МК История создания корпуса часов на газоразрядных индикаторах ИН-14. Начало

Тёплые ламповые часы на газоразрядных индикаторах ИН-14, ATMEGA8, DS1307 и MC34063. Nixie-clock из Тулы

Содержание / Contents

  • 1 Схема часов, применённые детали
  • 2 Управление часами
  • 3 Плата
  • 4 Фото собранной платы часов
  • 5 Список деталей
  • 6 Файлы

Изучил варианты схем в интернете. Обычно Nixie-часы состоят из четырёх основных частей:
1. управляющий микроконтроллер,
2. высоковольтный блок питания,
3. драйвер-дешифратор и собственно лампы.

В большинстве схем в качестве дешифратора используются советские микросхемы К155ИД1 — «высоковольтные дешифраторы управления газоразрядными индикаторами». Мне найти такой чип не удалось, да и не очень хотелось использовать DIP-корпуса.

↑ Схема часов, применённые детали

На микросхеме U4 MC34063 собран повышающий «dc-dc» преобразователь с внешним ключом на IRF630M в полностью изолированном корпусе. Транзистор взят с платы монитора.
R4+Q1+D1 являются простым драйвером для ключа, быстро разряжая затвор. Без такого драйвера ключ сильно грелся и не получалось получить необходимого напряжения.

��Самые простые ламповые часы на ИН-12 своими руками

R5+R7+С8 — обратная связь, определяющая выходное напряжение на уровне 166 Вольт. Транзисторы Q3-Q10 совместно с резисторами R8-R23 составляют анодные ключи, позволяя организовать динамическую индикацию.

Часы на ИН-14 с AliExpress ВЕРСИЯ 4 и 5 РАЗЛИЧИЯ.

Резисторы R8-R11 задают яркость свечения цифр индикатора, а резистор R35 – яркость разделительной точки.

Одноименные выводы всех ламп за исключением анода соединены между собой и управляются транзисторами Q11-Q21.

Микроконтроллер ATMEGA8 управляет ключами ламп, он же опрашивает микросхему часов реального времени (RTC) DS1307 и кнопки.

Диоды D3 и D4 обеспечивают генерацию запроса внешнего прерывания по нажатию на любую из кнопок управления.

Питание контроллера выполнено через линейный стабилизатор 78L05.

Лампы ИН-14 — индикаторы тлеющего разряда.

Индикаторы ИН-14 от монструозного калькулятора «Искра 122» 1978 года выпуска светят без проблем и достались мне за «спасибо, что освободил мой балкон».

Питать конструкцию можно постоянным напряжением 6 — 15 Вольт от внешнего БП. Потребление менее одного Ватта (70 мА при 10 В).

Для сохранения хода часов при сбоях питания, предусмотрена батарейка CR2032. Если верить даташиту, потребление у DS1307 всего 500nA при батарейном питании, так что этой батарейки хватит очень надолго.

↑ Управление часами

После подачи питания загорятся четыре нуля, и, если связь с микросхемой DS1307 установлена без ошибок, начнёт мигать разделительная точка.

Установка времени выполняется с помощью трёх кнопок «+», «-» и «set». Нажатие на кнопку «set» погасит часовые разряды, далее, с помощью кнопок «+» и «-» настраиваются минуты. Следующее нажатие на кнопку «set» переведёт в режим настройки часов. Ещё одно нажатие на «set» сбросит в 0 секунды и переведёт часы в режим отображения времени «ЧЧ:ММ». Замигает разделительная точка.

Часы на газоразрядных индикаторах своими руками

Удерживая кнопку «+» можно в любой момент посмотреть текущее время в режиме «ММ:СС».

↑ Плата

Все основные части схемы разведены на одну двухстороннюю плату размером 135×53 мм. Плату изготавливал ЛУТ-ом и травил в перекиси водорода с лимонной кислотой. Слои платы соединял между собой путём впаивания в отверстия отрезков медного провода.

Ламповые часы на газоразрядных индикаторах ИН-12 от «БелЧип» с RGB подсветкой

Шаблоны платы совмещал на просвет по отметкам за пределами платы. Стоит напомнить, что верхний слой М1 в Sprint-Layout надо печатать зеркально.

Часы на газоразрядных индикаторах | Корпус для часов

В ходе тестовой сборки были выявлены «косяки» в разводке. Пришлось анодные транзисторы проволочками подключать. Печатная плата в архиве к статье исправлена.

Для программирования контроллера предусмотрены контактные площадки.

↑ Фото собранной платы часов

Фото 3. Часы в процессе сборки

Фото 4. Готовые часы

↑ Список деталей

↑ Файлы

В архиве схема часов в большом разрешении, печатная плата в формате SL5 и прошивка для контроллера.
Фьюзы необходимо настроить на работу от внутреннего генератора на 8 МГц.
▼ Файловый сервис недоступен. Зарегистрируйтесь или авторизуйтесь на сайте.

Спасибо за внимание!
Алексей, г. Тула

Камрад, рассмотри датагорские рекомендации

�� Купон до 1000₽ для новичка на Aliexpress

Никогда не затаривался у китайцев? Пришло время начать!
Камрад, регистрируйся на Али по нашей ссылке. Ты получишь скидочный купон на первый заказ. Не тяни, условия акции меняются.

