Circuits utilisant des afficheurs : compteurs et pendules


Dans cet article, vous trouverez des schémas, des infos, des photos, concernant des circuits de comptage ou d'affichage de différentes technologies.
Il y a un peu de tout : des Nixie, des Numitron, des Dekatron, des matrices de DEL, des disques stroboscopiques ... Tous ces circuits ont été construits bien souvent juste pour le fun, pour voir ce que ça donnait : des compteurs, des pendules par exemple.
Bonne lecture !

Compteur à Nixie
Compteur à Numitron
Compteur à VFD 16 segments
Compteur à Dekatron
Compteur à VFD 7 segments monotube
Pendule utilisant des néons russes IN-13
Pendule utilisant des Dekatron russes OG-4
Pendule à mots
Pendule vibrante
Pendule à disque dur, à caractères fixes
Pendule à disque de Nipkow
Pendule à mots à disque de Nipkow
Pendule à CD ou DVD
Pendule radio-pilotée à Nixie et châssis Philips 830A
Pendule à ruban de papier
Pendule géante
Pendule avec un mégawattmètre de tableau



1. Compteur à Nixie

Les Nixie sont des modèles russes ...


Ce compteur est un 4 digits :








Voici la première version du circuit (l'alim HT était faite avec un transfo élévateur) :



Le circuit afficheurs est amovible :


ce qui permet d'utiliser plusieurs sortes de Nixie :


voici la dernière version, utilisant une alim à découpage pour la haute tension :



Vous pouvez télécharger le schéma ici

et voir une vidéo de deux compteurs

Ce circuit compteur est universel. Selon le logiciel et la carte d'interface ajoutée, on peut le transformer par exemple en fréquencemètre :





2. Compteur à Numitron

Les Numitron sont en fait des afficheurs 7 segments formés de filaments dans une ampoule. C'est comme si on avait 7 lampes à incandescence dans le même tube.
La commande est identique à des afficheurs à LED, sauf que la tension est de 5V, et qu'on peut la diminuer afin de régler la luminosité.
De plus, la lumière produite est quasi blanche, il suffit alors d'un filtre devant pour faire la couleur de son choix.


Pour ce compteur, j'ai fait des petits modules, par digit :


La carte mère a été faire sur circuit pastillé; remarquez la simplicité !



Vous pouvez télécharger le schéma ici

et voir une vidéo



3. Compteur à VFD 16 sements

Ces afficheurs sont des afficheurs fluorescents qui comportent 16 segments et deux points décimaux, permettant d'afficher en plus des chiffres, toutes les lettres.
Ce compteur comporte 8 digits; les VFD sont installés sur une carte fille :




Un circuit imprimé a été fait pour le circuit de commande; ce compteur est sauvegardé : en cas de coupure secteur, le compte est mémorisé dans la mémoire flash du PIC :


Les caractères ont une allure sympa :


Vu le nombres d'électrodes des afficheurs, tout est multiplexé pour gagner des fils; voici le principe :


Vous pouvez télécharger le schéma ici

et voir une vidéo



4. Compteur à Dekatron

Les Dekatron sont des tubes rempli de néon, comportant trente électrodes reliées 10 par 10 à 3 électrodes principales, sauf une, totalement isolée.
Une seule électrode s'illumine à la fois, mais en envoyant des impulsions sur les commandes, on peut faire sauter cette illumination d'électrode en électrode.
Un pas fait avancer le spot de 3 électrodes. Il faut donc 10 pas pour faire un tour. L'électrode isolée est le "0", permettant :
- de savoir si le Dekatron est à 0 ou pas
- d'envoyer une impulsion-retenue au Dekatron suivant.

J'ai fait deux compteurs :
- un géré par PIC, les Dekatron n'étant que des afficheurs
- un auto géré, les Dekatron étant alors compteurs par 10.

Voici le premier compteur à 4 digits :



Vous pouvez télécharger le schéma ici et voir une vidéo

Le second compteur est à lampes, comme les antiques compteurs à Dekatron. Un digit est formé d'un module-décade dont voici le schéma et les signaux :


L'entrée est C, sa sensibilité est de 4V. La sortie-retenue est Z, d'amplitude 4V. Autrement dit, les décades sont cascadables.

