このサイトは楠 昌浩が興味をもったことに対して広く浅くネタ集めしております。
IN-12 ニキシー管をマウントする基板は既に出来て手元にあるわけですが、マイコン側の基板のアートワークがやっと終りました。大きさはニキシー管をマウントする基板と同じ 200mm x 36mm の大きさです。20ピンのコネクタのところにロングタイプなヘッダーと、基板同士が接触しないようにスペーサーで間を空けてやれば基板重ねられます。
基板の左側に、ニキシー管のアノード側回路や K155ID1。中央部分に 5V – 180V DC/DC コンバータ。残りの部分にリアルタイムクロックモジュールとマイコンモジュールを入れました。とりあえず、必要最低限のものだけが入っているという状態です。
この基板とニキシー管の基板あわせてハンダ付け箇所 400 程度なのでそんなに時間かけずに作成可能かと思います。今後は AVR マイコンのプログラミングに移行してまいります。
上の回路のとおり、Strawberry Linux のマイコンボード Da Vinch with Arduino bootloader というやつと、秋月さんで買える RTC-8564NB のリアルタイムクロックモジュール。あとは、ニキシー管用の 180V DC/DC とアノード側、カソード側の回路です。ハンダ付けもざっくり400ヶ所くらいなので、工作規模的にも問題ないんじゃないでしょうか。
以前の回路から削除されたのは AquesTalk Pico とアンプ回路です。しゃべらすのは個別に追加して下さい。
ニキシー管の輝度調整に、CdS 追加するかもですがほぼ終りと言ったところです。ということで、これから基板のアートワークへ移行したいと思います。
朝からブレッドボード上のマイコンボードから K115ID1 へ行くポートや 74HC595 シフトレジスタへ行くポートなどを変更してワイヤも張り直ししました。ついでにリアルタイムクロックモジューの移動とバッテリバックアップ追加。AquesTalk Pico のチップも搭載してお喋りも出来るニキシー管8桁表示ユニットへと成長してまいりました。
ニキシー管8本ハンダ付けしたうちの右端一本が、型番違いでカンマ表示の無いものが混入。一旦在庫確認が必要ということになってしまいました。しくしく。目先の Todo はいきなりプログラミングのフェーズへ行く前に
あたりから整理していきたいと思います。
先日作ったユニバーサル基板に Arduino UNO を接続しました。これからダイナミック点灯の基本部分作製のためです。
今回の処理は、ATMEGA328P のタイマー割り込み2 を使用して定期的に割り込み発生させてカウンターをカウントアップ。そのカウンターを見ながら約 1ms 毎にニキシー管を点灯させるようプログラミング。
最初は表示する桁を切り替えるだけの単純な処理をコーディングしました。その結果ゴーストが発生します。 3 のゴーストや 7 のゴーストなどがわかりやすいですかね。このときのアノードの電圧はどうなっているのか測ってみたのが次のハードコピー
水色は、アノードのスイッチのパルス、黄色はニキシー管のアノード電圧です。ニキシー管表示中は一瞬 180V 程度かかって 150V 程度で安定しますが、次の桁の処理にいってもアノード電圧は 0V になりません。電荷たまっているのでゆっくり下っていくようです。
これを改善するために、表示する桁を切り替える処理にニキシー管のアノードを OFF にして消灯させるブランキングタイムというものを設けてみます。テストプログラムで試しに 1ms のうち 800μs 点灯させた後アノードを OFF にしてみました。
このブランキングタイムによって、ニキシー管消灯したときの電圧の降下が早くなり、一瞬ですが 0V に近いところまで下ります。ここまでくればゴーストはほぼ心配なくなるものと思われます。
写真ではわかりにくいですがゴーストの基本的な対応は出来ました。
とりあえずユニバーサル基板にアノードのドライブ回路と、74141 のデコーダーを載せるべく製作。先日仕上がった IN-12 ニキシー管マウント基板も接続して 74141互換IC と 74HC595 差す前の事前配線チェックまでやったところ。ユニバーサル基板の誤配線なく大丈夫でしたしプリント基板のほうも OK でした。
回路図の修正もはいっています。TLP627-4 のフォトカプラ買えないわけではないですがトランジスタのスイッチに置き換え。これに伴ない、74HC138 3to8 デコーダーが使えなくなるので 74HC238 に置き換えたいところですが、74HC238 が無かったので 74HC595 のシフトレジスタに変更しました。
ATMEGA328P は Arduino 互換にしました。開発時は Arduino UNO 使う予定。
MPSA92 のコレクタにニキシー管の電流制限抵抗をわざわざ付けていますが、本来でしたらニキシー管用 DC/DC の出力に電流制限抵抗1本入れておけば OK と思いますが、今回はこうしています。
ちょっと整理とかしてたりしてますといろいろ発見あるものです。今回は、写真のように金属板の色違いです。真空管なら、管の内側に塗られたゲッターで駄目とか判断出来たりするのもありますが、ニキシー管なのでなんでしょう？
横から見ても色違うということで材質違いと思われ。どちらも全く問題ないので良いのですが見た目揃ってるほうが当然いいです。ということで、 100個くらいしかないわずかな在庫を選別することになりました。
