아두이노 우노/메가용 닉시관 클록 실드 NCS314 – IN-14/IN-12 호환

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프로젝트 개요

우수한 품질의 소련산 닉시관 IN-12, IN-14, IN-18을 거의 무제한으로 구할 수 있게 되었을 때, 아두이노용 닉시관 디스플레이 실드를 만드는 간단한 프로젝트로 시작했습니다. 당시에는 아두이노 보드를 이미 보유하고 있었고, 닉시관 제어 방법에 대해서는 전혀 몰랐습니다.

초기 실험

인터넷에서 닉시관 구동 회로도를 찾아 테스트한 결과, 관이 아름답게 빛나는 것을 확인했습니다. 이는 작은 기적처럼 느껴졌고, 올바른 길임을 확신했습니다.

구동 방식 결정: 동적 vs 정적 디스플레이

비용 절감을 위해 동적 디스플레이(한 번에 한 개씩 점등) 방식을 고려했으나, IN-18 관에서 '블루 스팟' 현상(낮은 밝기, 푸른 반점)이 발생하여 정적 디스플레이 방식(모든 관 동시 점등)으로 변경했습니다. IN-14에서는 시각적 차이가 거의 없지만, IN-18에서는 정적 방식이 훨씬 선명합니다.

하드웨어 선택: 시프트 레지스터 HV5812

캐소드(숫자) 제어를 위해 SPI 인터페이스의 시프트 레지스터를 선택했습니다. 고전압(최대 200V) 구동이 필요하므로 HV513, HV5812, HV5122 중 HV5812를 채택했습니다(신형 NCS314 V2.X 및 NCS312 V1.X에서는 HV5122 사용). 이 칩은 20비트 레지스터로 두 개의 관을 동시에 제어할 수 있어 편리합니다.

6개 관 제어를 위해 3개의 칩을 직렬 연결하고, 한 번의 SPI 전송으로 모든 관 데이터를 갱신합니다. 이렇게 하면 MCU가 디스플레이 갱신에 신경 쓰지 않고 다른 작업(심지어 슬립 모드)도 수행할 수 있습니다.

SPI 데이터 전송 기법

아두이노 SPI는 한 번에 8비트만 전송 가능하지만, 6개 관 × 10비트 = 60비트가 필요합니다. 8의 배수인 64비트로 맞춰 64비트 변수를 구성하고, 8번의 SPI.transfer()로 8비트씩 전송하며 시프트 연산으로 비트를 이동시킵니다.

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);

구현된 주요 기능

• 시프트 레지스터 기반 정적 디스플레이
• 슬롯 머신 모드(닉시관 포이즈닝 방지)
• 시계, 날짜, 알람 등 표준 클록 기능
• CR1220 배터리 백업 RTC (V1.2~2.X 보드에서는 고정밀 DS3231 사용)
• DS18B20 온도 측정 (섭씨/화씨)
• TSOP4836 IR 리모컨 제어 (메가 전용, 36kHz 리모컨 호환)
• 외부 GPS 시간 동기화 (메가 전용)
• 간편 메뉴 시스템
• 콜론(상/하 점) 개별 제어
• 부드러운 색상 전환의 RGB 백라이트
• RTTTL 알람 멜로디 지원
• 자가 진단 테스트 (전체 숫자/LED/사운드 체크)

미구현 기능

• 조도 센서

소스 코드

전체 펌웨어 코드는 GitHub 저장소에서 확인할 수 있습니다. 주요 라이브러리: SPI, Wire, ClickButton, Time, Tone, EEPROM. 시프트 레지스터 제어, 메뉴 시스템, 알람, RGB 효과, RTTTL 재생, RTC 통신 등이 구현되어 있습니다.

GitHub: NixeTubesShieldNCS314

회로도

보드 레이아웃 및 회로도 이미지 제공 (NCS314 실드 회로도, 부품 배치도 등)