Numitronklockan Stella

[Quanton]

Tjenare
Har kommit så pass långt på mitt evighetsprojekt att jag nu stolt kan presentera bilder på kretsschema samt kortlayout! Kortet mäter just nu 100x50mm vilket gör att man utan problem kan klämma in tre st på ett europakort. Det har varit lockande att krympa kortet en cm på höjden, men det är trångt nog som det är. Klarar iaf 10/10 mil clearences med dessa dimensioner.





Ni kanske undrar lite om funktionen? Tanken är att det ska bli en väckarklocka, fast med en liten twist! Tiden ska nämligen visas med ryska numitronrör kallade IV-16. I dessa finns det glödtrådar arrangerade som klassiska sjusegment, fast jag må säga att det ser betydligt trevligare ut när det glöder än när elektroner hoppar över bandgap... Allting kontrolleras av en sedvanlig atmega88 som asynkront låter en räknare klockas av en 32kHz kristall. Tanken är att all input från användaren ska ske från en rotationsencoder med tryckfunktion.



Varför denna tråd?
Eftersom det här är mitt första projekt som faktiskt ser ut att kunna realiseras så vill jag hemskt gärna få lite återkoppling på hur ritningen och layouten ser ut innan jag börjar spendera pengar på korttillverkning och komponenter. Har redan nu alldeles för mkt komponenter till designer som blev obsoleta..

Vänligen
Quanton

[Illuwatar]

Coola rör - kan bli snyggt detta.

Däremot skulle jag inte vilja få din PCB-layout till trång. Det finns hur mycket plats som helst att tillgå, speciellt då du kör på båda sidor. Denna centimeter skulle kunna lätt skalas av med det du har. Alternativt så gör routingen luftigare (mer space mellan ledarna) och behåll kortets storlek. När din layout ser ut så här kan vi börja snacka om trångt... Du bör dessutom lägga ett jordplan i lämpligt lager.

[limpan4all]

Det kommer nog att funka bra.
Men i ditt fall skulle jag nog gå på hålmonterade dioder och placera dom med varierande benlängd.
Då får du i princip inga viahål alls.
Sen så struntar ju både ULN kretsen och CPU´n vilka pinnar som används till vad, detta gör att du kan få en skitsnygg layout om du sorterar om pinnarna lite.
Varför skall du köra 1/4 multiplexat?
Varför inte tagga upp dig till en MEGA128 och köra helstatiskt, då slipper du ju dioderna dessutom?
Du kan ju även fundera på att skippa ULN kretsen helt och hållet, MEGA kretsarna driver ju upp till 40mA per pinne men bara 160mA per port.
Fundera på om du skall använda 10 pinnars ISP, 6 pinnars är ju numera standard på AVRISP.
Nej, den är inte särskilt trång, man ser ju mönsterkortet...
Men det är ju inte riktigt rättvist av mig, jag har ju layoutat i mer än 20 år...
Som förstlingsverk så ser det ju rätt trångt ut, snyggt jobb.

Men kan ju inte låta bli att även jag visa något från AVR familjen.
Så här så ett labbtestkort ut som jag gjorde för fyra år sen, 75*75mm.
8/8 teknologi med 0,5/1,0 via. Ett kort byggt, jag handlödde det, funkade nästan, tre st patchar bara.



ATMEGA128, ISP med 4053, 32k SRAM, CAN kontroller+driver, Ethernet med RTL8019AS och RJ45 med trafo och en oktal UART samt allt ledigt till teststift.
Visserligen inga RS232 kretsar eller lokal spänningsreglering men det vart ganska trångt på bara två lager (och - ja, det ligger GND-jordplan men jag har valt att inte ta med dom på bilden).

[Quanton]

limpan4all: Tanken med designen är att den i ngn mening ska vara minimal och billig. Alla komponenter ska vara tillgängliga och helst ska man kunna etsa kortet i en hemmasnickarmiljö. Jag tror att en atmega128 hade varit overkill i en sån här applikation och den är ju betydligt dyrare. Visst skulle man kunna få till en snyggare tråddragning med hålmonterade dioder, men jag ser inte riktigt vitsen att byta 12 vior mot 56 komponenthål. Tanken har slagit mig att strunta i ULN-drivkretsen, men det känns lite farligt med tanke på att det är glödtrådar som ska drivas, även om segmenten drar <20mA tända så kan de ju dra avsevärt mer i startögonblicket.

Här kommer min senaste revision, lyckades skära bort 10cm^2 så att kortet nu mäter 100x40 mm. Är inte riktigt nöjd med att jordplanet täcker aningen dåligt på kortets vänstra sida, men jag tror nog att det ska räcka till. Alla kraftmatande ledningar är 15mil breda.



/Quanton

[Gorgus]

Går det inte att vrida medurs på kondingen (eller vad det är) högst upp till vänster? Då borde jordplanet "komma runt"?

Fast det kanske ser dumt ut på nåt sätt, vad vet jag.

[blueint]

ATMEGA128, ISP med 4053, 32k SRAM, CAN kontroller+driver, Ethernet med RTL8019AS och RJ45 med trafo och en oktal UART samt allt ledigt till teststift.

Vilket program använde du för att få fram 3D bilden?

[limpan4all]

Standard i svenska Cadint PCB "View - 3DView of PCB".

[Quanton]

Gorgus: Det är ett piezo-element och det blev betydligt bättre när jag vred på det!

