适用于 Arduino UNO/MEGA 的 Nixie 管时钟扩展板 NCS314 – 兼容 IN-14/IN-12 型号
组件与物料清单
| 组件 | 数量 | 备注 |
|---|---|---|
| Nixie 管扩展板 IN-14 NCS314（适配 Arduino） | 1 | 用于 Nixie 管时钟等项目 |
| Nixie 管时钟扩展板 IN-12 NCS312（适配前苏联 Nixie 管） | 1 | |
| Arduino UNO | 1 | 扩展板支持 Arduino UNO/Genuino 或 Arduino MEGA |
| Arduino Mega 2560 | 1 | 扩展板支持 Arduino UNO/Genuino 或 Arduino MEGA |
| 12V 1A 电源适配器 | 1 | |
| NCS314 专用亚克力外壳 (ACNS314) | 1 | 完全兼容 NCS314 硬件版本 v1.X – 2.X |
所需软件与在线服务
- Arduino IDE
项目概述
本项目源于我们获得了大量优质的苏联产 Nixie 管（IN-12、IN-14、IN-18），初衷是制作一个简单的 Arduino 扩展板来驱动这些管子。起初我们对高压驱动一无所知，但在网上找到了驱动电路图后，成功点亮了管子，那一刻的惊喜让我们坚定了继续开发的信心。
显示模式选择：静态 vs 动态
项目早期讨论了动态扫描（分时点亮）与静态显示（全时点亮）两种方案。虽然 IN-14 管在视觉上差异不大，但 IN-18 管在动态模式下亮度不足，且会出现“蓝斑”现象。最终决定采用**全静态显示模式**，由移位寄存器直接锁存数据，MCU 发送完数据后即可去处理其他任务甚至进入睡眠，大大降低了系统负载。
核心硬件选型：高压移位寄存器
驱动 Nixie 管阴极（数字）需要耐高压（高达 200V）的移位寄存器。候选芯片包括 HV513、HV5812、HV5122。早期版本使用 HV5812（每片控制 2 根管子，20 位寄存器），后续版本（NCS314 V2.X、NCS312 V1.X）改用 HV5122。6 根管子需 3 片芯片级联，通过 SPI 一次性发送 60 位数据（补齐为 64 位），实现零刷新负担的静态显示。
SPI 数据传输技巧
Arduino SPI 每次仅能传 8 位，需传 64 位。代码采用 64 位无符号长整型变量，通过移位依次发送 8 字节：
SPI.transfer(var64);
SPI.transfer(var64 >> 48);
SPI.transfer(var64 >> 40);
SPI.transfer(var64 >> 32);
SPI.transfer(var64 >> 24);
SPI.transfer(var64 >> 16);
SPI.transfer(var64 >> 8);
SPI.transfer(iTmp);
已实现功能
- 基于移位寄存器的静态显示
- 防阴极中毒的“老虎机”动画
- 标准时钟功能：时、分、秒、日期、闹钟
- RTC 实时时钟（CR1220 电池备份），新版采用高精度 DS3231
- DS18B20 温度测量（℃/℉ 切换）
- 红外遥控（TSOP4836，仅 Mega 支持，38kHz 载波）
- GPS 对时（仅 Mega 支持）
- 简易菜单系统
- 双冒号（上/下点）独立控制
- RGB 背光平滑过渡
- RTTTL 格式闹铃铃声
- 自检功能（数字全扫描、LED 颜色测试、蜂鸣器测试）
未完全实现的功能
- 光敏传感器（自动调节亮度）
固件代码
完整代码托管于 GitHub：NixeTubesShieldNCS314
代码主要模块包括：
- SPI 驱动与高压电源控制（MAX1771）
- 按键消抖与多点击检测
- 菜单状态机（时间/日期/闹钟/12-24H 制设置）
- RTC 读写（DS1307/DS3231）
- RGB 呼吸灯效算法
- RTTTL 音乐解析与播放
- 闹钟触发与防重复逻辑
原理图与 PCB
项目提供了原理图（PNG）和 PCB 布局图（JPG/PNG），涵盖主板、高压模块、移位寄存器级联等细节。
制造工艺
- Arduino POV 时钟：自制视觉暂留 LED 显示器
- 基于 Web 控制的 DMX 灯光系统 – Arduino 主控制器
- DIY Arduino单词时钟 – 极简优雅的实时文字显示
- 自制 Arduino 伊斯兰祷告时间实时时钟
- DIY 蓝牙控制 Arduino 间谍小车
- 自制大尺寸LED主时钟带闹钟功能 — 12米外清晰可见
- 自制尼克西管时钟：Arduino 驱动，MDF 木制外壳
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- 无线Arduino编程盾：HC-05蓝牙模块实现免USB线烧录
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