�� Полезные и проверенные железяки, можно брать

Куплено и опробовано читателями или в лаборатории редакции.

«Red Dragon» — часы на газоразрядных индикаторах ИН-14 + PIC16F628A

Содержание / Contents

  • 1 Предыстория
  • 2 Схема новых часов на PIC16F628A
  • 3 Практическая реализация
  • 4 Запуск и настройка часов
  • 5 Необычный дизайнерский корпус
  • 6 Итоги
  • 7 Файлы:
  • 8 Ссылки:

↑ Предыстория

Начал подбирать кварцевые резонаторы, но ухода менее чем на минуту за один день мне почему-то добиться не удалось.

Решил по старым советским схемам собрать стабильный генератор на логических элементах.

Генератор позволил добиться точности до полсекунды за один день. Результат средний, к тому же, требующий использования частотомера высокого класса точности для проведения настройки. В настроенном генераторе необходимо было законтрить переменную емкость, залакировав её, что вновь приводило к уходу частоты по той простой причине, что лак стягивал зазоры подстроечного конденсатора. Помимо того, введение схемы стабильного генератора повышало токопотребление часов.

КАК СДЕЛАТЬ ЧАСЫ НА ГАЗОРАЗРЯДНЫХ ИНДИКАТОРАХ ИН-12 В СТИЛЕ СТАЛКЕР И МЕТРО DIY

Помучавшись с неделю, я решил попробовать повторить другой проект часов на ламповых индикаторах, и обязательно — с программной коррекцией хода. Тема не новая и за всё время было много удачных исполнений подобной идеи.

↑ Схема новых часов на PIC16F628A

Основа схемы строится на микроконтроллере PIC16F628A, который отдаёт сигналы на дешифратор К155ИД1 и управляет анодными ключами.

Питается схема от одного источника +12 В. Стабилизатор типа LM78L05 выдаёт +5 В для питания микросхем. Высокое напряжение, необходимое для питания газоразрядных индикаторов, получил от инвертора на микросхеме MC3403. Подстройка выходного напряжения производится делителем, включенным в обратную связь.
Недостаток подобной схемы инвертора в отсутствии буферного ключа в цепи полевого транзистора. Общее токопотребление схемы инвертора составляет 230 мА.
Неоспоримый плюс – подстройка выходного напряжения, и как следствие регулировка яркости свечения индикаторов.

Прошивка реализует мою основную потребность – подстройку константы, влияющую на ход часов без использования прецизионных кварцевых резонаторов. Приятным бонусом оказалась функция будильника.

↑ Практическая реализация

Недостаток подобной реализации в габаритах, но с другой стороны присутствует и универсальность. Можно развести плату индикации под любые другие газоразрядные индикаторы, не трогая плату управления.

↑ Запуск и настройка часов

Собрал все элементы, вытравил платы и провёл монтаж. Настало время проверки и настройки блока питания. Сначала запустил БП на холостом ходу. Стабилизатор 78L05 работал, как положено.
Инвертор выставил на напряжение, близкое к нижней границе зажигания индикаторов – порядка 170-175 В при помощи подстроечного резистора 2кОм.

Поставил микросхемы в панельки и тут приключилось непредвиденное. По неустановленной причине пробился чип 78L05, погорели микросхемы от перенапряжения питания.
В результате тестов выяснил, что попадаются бракованные дешифраторы К155ИД1. Проверка сопротивления между пинами питания показывает значение около 10 Ом. Подобное могло стать причиной выхода из строя стабилизатора 78L05.

Поставил новый исправный дешифратор, сходил за новой микросхемой PIC16F628A в радиомагазин, запрограммировал с помощью PIC K150 ICSP USB Programmer .

Для наглядности предлагаю вашему вниманию короткий видеоролик. На видео показаны режимы коррекции времени: сброс секунд, установка минут, установка часов.

Держу кнопку более 1 секунды и вхожу в режим подстройки константы. Как вы видите, текущая константа у меня равна 1292 микросекунд. Весьма далеко от начальной величины в 1032 микросекунд.
Четыре дня мне потребовалось, чтобы внести коррекцию хода часов. Изначально часы отставали на 2 минуты за сутки. 2 дня ушло на внесение грубых настроек и так же 2 дня на точную подстройку. В конечном итоге я не заметил отставания или спешки часов ни на секунду в течение недели. Коррекция хода завершена.

Часы на газоразрядных индикаторах ИН14. IN14 Nexie Tube Clock DIY KIT

Примерно через 3 недели разрядился элемент питания 2032 и часы перестали запоминать настройки и текущее время при пропадании питания. Отмечу, что установленная константа при этом не сбивается. Решил выйти из положения просто – ввёл более громоздкий элемент питания – две батарейки типа АА.