Dock så lyckas planet inte riktigt smita runt programmeringskontakten som sitter väldigt nära vänstra kortkanten. Detta beror väl i huvudsak på att DRC-testet från Olimex specar minsta avstånd från koppar till kortkant till 40 mil. Jag vet att man inte ska dra kraftplan ända ut till kanterna på grund av risken att de kan kortslutas mot varandra eller mot eventuellt metallhölje, men hur nära går man enligt rådande praxis? Egentligen så är det ju ingen fara i min applikation eftersom jag veta att inga andra signaler är i närheten av kanten men det vore ändå intressant att veta.

Det är en annan sak jag funderat på; om man buntar ihop flera kort till en större panel, hur mkt yta kan man räkna med att det försvinner i sjäva snittet?

/Quanton

[limpan4all]

40 mil eller 1mm är standard och väldigt "lagom" avstånd mellan koppar och kortkant. Om det krisar så kan man ju dra närmare men då måste man själv säkerställa att inga kopparrester finns som kortsluter.
Olimex scorar väl sina kort så dina 40mm höga kort kan steppas 4st per eeur panel. Om dom därimot frifräses, så fräser man oftast med 2,4mm fräs eller med 2,00mm men det brukar kosta extra.

[Marta]

Är Du medveten om att en kall IV-16 bara har c:a 25 ohm per segment?

Din valda trissa har 800mA som absolute maximum ratings och det kommer Du att överskrida i pulserna när trådarna är kalla.

Vad är förresten JP2 till för? Är det ljusstyrkeval så skippa denna och lös det med att variera pulsbredden istället.

[kimmen]

Det skulle vara coolt att PWM:a så att siffrorna fade-as över istället för att slå om tvärt. Funderat på det? Förresten, kommer rören lysa nog när du multiplexar dem? Det blir ju bara en fjärdedel av tiden max som varje rör kan få ström. Känns dock lite farligt att höja spänningen för att kompensera då rören skulle kunna paja om programmet råkar vara lite fel och multiplexingen stannar av.

[Marta]

Spänningen räcker för att man skall se dem glöda, men det blir en gulröd glöd som inte är så kraftig. Dioderna och darlingtondrivern bränner en del spänning. Skulle vara bättre med diskreta trissor som kan drivas bottnade och kanske shottkydioder också.

Bästa sättet att driva numitroner är omuxat. Då går det också att lägga till motstånd som förvärmer glödtrådarna, samt begränsar strömmen vid tillslag. Detta minskar påfrestningn på rören och ger dessutom lite av en en fadingeffekt i hårdvara. Ljuset tonas inte som på en LED, utan glöden växer ut från mitten av glödtråden och försvinner på omvänt sätt.

Med IV-16 så har man råd att höja spänninen när programmet är testat och klart. Det är annat med t.ex. DA2000 eller IV-13... Då finns det inget alternativ till varsammast möjliga direktdrivning och mycket måttlig ljusstyrka.

[limpan4all]

Marta har en poäng i sin analys,
Jag tror inte heller att det kommer att funka.
Byt ut ULN kretsen mot en TPIC6273 för varje kanal (4st) och en P-kanal Mosfet typ IRF7204 för Common drivningen, Mostfetens Gate kan du driva direkt från CPU´ns I/O pinnar.
Du behöver inte ha två CPU pinnar till din summer koppla den ena till GND så får du en ledig, sedan kan du återvinna alla ISP pinnarna som clockpinnar till TPIC6273 (www.ti.com), den lediga I/O pinnen kopplar du till CLR- ingången på TPIC6273 MEN du skall lägga en pull-down på ca 1k till GND så att displayerna inte tänder upp innan ditt program är igång.
Jag såg på ditt schema att RESET- inte har någon kondensator till GND det bör den ha 100nF minimum.

[Marta]

Det enklaste sättet att göra en numitronklocka tycker jag är att använda shiftregister som utgång.

Alla dioderna försvinner och det behövs bara en mosfet eller emitterföljare som segmentdrivning. Då slipperman också e tjock packe med linjer så kortet bör hålla formatet.

Sedan är det bara att applicera lagom spänning, alternativt PWM med en stadig trissa, på den gemensamma anslutningen för rören.

Angående summern så är det vettigt att använda två pinnar, det dubblar ju den tillgängliga spänningen. 5V låter oftast lite svagt, 10V är märkbart bättre.

Kan inte låta bli att ocksåfrånråda 32kHz-kristallen. Kör systemklockan på kristall och dela ned i mjukvara! Det är f*n så mycket bättre att justera med tryckknappar i kända steg än att vrida trimkonding.

[Quanton]

Marta: Jag hade inte tänkt tillräckligt mkt på att även common-trissorna skulle kunna ta så mkt stryk av strömrusning vid tändning. Man borde kunna lösa problemet relativt enkelt genom att sätta ett motstånd i serie med varje trissa, men då får man ju så klart olika intensitet för olika symboler. Dina andra synpunkter är dock så intressanta att jag skissar på helt andra lösningar nu. Inte minst för att minska antalet komponenter att löda dit. Även om Stella förmodligen aldrig kommer tillverkas i volym så är det intressant att försöka hålla allt så nätt och billigt som möjligt utan att ge avkall på prestanda. Steve Wozniak skrev intressant om det i sin biografi btw. Hur kan man koppla motstånd som förvärmer trådarna på bästa sätt? Ett motstånd per segment ger ju samma routningsproblem som tidigare.

Att låta en mosfet pulsa fram ljusintensiteten låter som en mkt bra idé, då kan man även tänka sig att man kopplar in en ljussenor så att man kan styra intensiteten dynamiskt. Jag som trodde att designen var klar redan i söndags, men här återstår uppenbarligen en hel del rolig tankemöda. Det är verkligen sån här respons som gör det här forumet guld värt.

/Quanton