Ce compteur comporte 5 décades et est synchronisé par le secteur; le premier Dekatron fait un tour en 1/10 seconde, le second en 1 seconde; voici ces deux modules :


Si on veut raccourcir le compte, par exemple pour compter de 0 à 5 si on veut faire une horloge en minutes, secondes, il faut un module diviseur, formé d'un monostable qui autorise, lors d'une commande à mulitplier cette commande, afin de positionner le spot après le zéro; voici ce module :


Ce module est associé à la décade qu'on veut raccourcir :
- L'entrée Z provient de la sortie retenue de la décade
- la sortie S est reliée à l'entrée directe de la décade, afin d'ajouter des impulsions
- l'entrée B recueille une horloge à 100Hz, base de temps des impulsions supplémentaires.

Voici une vidéo de ce compteur (sans décade raccourcie)



5. Compteur VFD 7 segments monotube

Ce tube comporte 8 digits 7 segments ! C'est dire que le câblage est simplifié. Voici le principe du mulitplexage :


Ce VFD triode fonctionne sur ce principe :


Le compteur fabriqué est réduit à sa plus simple expression :


le câblage a été fait en volant sur du pastillé :


Un micro-switch permet de passer de l'affichage d'un compteur de secondes à une horloge. Voici l'affichage compteur :


et l'affichage horloge :


(les points clignotent à la seconde et séparent les jours, heures, minutes, secondes); voici le détail des connexions du tube :


Voici une vidéo du compteur de secondes,
et une vidéo de l'horloge.

L'affichage bleu a été filtré par un filtre rouge, produisant cette couleur violette.



6. Pendule utilisant des néons russes IN-13

Ces néons présentent un trait lumineux proprotionnel au courant qui les traverse, ce qui fait qu'on peut les utiliser pour faire un indicateur d'accord comme pour le poste SABA type 521WL, mais on peut aussi les utiliser pour réaliser cette pendule :


Elle comporte 2 tubes pour les heures, 2 autres pour les minutes et un néon central clignote au rythme des secondes.
Le cadran a été étudié pour utiliser toute la longueur des tubes, y compris celui des dizaines d'heures et celui des dizaines de minutes :


J'ai câblé le circuit en volant :


Notez qu'un PIC 16F84 suffit amplement !
Voici le schéma :


Le principe de commande des tubes est simple : le PIC génère 4 signaux numériques en MLI, dont le rapport cyclique est proportionnel au digit. Ces signaux intégrés sont convertis en courant qui traverse chaque tube néon. Le trait lumineux est alors quasiment proportionnel au digit.
Notez qu'il faut décaler l'alimentation du PIC afin de compenser le VBE des transistors, sans cette précaution, le "1" des minutes ne ferait pas décoller le trait lumineux et serait confondu avec le "0".
Les résistances ajustables permettent de régler la longueur maximale de chacun des trait lumineux. Pour cela, il suffit de mettre à l'heure qui va bien : d'abord 09:59 ou 19:59 pour régler les 3 néons de droite, puis n'importe quelle heure supérieure ou égale à 20:00 pour régler le néon de gauche.
Deux boutons-poussoirs permettent de mettre à l'heure la pendule
En cas de panne secteur, l'heure est perdue; au redémarrage, l'heure est initialisée à "12:00"

Les personnes intéressées par la construction de cette pendule peuvent me contacter pour obtenir le fichier HEXA de programmation.



7. Pendule utilisant des Dekatron russes OG-4

Voici une pendule à Dekatron, sur le même principe que le compteur déjà réalisé :



Les 2 Dekatron du haut affichent les heures : celui de gauche a un cycle de 4 positions, celui de droite 6 positions, faisant donc bien un cycle de 24 heures en tout.
Les 2 Dekatron du milieu affichent les minutes : celui de gauche a un cycle de 6 positions, celui de droite a son cycle normal de 10, faisant bien 60 minutes en tout.
Enfin, le Dekatron du bas affiche les secondes par pas de 3 secondes. On arrive à afficher 20 positions en commandant les guides par demi-pas (un peu comme les moteurs pas à pas)

Voici le schéma de cette pendule :


Chacun des Dekatron est commandé par 2 transistors HT :


Le PIC est un 16F876 car on a besoin de 15 E/S en plus des BP de mise à l'heure et de la synchro :


Enfin, l'alimentation est directe sur le secteur :


Un doubleur de tension est nécessaire pour obtenir le 330V des anodes des Dekatron (avec un redressement normal, en charge, on obtient moins de 300V et parfois les Dekatron "patinent" !). Vu les faibles consommations, on peut abaisser les tensions de guides à 90V et la tension du PIC à 5V avec des résistances de puissance tout à fait raisonnable.

Encore une fois, j'ai câblé tout ça en volant, le circuit du PIC est même installé sur une feuille de carton :


L'ensemble est formé de 4 plaquettes entretoisées. Le cadran a été imprimé et plastifié à partir de ce plan :


Le fichier HEXA de programmation du PIC est disponible sur demande.