⏰САМЫЕ ДЕШЕВЫЕ ЛАМПОВЫЕ ЧАСЫ В КОРПУСЕ ИЗ ДЕРЕВА ИЛИ ПЛАСТИКА??? DIY NIXIE CLOCK СДЕЛАЙ СЕБЕ ТАКИЕ⏰

↑ Необычный дизайнерский корпус

Электроника готова! Впереди — гвоздь программы – корпус.

Над корпусом я работал с особым старанием. С самого начала я не хотел делать типичные часы «а-ля Никсиклок», в которых из корпуса торчат 4 лампы. Мне хотелось чего-то большего. Что бы разместить элементы декора вблизи ламп я выбрал корпус Gainta G0477 размерами 187×118х37 мм.

Чего я только не перепробовал! Даже зеркала и стеклянные сферы, но в итоге мне ничего не понравилось. На некоторое время я забросил проект и занялся усилителем «Покемон», параллельно размышляя о всевозможных вариантах декорирования корпуса ламповых часов. Однажды, по дороге на работу, мой взгляд упёрся в разрушенную колонну на одном из рекламных плакатов. Воображение преподнесло мысль о древних греческих колоннах и банях.
И тут меня осенило – у ламп на часах должны стоять колонны! Ещё до конца не представляя способов реализации, я начал развивать эту мысль. Две колонны это суховато выходит, лучше взять что-то похожее типа китайских, или японских врат, что стоят у входов в храмы.

Часы на лампах ИН-14. Nixie IN-14

Когда вернулся домой, сразу набросал в Фотошопе эскиз.

Этот вариант мне очень понравился, но всё равно было суховато и на корпусе осталось много свободного места. Начал размышлять в сторону азиатских стилей. Чего бы такого добавить?

Ламповые часы из Metro Exodus (Метро Исход) на газоразрядных индикаторах ИН-17 (Часть 2)

Надо вам сказать, что ещё до всепоглощающего увлечения радиоэлектроникой я занимался переводами японской фэнтэзийной манги (аналог комиксов). Поэтому закономерно в голову пришли драконы. А именно – японский речной дракон. Немного поработав в Фотошопе, дополнил эскиз.

Вариант подходящий, но объёмы предстоящих работ были намного больше, и обрабатывать до мельчайших деталей металл проблематично.

Ламповые часы на ИН-14 (Часть 2: корпус)

Остаётся использовать фольгированный текстолит. Работать с односторонним фольгированным текстолитом в разы проще, нежели с алюминием.
Оптимизировал картинку под возможности вытравливания изображения путём ЛУТ. С некоторыми недочётами протравил «плату».

Осталось самое сложное – вырезать изображения из цельного куска текстолита. Ужасно долгий и нудный процесс, который без творческого порыва и огромного желания не выполнить. Грубые спилы кусков текстолита проводил ручным лобзиком, после мелкими щипками обкусывал при помощи острых кусачек все доступные контуры вблизи рисунка, до зазоров 1,5-2 мм от края, чтобы ни в коем случае не повредить сам рисунок.

Внутренние части высверливал сверлами различных диаметров с последующим точным выведением. Затем доработка надфилями. В закромах у меня было два набора надфилей различных форм и размеров. Долго и упорно выводил каждый изгиб рисунка, подбирая и комбинируя нужный размер и форму надфилей.

На то, чтобы изготовить Дракона из куска текстолита у меня ушло приблизительно 2 недели сосредоточенного труда в свободное от остальных дел время. Успел своим «ширканьем» изрядно помучить музыкальный слух жены.

После окончания работ подушечки пальцев на правой руке загрубели так, как будто я неделю играл на гитаре на репетициях по два часа в день.

Дракон, наконец, вырезан. Следующий этап — покраска. Пофантазировав один вечер, решил, что буду красить в красный цвет. Отсюда и вышло окончательное название часов «Red Dragon».

Пошли эксперименты с краской. Сразу купил два баллончика с аэрозольной краской цветов «Китайская вишня» (акриловая) и «Малина» (алкидная). Названия не отвечают за точность оттенков и носят условный характер. Ни один из представленных вариантов меня в итоге не удовлетворил. «Китайская вишня» оказалась слишком тёмной, а алкидная «Малина» очень долго сохла, что при домашней покраске чревато налипанием пыли. Всего 3-4 крупные пылинки на глянцевом зеркале могут убить всё удовлетворение работой.

В итоге я поехал по магазинам в поисках красной матовой краски. К моему удивлению оказалось, что такой краски не существует в природе. То есть, в баллончиках её не купить, для этого нужно покупать отдельно краску основного цвета, матирующую добавку и ехать в специализированный центр для приготовления смеси. Для моих целей это слишком дорогой вариант.

Решение пришло неожиданно. Я увидел на полках цвета типа «металлик». Эти краски — переходное звено между глянцевой и матовой поверхностью, то есть они не имеют глянцевого зеркала, а в случае с акриловой основой — очень быстро сохнут. Цвет выбрал под названием «Калина».

Малины, калины, вишни – компот можно сварить.

Опробовал краску на пробнике. Схватилась через 5 минут, и ни единой пылинки не успело прилипнуть. Отлично, можно красить.

