження на осцилографі показало невелику пульсацію на виході високої напруги — нічого серйозного, лише кілька вольт. Це дрібниця на тлі +170 В, але чомусь захотілося згладити її високовольтним конденсатором. Так, він трохи послабив пульсацію, але її повністю не прибрав.
Було вирішено відмовитися від цієї витівки і прибрати конденсатор, забувши — бовдур! – що він повністю заряджений до +170 В. Торкнувся рукою – і струснуло пристойно.
Увага! Завжди пам’ятайте, що конденсатори потрібно розряджати через резистор середнього номіналу!
Схему та друковану плату намалював у EAGLE. Замовлення зробив JLCPCB. Спаяв, коли прийшли усі деталі. Плата заробила так само добре, як і макет. Готову плату високовольтного джерела використовував для прототипування та макетування основної схеми годинника.
Коли вже була робоча схемотехніка і майже готова принципова схема для основної плати годинника, почав прототипувати окремі вузли проекту на старій макетній платі (одне з улюблених занять).
З’єднання зсувних регістрів, PIC, кнопок та енкодера виявилося досить простим. Складність полягала в програмуванні PIC і правильному перетворенні “цифрового часу” на 44-бітові двійкові дані для зсувних регістрів.
Для написання та налагодження коду не використовувалися газорозрядні індикатори. Натомість були взяті звичайні світлодіоди для імітації цифр і в результаті налагодив код на C для коректної роботи зі зсувними регістрами.
EAGLE став у нагоді для створення схеми та користувацьких компонентів, яких не було в бібліотеках. Посилання на самі файли у першій частині. На схемі можна помітити, що додалися два інші газорозрядні індикатори як роздільники між розрядами — це неонові лампочки ІН-3.
Друковані плати також створювалися в EAGLE. Основна плата годинника — двошарова (верхній та нижній шари з полігонами землі) із закругленими кутами (чому б і ні).
Фізичні плати замовив у Китаї на JLCPCB. Вони мають низькі ціни та високу якість для простих домашніх DIY-проектів. Доставка також дуже швидка. Наполегливо їх рекомендую. Я вибрав червону паяльну маску і не помітив свою друкарську помилку «Enocder», поки плати не приїхали.
Пайка всіх компонентів не зайняла багато часу. Найскладнішим було вручну припаяти дрібні SMD RGB світлодіоди. Декілька штук процедуру не пережили. Я не став інтегрувати індикатори прямо в плату. Натомість припаяв окремі панельки та роз’єми Nixie, що дозволить у майбутньому легко змінювати несправні індикатори. Для всіх провідних з’єднань між двома платами та зовнішніми компонентами використовував гвинтові клеми. Всі мікросхеми також встановив у DIP-панельки, а не впаював безпосередньо.
Вся схема живиться від звичайного мережевого AC/DC-адаптера з виходом 12 постійного струму. Було обрано адаптер із максимальним струмом 2 А після попереднього вимірювання споживання зібраної схеми. Підключення здійснюється через роз’єм живлення типу «мама» з висновками.
Як корпус для годинника підійшла стара дерев’яна коробка з-під бурбона з висувною кришкою з оргскла. Вибирав її на ранньому етапі, щоб визначити підсумковий розмір плати. У лівій стінці дерев’яної коробки просвердлив отвори для перемикачів світлодіодів, вимикача індикаторів, поворотного енкодера та кабелю живлення.
Плата високовольтного джерела встановлена за основною – біля задньої стінки коробки і прихована від очей. Основна плата годинника також кріпиться до задньої стінки, але на набагато більш довгих стійках, щоб підняти її над платою джерела живлення.
Підсумовуючи, скажу, що ми в повному захваті від цього проекту! Він став чудовим способом відволіктися від аспірантури та допоміг поглибити знання у різних галузях.
Роботу над годинником було закінчено у березні 2018 року, і до цього дня (грудень 2020) вони працюють чудово. Хоча точність секундного інтервалу неідеальна і згодом накопичується похибка, вручну підводити їх доводиться приблизно раз на півроку. Сподіваюся підвищити точність у наступній версії, додавши мікросхему годинника реального часу.
Дякую за увагу! А тепер – найсоковитіші фотографії готового виробу.
Ця частина показує, як ідея Nixie-годинника поступово перетворилася на повноцінний готовий пристрій. Автор пройшов усі ключові етапи: від експериментів з RGB-підсвічуванням, кнопками та енкодером — до прототипування, створення друкованих плат у EAGLE і складання корпусу. Важливими стали як технічні знахідки (наприклад, правильне придушення брязкоту контактів), так і власний досвід, зокрема робота з високою напругою, що додала практичного розуміння й обережності.
Фінальний результат — годинник, який поєднав стару естетику газорозрядних індикаторів із сучасною електронікою, модульністю та ручним налаштуванням. Проєкт вийшов не лише красивим і функціональним, а й цінним навчальним досвідом, що підтвердив: навіть складні завдання можна реалізувати крок за кроком, якщо поєднати інтерес, терпіння й увагу до деталей.