8. Pendule "à mots"

Aout 2012 :
Version initiale

C'est Fred qui m'a présenté cette idée qui m'a plu tout de suite ! Lui-même est en train d'en construire une belle, propre, alors que la mienne est juste une maquette ...
Voici l'idée : une série de mots est inscrite sur un panneau lumineux. Suivant l'heure, plusieurs mots sont rétro-éclairés, donc visibles et une phrase se forme :"IL EST TROIS HEURES MOINS CINQ" par exemple.
Voici ce que ça donne :


Techniquement parlant, ce n'est pas très compliqué si on utilise un micro-contrôleur. Voici le schéma :


On voit un PIC 16F84 qui commande un registre à décalage 24 bits, un bit pour un mot. Suivant la longueur du mot, il y a un nombre différent de LEDs afin de conserver une densité lumineuse constante.
Les LEDs sont des rouges haute luminosité (2300 mcd). Deux boutons permettent la mise à l'heure, et la pendule est synchrone du secteur assurant une bonne stabilité.
Vous pouvez télécharger le schéma en PDF : ICI

Voici quelques détails de fabrication de cette maquette. J'insiste sur l'aspect "maquette" ! Une version plus industrielle serait certainement plus belle ...

le panneau est une boite en médium de 10, percée de 98 trous au bons endroits



Des cloisons en carton fort ménagent les 24 compartiments



Les 98 LEDs soudées et collées, avec leur résistance de réglage du courant de chaque branche à 15 mA



Le raccordement à la carte supportant les 3 registres 74LS164 et les 3 réseaux de transistors ULN2804




Notez la présence d'un connecteur ce qui facilite la mise au point



La carte micro : toute petite ...



Raccordements du panneau, de la carte micro et de l'alimentation



La feuille d'adhésif imprimable avec tous les mots
version PDF de cette feuille


Un verre dépoli de 29 x 15 cm diffuse la lumière émise par les LED. Il est interposé entre la feuille imprimé et le boitier



A une heure, le "S" des heures est éteint !





L'affichage ne change que toutes les 5 minutes ...



maj Avril 2016 :
modification de cette pendule pour ajouter 4 LED qui indiquent le nombre de minutes (de 0 à 4 donc)


Une seule led d'allumée, donc "il est 6:01"

Du côté soft, il suffit de prévoir les 4 commandes en plus, ce qui porte à 28 les sorties nécessaires au registre à décalage.
La mise à l'heure des minutes agit maintenant sur les led aussi, on peut donc régler la pendule à la minute près (et ne pas être obligé d'atteindre un multiple de 5 minutes comme sur la version de base)
Côté hard, j'ai du ajouter une petite carte fille comportant un registre 164 et un ULN :


Les leds sont coudées 2 fois pour être visibles de l'avant de la pendule

Voici le schéma modifié (cliquez pour l'agrandir) :


Et vous pouvez télécharger le PDF ICI



9. Pendule vibrante

Cette pendule joue sur la persistance rétinienne, on n'est pas loin de la télévision !
Le principe est simple : un balancier porte des LED et oscille. Les LED sont allumées aux bons moments par rapport à une position de référence, ce qui forme une image de points :


L'oscillation est entretenue par un électro-aimant agissant sur un aimant solidaire du balancier. La fréquence est de l'ordre de 5Hz. L'effet est tout de même clignotant, la fréquence étant trop faible pour que le cerveau intègre les informations lumineuses, mais l'heure est bien visible.

Voici le schéma :


Le micro-contrôleur est un PIC 12F509. Ce PIC est tout petit : il est en boitier DIL8 et ne comporte que 5 E/S, ce qui est suffisant pour cette application, à condition de n'avoir qu'un seul bouton-poussoir pour le réglage de l'heure.
Les LEDs sont des rouges haute luminosité (2300 mcd) si on veut que la pendule se voit de loin, mais on peut utiliser des normales et même des 3mm si on veut des caractères moins hauts.
Vous pouvez télécharger le schéma en PDF : ICI

Et voici quelques détails de fabrication ...

le bâti est formé de 2 planches de medium de 18 assemblées en équerre; un contre-poids de 4kg évite que l'ensemble entre en vibration


La planche verticale supporte un mini-étau qui serre une lame de scie à métaux, c'est le balancier. La position de la bobine d'entretien est importante. Notez les dimensions réduites de la carte de commande


La carte de commande. Le PIC est le composant le plus petit !


L'alimentation est minimale. Elle est située à l'arrière, au-dessus du contre-poids

Et voici quelques photos de l'affichage :