Для покраски подобных корпусов я использую хитрый «покрасочный бокс» – разрезаю пластиковую бутылку объёмом 5 литров вдоль на две половины, крашу деталь и накрываю одной половиной. Подобный метод не позволяет осесть пыли на поверхность, а отверстие от горловины позволяет циркулировать воздуху.

Почти всё готово. Остаётся обвести краской внутренние контуры дракона и врат. Дело сложное и требует сноровки. Я взял тонкую кисть и начал набивать руку на специальных трафаретах. Трафаретами у меня служат 3 слова, вытравленные в алюминии. Обвожу их, смотрю на результат, стираю растворителем краску и всё заново, до того как рука не набьётся до ровных штрихов без вылетов за границы гравировки.
Посидел около часа и понял, что с загрубевшими подушечками на пальцах я не чувствую нажима кисточки.

Решение оказалось простым, но не очевидным на первый взгляд – перманентный маркер для плат типа Edding404.

С его помощью можно делать ровные штрихи толщиной 0,5 мм. Попробовал на трафарете и понял, что получается почти идеально. Вылетов за границы нет, единственная сложность в подборе длинны штриха, при котором наконечник маркера не осушается до конца. Да-да, этот маркер отлично рисует на гладком текстолите, но быстро перестаёт писать при касании матовых (хорошо впитывающих) поверхностей. Причина в том, что запас краски в тонком наконечнике быстро иссякает. В этом случае нужно просто подождать 5-10 минут до того как наконечник напитается краской вновь.

Обзорное видео на ламповые часы ин-14 с подсветкой. Nixie clock

Потренировался и приступил к росписи дракона и врат. Не прошло и полчаса, как маркер перестал писать совершенно. Никакие попытки расписать его не срабатывали. Краска в маркере закончилась.

Пришлось ехать в радиомагазин и покупать новый. На следующий день работа с обводкой внутренних контуров была закончена.

Покрасил основной корпус в то же цвет, что и дракона с вратами. Начал окончательную сборку.

Газоразрядной точки за всё время сборки часов и элементов декора (около 3 месяцев) я так и не смог найти. Пришлось поставить неяркий светодиод 5 мм с балластным резистором на 100 кОм.

Для крепления декора на корпусе просверлил отверстие диаметром 1,5 мм. Дракон отправлен в полёт при помощи стальной проволоки диаметром 1 мм, приклеенной к гнёздам в корпусе и самому дракону с внутренней стороны суперклеем. Врата крепятся тем же самым способом.

↑ Итоги

Дизайн, по-моему, имеет только один недостаток – сложность исполнения. Плата универсальна. В схему повышающего инвертора можно внести доработки, дабы снизить общее токопотребление, но я решил оставить всё как есть, ведь даже в таком исполнении часы работают отлично.

↑ Файлы:

Платы:
▼ Файловый сервис недоступен. Зарегистрируйтесь или авторизуйтесь на сайте.

Прошивки, исходники, архивы источников:
▼ Файловый сервис недоступен. Зарегистрируйтесь или авторизуйтесь на сайте.

↑ Ссылки:

Спасибо за внимание!

Камрад, рассмотри датагорские рекомендации

�� Купон до 1000₽ для новичка на Aliexpress

Никогда не затаривался у китайцев? Пришло время начать!
Камрад, регистрируйся на Али по нашей ссылке. Ты получишь скидочный купон на первый заказ. Не тяни, условия акции меняются.

�� Полезные и проверенные железяки, можно брать

Куплено и опробовано читателями или в лаборатории редакции.

История создания газоразрядных индикаторов

Первые газоразрядные индикаторы Nixie были разработаны в 1952 году братьями Haydu и позднее проданы фирме «Burroughs Business Machines». Название «Nixie» получилось от сокращения «NIX 1» — «Numerical Indicator eXperimental 1» («цифровой индикатор экспериментальный, разработка 1»). Название закрепилось за всей линейкой подобных индикаторов и стало нарицательным. В частности, отечественные индикаторы ИН‑14 в зарубежных каталогах записывают как «IN‑14 Nixie».

С начала 1950-х до 1970-х годов индикаторы, построенные на газоразрядном принципе, были доминирующими в технике. Позже они были заменены вакуумно-люминесцентными и жидкокристаллическими дисплеями и светодиодными и стали довольно редки сегодня. В настоящее время большинство наименований газоразрядных индикаторов больше не производится.

Газоразрядные индикаторы использовались в калькуляторах, в измерительном оборудовании, в первых компьютерах, в аэрокосмической технике и подводных лодках, в лифтовых указателях и для отображения информации на фондовой бирже Нью-Йорка.

Некоторые исследователи полагают, что примерно за 10 лет до изобретения индикатора типа «Nixie tube» был разработан аналогичный по конструкции прибор под названием «индитрон». Авторы данного изобретения совершили ошибку, не использовав отдельный анод вообще. Для того, чтобы «засветить» в таком индикаторе ту или иную цифру-катод, на неё требовалось, как и в обычном газоразрядном индикаторе, подавать отрицательный потенциал. А вот положительный потенциал подавали на соседнюю цифру — она и становилась на время анодом. Понятно, что управлять таким индикатором довольно трудно, а отсутствие сетчатого анода, не пропускающего распыляемые с катодов частицы металла к передней стенке баллона, приводило к быстрому её помутнению. «Индитрон» был забыт, и газоразрядный индикатор вскоре пришлось изобретать заново. Выжило необычных приборов совсем немного.

