In questo secondo articolo dedicato al mio orologio con Nixie, vi illustrerò come pilotare tali display con un microcontrollore.
Limitare la corrente
Ogni tubo Nixie è caratterizzato da due valori di tensione:
- tensione di innesco (Vign)
- tensione di mantenimento (Vm)
e da uno o più valori di corrente:
- corrente media/di picco per i numeri (Ik)
- (eventuale) corrente media/di picco per il punto decimale (Ikdp)
E’ possibile trovare questi valori consultando il datasheet:
Il classico schema di collegamento del tubo è il seguente:
Per il calcolo della resistenza R utilizziamo la seguente formula:
Mentre la potenza dissipata sarà:
Applicando le formule ai valori della mia Nixie ottengo:
- (per i numeri) R = 12Kohm e P = 0,075W
- (per il punto decimale) R = 60Kohm e P = 0,015W
Nel mio orologio non utilizzerò il punto decimale, quindi andrà bene una resistenza da 12Kohm 1/4W.
Driver a transistor
Non è possibile pilotare direttamente un tubo Nixie utilizzando i PIN di output di un microcontrollore: ogni catodo della Nixie non connesso a massa si trova ad una tensione vicina a Vm.
La soluzione più semplice è utilizzare un transistor alla cui base collegare il PIN del microcontrollore.
Non tutti i transistor sono in grado di sostenere l’elevata tensione collettore-base (Vcbo): la scelta più diffusa è il modello MPSA42, che – come recita il datasheet - ha una Vcbo di 300V.
Il collegamento è molto semplice:
Lo svantaggio di questo approccio è che richiede un transistor per ogni numero, se quindi vogliamo utilizzare 4 Nixie avremo bisogno di almeno 40 transistors.
Driver a circuiti integrati
In passato sono stati prodotti diversi circuiti integrati progettati per pilotare le Nixie; i più diffusi sono quelli siglati 7441, 74141 o i loro “cloni” russi K155ID1 e KM155ID1 ed è ancora facile trovarli su eBay. Tutti questi integrati svolgono la funzione di bcd-to-decimal decoder to drive nixie tubes e presentano 4 PIN di input (A/B/C/D) e 10 pin di output (0..9).
Il loro funzionamento è molto semplice: inviando ai 4 PIN di input un numero (da 0 a 9) codificato in binario, viene attivata il relativo pin di output. Tutte le possibili combinazioni sono indicate nel datasheet:
Test
Ho scritto un semplice sketch per Arduino che invia su 4 PIN digitali (D8-D11) la codifica binaria dei numeri da 0 a 9, cambiando numero ogni secondo e tornando a 0 dopo il 9.
Unica nota: per poter cambiare contemporaneamente lo stato dei 4 PIN di output, non utilizzo l’istruzione digitalWrite() ma comando direttamente il registro PORTB come illustrato qui.
void setup() { pinMode(8, OUTPUT); pinMode(9, OUTPUT); pinMode(10, OUTPUT); pinMode(11, OUTPUT); Serial.begin(9600); } void loop() { for(int i = 0; i < 10; i++) { Serial.println(i); PORTB = i; delay(1000); } }
Ai PIN di Arduino sono collegati gli ingressi A/B/C/D del 74141 e, alle uscite di questo, i catodi della Nixie. L’alimentazione per il circuito integrato (5V) è presa dalla scheda Arduino, mentre la Nixie è alimentata come indicato nell’articolo precedente aggiungendo la resistenza da 12Kohm:
Ecco il circuito in azione:
