18:38

Часы на газоразрядных индикаторах «Паташник»

Индикаторы: ИН-8-2
Контроллер: ATmega8535
Часы реального времени: DS3234 TCXO
Питание: 7-12В

Питание

Для получения высокого напряжения используется обычный повышающий преобразователь. Важно подобрать транзистор с малым зарядом затвора, самый быстрый диод и накопительный конденсатор с малым эквивалентным сопротивлением. В качестве опорного сигнала используется выход OC1A от микроконтроллера. Обратная связь замыкается на АЦП через резистивный делитель на 100. Связь между частотой-скважностью импульсов и выходным напряжением нелинейна, поэтому регулятор только включает и выключает генерацию импульсов в зависимости от напряжения на выходе преобразователя. Скважность импульсов — постоянная, подобранная экспериментально так, чтобы напряжение на выходе было максимально возможным без сильного нагрева элементов схемы. Важную роль играет схема на элементах C2,R1,D2: она гарантирует закрытие транзистора во время программирования контроллера, или в случае возможного сбоя.

Благодаря обратной связи появляется возможность динамически изменять напряжение на выходе преобразователя. Например, при индикации с малой яркостью свечения (короткие импульсы на лампах) напряжение питания повышается, чтобы обеспечить свечение всех катодов. Когда скважность импульсов питания ламп больше ²/₄, все катоды успевают зажигаться при меньшем напряжении. Регулировка напряжения позволяет снизить нагрузку на преобразователь, уменьшить тепловыделение и продлить срок службы индикаторных ламп.

Индикация

Дешифраторы 155ИД1 умеют гасить индикаторы, если на их входы подается код числа от 1010₂ до 1111₂. Изменяя скважность питающих лампы импульсов, можно влиять на яркость свечения индикаторов. Предусмотрено 4 постоянных уровня яркости. Цифры также переключаются с плавным, но быстрым и практически незаметным перекрестным затуханием.

Компенсация несовершенства ламп

Газоразрядные лампы имеют широкий разброс параметров. Некоторые индикаторы светятся ярче среднего, а другим того же напряжения не хватает для полного зажигания отдельных цифр. С помощью выборочного гашения разрядов эти недостатки частично компенсируются. Скважность импульсов питания слишком ярких ламп уменьшается, а труднозажигаемых — увеличивается. Также, при переключении на «трудные» цифры, напряжение питания ламп повышается на короткий период, достаточный для того, чтобы катод засветился полностью, после чего понижается обратно до номинального.

Часы реального времени

В схеме «Паташника» нет кварца. Микроконтроллер тактируется с частотой 8 МГц встроенным RC-осциллятором, точности которого достаточно для выполнения требуемых операций. Все хронометрические функции возложены на высокоточные часы реального времени DS3234, которые имеют в своем составе термокомпенсированный кварцевый осциллятор. При совместимых с жизнью температурах эти часы уходят не более чем на одну минуту в год. Дата не показывается, но используется для автоматического перехода с зимнего время на летнее и обратно. Когда фал Паташника не воткнут в розетку, часы продолжают идти, подпитываемые литиевой батарейкой.

Корпус

Корпус сделан из одностороннего фольгированного текстолита и покрашен краской.

Файлы

• Схема (pdf)
• Проект Eagle [zip][github]
• Сорцы [github] [docs]
  

Ссылки

• Блок питания с высоким КПД на основе MAX1771
• DS3234 Extremely Accurate RTC with SPI Bus, Integrated Crystal, and SRAM
• How to build a Nixie Clock (Tutorial on AVRFreaks)
• Часы на газоразрядных индикаторах ИН-12Б (РадиоКот)
• Слонс (aplomb.nl)
  
• Switching Power Supply Design (aplomb.nl)
• История паташника в классическую эпоху (Топос)
  
• Patashnik (Alone) (cgsociety.org)
  
• Patashnik by Señor Salme