��САМЫЕ ДЕШЕВЫЕ ЧАСЫ НА ГАЗОРАЗРЯДНЫХ ИНДИКАТОРАХ KIT DIY nixie clock TUBE

Газоразрядный индикатор — ионный прибор для отображения информации, использующий тлеющий разряд. По сравнению с единичным индикатором — неоновой лампой — обладает более широкими возможностями. Для изготовления отображающего устройства заданной сложности газоразрядных индикаторов потребуется меньше, чем потребовалось бы для сопоставимого по сложности устройства единичных неоновых ламп. Наиболее известными среди газоразрядных являются знаковые индикаторы типа «Nixie tube», каждый из которых состоит из десяти тонких металлических электродов (катодов), каждый из которых соответствует одной цифре или знаку, при этом они включаются индивидуально. Электроды сложены так, что различные цифры появляются на разных глубинах, в отличие от плоского отображения, в котором все цифры находятся на одной плоскости по отношению к зрителю. Трубка наполнена инертным газом неоном (или другими смесями газов) с небольшим количеством ртути. Когда между анодом и катодом прикладывается электрический потенциал от 120 до 180 вольт постоянного тока, вблизи катода возникает свечение. Вольт-амперная характеристика газоразрядного индикатора схожа с вольт-амперной характеристикой неоновой лампы и обладает нелинейностью. Недопустимо подключение газоразрядного индикатора непосредственно к источнику напряжения. В большинстве случаев в качестве ограничителя тока используется балластный резистор.

Один из технических недостатков газоразрядного индикатора состоит в том, что цифры укладываются стопкой одна за другой, перекрывая друг друга. Кроме того, в случае редкого включения отдельных индикаторных катодов и активности других, частицы металла, распыляемого работающими катодами, оседают на редко используемых, что способствует их «отравлению». Существует метод восстановления отравленных катодов повышенным током.

Многоразрядный индикатор типа «Nixie tube» называется «пандикон». Помимо индикаторов типа «Nixie tube», существуют и газоразрядные индикаторы иных типов: линейные, сегментные («панаплекс») и другие.

Ламповые часы «История любви ИН-14». Корпус.

Рисунок 1.12 – Газоразрядный индикатор

Возрождение

За последние годы популярность газоразрядных индикаторов возросла из-за их необычного антикварного вида. В отличие от ЖК, они излучают мягкий неоновый оранжевый или фиолетовый свет. Несколько компаний предлагают часы и иные конструкции (см. внешние ссылки), в которых используются газоразрядные индикаторы. Для корпусов таких часов применяется дерево, сталь, акриловый пластик. Как правило, такие часы обладают небольшим функционалом и несут чисто эстетическую функцию.

Рисунок 1.13 – Календарь газоразрядных индикаторов

Но не стоит думать, что такие часы обязательно дороги. Радиолюбитель средней квалификации, знакомый с правилами техники безопасности при работе с электроустановками до 1000 В, по представленным на многочисленных сайтах описаниям без особого труда изготовит похожие часы самостоятельно при значительно меньших затратах.

Непрерывные линейные газоразрядные индикаторы.

Непрерывные линейные газоразрядные индикаторы представлены моделями ИН-9 и ИН-13. Их история очень интересна. В начале XX века в Великобритании существовала наценка на радиоприёмники, размер которой определялся количеством ламп в них. Это сдерживало применение в массовых аппаратах индикаторов настройки типа «магический глаз», поскольку они также считались радиолампами. Для решения этой проблемы был разработан газоразрядный прибор под названием «тюнеон» (модели 3184), который, в отличие от «магического глаза», лампой не считался и наценкой не облагался. Позднее были выпущены и другие приборы с аналогичным принципом действия.

Когда наценку отменили, «тюнеон» был почти забыт даже в Великобритании, однако, затем пережил второе рождение. После начала массового распространения в СССР в конце 1960-х годов полностью полупроводниковой звуковой аппаратуры возникла задача выпуска экономичного по потреблению тока немеханического непрерывного аналогового индикатора для неё. «Магический глаз», имеющий косвенный накал, мало подошёл для использования в такой аппаратуре, поскольку часто его потребляемая мощность оказывалась больше, чем у всех остальных узлов аппарата вместе взятых. Также объём выпуска сверхминиатюрного «магического глаза» прямого накала типа 1Е4А был недостаточен. И вот тогда советские инженеры вспомнили о «тюнеоне». Так появились приборы ИН-9 и ИН-13, разработанные специально для применения в качестве индикаторов исключительно в полностью полупроводниковой аппаратуре, отвечающие требованиям технической эстетики и хорошо согласующиеся с её дизайном. Они оказались настолько удачными, что выпускались до середины 1990-х годов, и нашли применение в самой различной технике, от вольтметров ЛАТРов до шкал стереофонических УКВ–ЧМ тюнеров «Ласпи», индикаторов уровня вмикшерных пультах и терменвоксах и пр. До наших дней дожило значительное количество индикаторов ИН-9 и ИН-13 и аппаратуры с их применением.

