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                                                            SIPO  e  NIXIE

Introduzione

Recentemente, rovistando nei miei cassetti, ho trovato un display del tipo nixie, molto usati in passato soprattutto nei registratori di cassa. Tali dispositivi offrono la possibilità di attivare molti digit, nel mio caso 14, con una eccezionale brillantezza dei caratteri. La rappresentazione e del tipo a sette segmenti con una corrente richiesta per l’illuminazione davvero molto bassa; eccetto che per il filamento che richiede circa 70 mA a 5V. I segmenti di ogni digit sono collegati in parallelo a tutti gli altri e sono accessibili dall’esterno con sette fili più uno per la virgola; mentre con altri 14 fili è possibile abilitare la griglia di attivazione di ogni singolo digit. 

Quindi, usufruendo di un microcontrollore si potrebbero accendere uno per volta, ma in rapida successione, tutte le cifre del display senza notare alcuno sfarfallio. Tutto ciò è possibile col circuito che vedete in figura 1 unitamente al software scritto specificatamente per questo display. L’obiettivo principale di questo progetto è di analizzare dal punto di vista didattico, il principio di funzionamento e la tecnica di pilotaggio adottata in questo caso specifico, ed eventualmente costituire una base di partenza per progetti più completi e più complessi. Il vantaggio di una simile realizzazione sta nel solo fatto di avere un visualizzatore di grandi dimensioni, visibile anche al buio e da alcuni metri di distanza.

Principio di funzionamento

Tornando al mio nixie, mi sono accorto che guardandone la piedinatura in controluce, era possibile seguirne le piste di collegamento, e ciò mi ha permesso, con un po’ di pazienza e dopo qualche minuto  di lavoro, di realizzare lo schema di collegamento tra piedini digit e segmenti. E’ chiaro che dovendo pilotare più di venti fili, e non avendo un microcontrollore con un così elevato numero di piedini, tassativamente bisogna ricorrere a dei S.I.P.O. (Serial-Imput-parallel-output). Per questo motivo, dopo  una breve ricerca, la mia scelta è ricaduta sullo shift-register CMOS 4094, in totale ne sono occorsi tre collegati in cascata. Essi svolgono l’importante compito di ricevere in modo seriale dei bit di dati inviati dal microcontrollore, relativi ai digit ed ai segmenti da illuminare. 

Per ogni bit inviato, il microcontrollore provvederà a generare un segnale chiamato di CLOCK, in presenza del quale i 4094 incamerano il bit dei dati presente in quell’istante al loro ingresso. Al termine della sequenza, un ulteriore segnale chiamato di STROBE ordinerà ai 4094 di presentare contemporaneamente all’uscita, i bit di dati finora ricevuti. In seguito al segnale di STROBE, per un brevissimo istante si illuminerà il digit programmato. In modo analogo si ripeterà il processo, per accendere uno per volta e uno dopo l’altro tutti gli altri digit, ma così velocemente da apparire come se fossero tutti contemporaneamente illuminati. Affinché avvenga tutto ciò, è necessario che sia generato un treno di impulsi, strutturato come rappresentato nella figura 2. 

Ogni sequenza necessaria per inviare un dato al display, è costituita da 24 bit trasmessi uno di seguito all’altro che recano in se due informazioni; la prima costituita dai 16 bit più a destra di cui solo 14 usati, relativi alla posizione del digit da accendere, la seconda costituita dagli otto bit più a sinistra relativi ai segmenti da illuminare. I segmenti interessati per la visualizzazione dei caratteri così ottenuti si possono desumere dalla tabella 1. Se ad esmpio volessimo illuminare il 6° ed il 7° digit coi numeri 3 e 5, il treno di bit da inviare in ingresso alla linea DATA, CLOCK e STROBE, dovrà rispettare le temporizzazioni così come visibile nella figura 2, da cui si comprende come per ogni bit da inviare alla linea DATA, occorra generare un impulso di CLOCK che fa incamerare il bit nel 4094; ed al termine della sequenza completa dei 24 bit, occorra generare un impulso di STROBE, dopo il quale i 24 bit finora inviati serialmente, sono presentati contemporaneamente alle uscite dei tre 4094. 

Lo schema elettrico è visibile in figura 1, per il corretto funzionamento del quale occorrono due tensioni di alimentazione; una +Vcc che può essere compresa tra 15 e 18 volt, ed una +5 volt che potremo ottenere dalla precedente tramite uno stabilizzatore 7805. Il microcontrollore usato è il PIC-16F84, configurato in questo caso per funzionare con un oscillatore RC esterno costituito da R1 e da C1, con una frequenza di lavoro di circa 800 Khz. Le tre porte NOT impiegate appartengono al tipo OPEN COLLECTOR ed assolvono al compito di separare il PIC che lavora a 5V dai S.I.P.O. che lavorano a 15V.

Collaudo

Dando alimentazione al circuito si dovranno illuminare tutte le cifre del display col relativo numero programmato nel software. Inoltre, potremo modificare il valore rappresentato da qualunque digit, semplicemente impostandone il numero di posizione ed il valore da rappresentare sui due dip-switch, ed infine premendo P1 per aggiornare il display col nuovo valore. Fin qui nulla di eccezionale, ma si hanno almeno tre possibilità per sfruttare al meglio le potenzialità offerte da questo progetto:

1)    Abbinando il software in modo opportuno ad altri progetti, si potrebbe utilizzare il circuito per svariate applicazioni. Ad esempio si potrebbe usarlo come display nel mio periodimetro proposto su questa pagina web.

2)    Escludendo il PIC e collegandoci direttamente ai piedini 1, 3 e 5 dei NOT, è possibile pilotare il display dall’esterno, utilizzando ovviamente circuiterie opportune.

3)    Il compito svolto manualmente intervenendo sui dip-switch e sul pulsante P1, può essere svolto automaticamente da un altro microcontrollore esterno collegato opportunamente al loro posto, che si appoggi alle funzioni svolte dal nostro circuito.

Per finire una piccola curiosità che vi invito a verificare di persona. Prendendo un condensatore di valore compreso tra 50 e 100 nF e saldandolo in parallelo a C1, il clock rallenterà notevolmente fino al punto da vedere i digit accendersi alla velocità di uno al secondo circa. Con questo credo di aver detto tutto, e di aver invogliato qualcuno a fare una nuova esperienza con questi graziosi dispositivi del passato. Salutandovi auguro a tutti buon divertimento e se vorrete contattatemi pure per e-mail.

IT9DPX - #135  (Francesco M.)