Существует и ещё одно, нестандартное, применение индикаторов этих типов: из приборов, включённых «на полную мощность» (чтобы светящийся столб занимал всю длину баллона), составляется самодельный семисегментный индикатор. Табло для спортзалов, работающее на этом принципе, описано в одном из номеров журнала «Радио». Существует также современная конструкция индикатора уровня на основе индикатора ИН-13.

Дискретные линейные газоразрядные индикаторы представлены моделями ИН-20 и ИН-26 (с перемещающейся точкой), ИН-31, ИН-33, ИН-34-1, ИН-34-2, ИН-36, ИГТ1-256, ИГТ1-103Р, ИГТ2-103Р (со столбом изменяющейся длины, составленным из точек). Многие дискретные линейные индикаторы, с целью сокращения количества выводов по отношению к количеству делений, снабжены функцией подсчёта импульсов по принципу, мало отличающемуся от принципа действия декатрона.

В наши дни радиолюбители используют индикаторы данного типа, в частности, ИН-33 и ИН-34-1, в самодельных конструкциях.

Знаковые индикаторы.

Ламповые часы на газоразрядных индикаторах ИН-14 от «БелЧип»

Этот тип газоразрядных индикаторов является, пожалуй, самым известным и узнаваемым. В большинстве случаев, словосочетание «газоразрядный индикатор» применяется именно в их отношении. Также известно, что до начала 1970-х годов в советской технической литературе применительно к таким индикаторам применялся ныне почти забытый термин «цифровая лампа» (по всей видимости, калька с немецкого «Ziffernröhre»).

Знаковые индикаторы представлены моделями со знаками в виде цифр: ИН-1, ИН-2, ИН-4, ИН-8, ИН-8-2, ИН-12А, ИН-12Б, ИН-14, ИН-16, ИН-17, ИН-18, со знаками в виде букв, обозначений физических величин и других специальных символов: ИН-5А, ИН-5Б, ИН-7, ИН7А, ИН-7Б, ИН-15А, ИН-15Б, ИН-19А, ИН-19Б, ИН-19В.

Индикаторы ИН-12 знамениты тем, что устанавливались в электронные весы 1261ВН-3ЦТ «Дина». Применяются они и в других, сохранившихся до наших дней устройствах, в частности, в игровом автомате «Кегельбан», пульте управления рентгеновского аппарата РУМ-20М. Сами индикаторы этого типа дефицита не представляют. Индикаторам ИН-14 повезло больше: сохранилось значительное количество микрокалькуляторов «Электроника-155», «Искра» различных моделей, всякого рода лабораторной измерительной аппаратуры, где применены эти индикаторы. Индикаторы похожие на ИН-1 или ИН-4, применены в автоматах для размена монет, малогабаритные ИН-2 — в автоматах по продаже билетов на пригородные поезда, сведения о сохранившихся экземплярах которых также отсутствуют.

Многоразрядные знаковые газоразрядные индикаторы типа «пандикон» в отечественной практике распространения не получили.

Рисунок 1.14 – Знаковые газоразрядные индикаторы

Сегментные индикаторы

Сегментные индикаторы представлены одноразрядным 13-сегментным полноалфавитным ИН-23, многоразрядными 7-сегментными ИГП-17 (16 разрядов),

ГИП-11 (11 разрядов). В отечественной аппаратуре распрос­т­ра­не­ния они не получили по причине внедрения много­разряд­ных ВЛИ, в то время как за рубежом индикаторы этого класса (под товарными знаками «Родан Эльфин» для одноразрядных моделей, «Панаплекс» для плоских многоразрядных, и другими) устанавливались во многие зарубежные микрокалькуляторы. Особенно интересен одноразрядный сегментный индикатор ИТС1, способный одновременно с отображением информации производить её запоминание по принципу тиратрона, что позволяет без применения дополнительных регистров разгрузить вычислительную систему для выполнения задач, отличных от динамической индикации. Индикатор ИТС1 — пожалуй, единственный из сегментных газоразрядных, являющийся зелёным люминофорным.

Известно, что индикаторы ИГП-17 применены в пульте управления рентгеновского аппарата, а также в микро-ЭВМ «Электроника Д3-28». В наши дни любители используют такие индикаторы в самодельных часах.

Матричные индикаторы

Матричные индикаторы представлены моделями без самосканирования: ГИП-10000, ИГПП-100/100, ИГГ1-64/64, постоянного тока с самосканированием: ИГПС1-222/7, ГИПС-16, ГИПС-32, переменного тока ГИПП-16384, ИГПВ2-384/162, ИППВ-256/256, ИГПВ1-256/256, ИГГ1-512/256, ИГГ2-512/256, ИГГ3-512/256, ИГПВ-512/256, ИГПВ1-512/512, специальными люминофорными различных систем: ИТМ1-А (зелёный), ИТМ2-Л (зелёные), ИТМ-2К (красный), ИТМ-2Ж (жёлтый), ИТМ-2С (синий), ИТМ-2М (многоцветный), ИГВ1-8х5Л (зелёный), ИГПП-16/32 (зелёный), ИГПС1-117/7, ИГПП-32/32 (зелёный), ИГПП2-32/32 (зелёный), ИГГ1-32х32 (зелёный), ИГГ1-256/256Л (зелёный). Также стоит отметить полноцветный ИГГ5-64х64М2.

Все индикаторы серий ИТМ-1, ИТМ-2, а также индикатор ИГВ1-8х5Л по принципу действия аналогичны управляемой неоновой лампе ИН-6: разряд в них зажжён постоянно, но, в зависимости от управляющего напряжения, перескакивает то на индикаторный, то на вспомогательный катод. Управляется каждый пиксель такого индикатора отрицательным напряжением величиной в несколько вольт, подаваемым на индикаторный катод. Электроды расположены таким образом, что когда разряд горит на индикаторном катоде, он хорошо заметен оператору, когда на вспомогательном — нет.

На основе индикатора ГИП-10000 (ИГПП-100/100) выполнены индикаторные модули ИМГ-1 и МС6205. Эти устройства применяются в системах ЧПУ типа «МАЯК-221», «МАЯК-223», 2М43, КМ43, 2С85, КМ85, програм­ми­ру­е­мых логических контроллерах «ЛОМИКОНТ» Л-110, Л-112, Л-120, Л-122, счётчиках купюр «БАНКНОТА-1». Также они применены в чрезвычайно редкой ПЭВМ «Курсор».

На основе индикатора, близкого по параметрам к ГИПС-16, выполнен индикаторный модуль ИГВ70-16/5х7.

На основе индикатора ИГПВ2-384/162 выполнен индикаторный модуль ИГПВ70-1024/5х7.

Индикатор ИГПВ1-256/256 применяется в осциллографе С9-9.

За рубежом индикаторы с аналогичным принципом действия до сих пор традиционно применяют в игровых автоматах типа «пинбол». Существует тенденция по замене изношенных индикаторов этого типа на светодиодные.

Однако газоразрядные матричные индикаторы продолжают устанавливаться в новые автоматы и в наши дни. Почти все они — постоянного тока, без самосканирования и запоминания информации. Применяются в этих автоматах и сегментные газоразрядные индикаторы, подобные «панаплексам», но значительно реже.

Микроконтроллеры

Микроконтроллер (англ. Micro Controller Unit, MCU) — микросхема, предназначенная для управления электронными устройствами. Типичный микроконтроллер сочетает на одном кристалле функции процессора и периферийных устройств, содержит ОЗУ и (или) ПЗУ. По сути, это однокристальный компьютер, способный выполнять простые задачи.

Часы на газоразрядных индикаторах ин-14 своими руками, плата с Китая, ай да молодцы!

С появлением однокристальных микро-ЭВМ связывают начало эры массового применения компьютерной автоматизации в области управления. По-видимому, это обстоятельство и определило термин «контроллер» (англ. controller — регулятор, управляющее устройство).

В связи со спадом отечественного производства и возросшим импортом техники, в том числе вычислительной, термин «микроконтроллер» (МК) вытеснил из употребления ранее использовавшийся термин «однокристальная микро-ЭВМ».

Первый патент на однокристальную микро-ЭВМ был выдан в 1971 году инженерам М. Кочрену и Г. Буну, сотрудникам американской Texas Instruments. Именно они предложили на одном кристалле разместить не только процессор, но и память с устройствами ввода-вывода.

В 1976 году американская фирма Intel выпускает микроконтроллер i8048. В 1978 году фирма Motorola выпустила свой первый микроконтроллер MC6801, совместимый по системе команд с выпущенным ранее микропроцессором MC6800. Через 4 года, в 1980 году, Intel выпускает следующий микроконтроллер: i8051. Удачный набор периферийных устройств, возможность гибкого выбора внешней или внутренней программной памяти и приемлемая цена обеспечили этому микроконтроллеру успех на рынке. С точки зрения технологии микроконтроллер i8051 являлся для своего времени очень сложным изделием — в кристалле было использовано 128 тыс. транзисторов, что в 4 раза превышало количество транзисторов в 16-разрядном микропроцессоре i8086.

На сегодняшний день существует более 200 модификаций микроконтроллеров, совместимых с i8051, выпускаемых двумя десятками компаний, и большое количество микроконтроллеров других типов. Популярностью у разработчиков пользуются 8-битные микроконтроллеры PIC фирмы Microchip Technology и AVR фирмы Atmel, 16-битные MSP430 фирмы TI, а также 32-битные микроконтроллеры, архитектуры ARM, которую разрабатывает фирма ARM Limited и продаёт лицензии другим фирмам для их производства. Несмотря на популярность в России микроконтроллеров упомянутых выше, по данным Gartner Grup от 2009 года мировой рейтинг по объёму продаж выглядит иначе: первое место с большим отрывом занимает Renesas Electronics на втором Freescale, на третьем Samsung, затем идут Microchip и TI, далее все остальные.

В СССР велись разработки оригинальных микроконтроллеров, также осваивался выпуск клонов наиболее удачных зарубежных образцов.

В 1979 году в СССР НИИ ТТ разработали однокристальную 16-разрядную ЭВМ К1801ВЕ1, микроархитектура которой называлась «Электроника НЦ».

При проектировании микроконтроллеров приходится соблюдать баланс между размерами и стоимостью с одной стороны и гибкостью и производительностью с другой. Для разных приложений оптимальное соотношение этих и других параметров может различаться очень сильно. Поэтому существует огромное количество типов микроконтроллеров, отличающихся архитектурой процессорного модуля, размером и типом встроенной памяти, набором периферийных устройств, типом корпуса и т. д. В отличие от обычных компьютерных микропроцессоров, в микроконтроллерах часто используется гарвардская архитектура памяти, то есть раздельное хранение данных и команд в ОЗУ и ПЗУ соответственно.

Кроме ОЗУ, микроконтроллер может иметь встроенную энергонезависимую память для хранения программы и данных. Во многих контроллерах вообще нет шин для подключения внешней памяти. Наиболее дешёвые типы памяти допускают лишь однократную запись. Такие устройства подходят для массового производства в тех случаях, когда программа контроллера не будет обновляться. Другие модификации контроллеров обладают возможностью многократной перезаписи энергонезависимой памяти.

Неполный список периферии, которая может присутствовать в микроконтроллерах, включает в себя:

универсальные цифровые порты, которые можно настраивать как на ввод, так и на вывод;

различные интерфейсы ввода-вывода, такие как UART, I²C, SPI, CAN, USB, IEEE 1394, Ethernet;

аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи;

Часы из Metro Exodus на газоразрядных индикаторах #1

контроллеры бесколлекторных двигателей;

контроллеры дисплеев и клавиатур;

радиочастотные приемники и передатчики;

массивы встроенной флеш-памяти;

встроенный тактовый генератор и сторожевой таймер.

Ограничения по цене и энергопотреблению сдерживают также рост тактовой частоты контроллеров. Хотя производители стремятся обеспечить работу своих изделий на высоких частотах, они, в то же время, предоставляют заказчикам выбор, выпуская модификации, рассчитанные на разные частоты и напряжения питания. Во многих моделях микроконтроллеров используется статическая память для ОЗУ и внутренних регистров. Это даёт контроллеру возможность работать на меньших частотах и даже не терять данные при полной остановке тактового генератора. Часто предусмотрены различные режимы энергосбережения, в которых отключается часть периферийных устройств и вычислительный модуль.

Известные семейства:

ARM (ARM Limited)

ST Microelectronics STM32 ARM-based MCUs

Atmel Cortex, ARM7 и ARM9-based MCUs

Собираем часы на газоразрядных индикаторах ИН-14.

Texas Instruments Stellaris MCUs

NXP ARM-based LPC MCUs

Toshiba ARM-based MCUs

Analog Devices ARM7-based MCUs

Cirrus Logic ARM7-based MCUs

Freescale Semiconductor ARM9-based MCUs

Использование в современном микроконтроллере вычислительного устройства с широкими возможностями, построенного на одной микросхеме вместо целого набора, значительно снижает размеры, энергопотребление и стоимость построенных на его базе устройств. Используются в управлении различными устройствами и их отдельными блоками:

в вычислительной технике: материнские платы, контроллеры дисководов жестких и гибких дисков, CD и DVD, калькуляторах;

электронике и разнообразных устройствах бытовой техники, в которой используется электронные системы управления — стиральных машинах, микроволновых печах, посудомоечных машинах, телефонах и современных приборах.

устройств промышленной автоматики — от программируемого реле и встраиваемых систем до ПЛК,

систем управления станками.

В то время как 8-разрядные процессоры общего назначения полностью вытеснены более производительными моделями, 8-разрядные микроконтроллеры продолжают широко использоваться. Это объясняется тем, что существует большое количество применений, в которых не требуется высокая производительность, но важна низкая стоимость. В то же время, есть микроконтроллеры, обладающие большими вычислительными возможностями, например цифровые сигнальные процессоры.

Программирование микроконтроллеров обычно осуществляется на языке ассемблера или Си, хотя существуют компиляторы для других языков, например, Форта. Используются также встроенные интерпретаторы Бейсика.
Известные компиляторы Си для МК:

GNU Compiler Collection — Поддерживает ARM, AVR, MSP430 и многие другие архитектуры

Small Device C Compiller — Поддерживает множество архитектур

CodeVisionAVR (для AVR)

⏰Часы на газоразрядных индикаторах своими руками

IAR [1] (для любых МК)

WinAVR (для AVR и AVR32)

��Ламповые часы на ИН-14 своими руками

Keil (для архитектуры 8051 и ARM)

HiTECH (для архитектуры 8051 и PIC от Microchip)

Для отладки программ используются программные симуляторы (специальные программы для персональных компьютеров, имитирующие работу микроконтроллера), внутрисхемные эмуляторы (электронные устройства, имитирующие микроконтроллер, которые можно подключить вместо него к разрабатываемому встроенному устройству) и интерфейс JTAG.