側面の製造年月見ても関連性ないし…
5月に一度描いたニキシー管のドライブ側回路図。回路図中央付近の TLP627 のフォトカプラ、日本橋の共立さんで1回路のやつが 105円でありますが 4回路の入りのが通販で出てません。他の通販サイトでも地味にお高い状況だったりしてます。ということでトランジスタに置き換えするかと。
とりあえず、NPN, PNP のトランジスタを組合せてスイッチを組んでみます。Q1 のベース電圧を上げて行って、Q2 が ON になることを確認です。理想トランジスタでのシミュレーションですが、 Q1 のベース電圧が 0.6V あたりで赤色の線(47kΩの電圧)が 0V から 180V に上がっているので大丈夫でしょう。47kは適当に決めたニキシー管の電流制限抵抗で、180V / 47k = 3.8mA 程度というやつですが、ダイナミック点灯の関係でここらへんはトライ＆トライで値が来まっていくものと思います。
ただし、この回路のままだと PNP の エミッタ – ベース電圧が高電圧になるので現実問題としては壊れそうです。
PNP のエミッタ – ベースの間に 10k 程度の抵抗入れてみます。470k / (470k + 10k) * 180V = 176.25V。 180V から引くと3.75V なので PNP の ON 出来そうです。
Q1, Q2 のトランジスタのコレクタ – エミッタ間はニキシー管ドライブ用の高電圧がかかりますのでトランジスタの型番は選ぶ必要がありますが、定番の MPSA42, MPSA92 の組合せでいこうかと思っています。MPSA42 は一袋あるけど、MPSA92 だけ無いと、これだけ通販するのもなんだかなぁ。
一応ちょっと確認しとこというやつです。上の回路は、2SC1815 とツェナーの組合せで点灯試験。下は TD62003(TD62083) のシンクドライバにツェナー付けての点灯試験。
2SC1815 で点灯させた状態。問題ありません。
TD62003 で点灯させてみた状態。いけます。
74141 の回路と同じと言えばそうなのですが 2SC1815 も TD62003(TD62083) も耐圧はどちらも 50V なので、74141と比較するとちょと低いですが。ニキシー管消灯時のツェナーにかかってる電圧はどちらの方式でも約13Vでした。この約 13V は、全部のセグメント消えてる場合で、隣接するセグメントが光ってる場合とかで電圧はバラバラになります。ちなみに K155ID1 の 数字 0 のセグメント出力端子(16ピン)にテスタあてて他のセグメント点灯させたときの端子にかかった電圧は下記のとおり。
LD8113 蛍光管キットを作ってるときに HV5812 というドライバの存在を知ったのですが、これが 20ビットのシフトレジスタ + ラッチ + 高電圧ドライバが 1 パッケージになっている便利な石なのですが今のところ MOUSER でオーダー出来そうというところまでしか確認出来てません。この時は買わずに 74HC595 のシフトレジスタ + TD62783 の組合せで LD8113 蛍光管のドライバ組んだ経緯がありました。実は 20ビットあるのは非常に魅力的でして、ニシキー管のカソード 0～9 の 10本分を 2個同時にドライブ出来るということなのです。
最終的には 74141(K155ID1) の在庫があるので、 74141(K155ID1) を使用した回路から設計を始めますが、上記 HV5812 を使用する案や Microchip MCP23017(MCP23S17) などの I/O エキスパンダや 74HC595 のシフトレジスタとシンクドライバの組合せでカソード制御する案もありかなというところ。8桁のダイナミック点灯でいきづまったときに 2個同時制御するなどの「そんなこともあろうかと」という予備案のネタ出しでした。
КM155ИД1(KM155ID1) を少しですけれど頒布出来そうなので準備中なのです。この IC は 74141 互換 К155ИД1(K155ID1) のプラスチックパッケージじゃなくてセラミックパッケージになっております。一般民生用途のものに比べて動作保証温度範囲が広いなどインダストリアル仕様なものになっています。上の写真でいうと手前が一般的な K155ID1 で奥が KM155ID1 です。
これらの部品にかぎらずニシキー管も製造されてからの年数の経過は年ではなく10年単位になります。従いまして、IC の不良や、ニキシー管の不良品を送付してしまうことは後々面倒なので事前チェックのためのテスターを作成しました。左はニキシー管はじめたときに買ったキットの DC/DC です。これのテストを行なうときは 150V にしてテストをします。ちなみに IN-9 のネオン管の出荷前確認にもこの電源を流用していまして、そのときは 120V にあわせてます。
テストは基板上のゼロプレッシャーソケットに IC を差して、右上のニキシー管ソケットに IN-12B ニキシー管差して、電源投入。基板左下のスイッチをドライバで回すと 0 ～ 9 まで表示されるのと、タクトスイッチ押すとカンマ点灯しますので、確認出来たら IC もニキシー管も大丈夫という次第
前回の記事で大雑把な形を決めたあと、
などの修正をしましてガーバー出力しまして発注しました。制御基板に着手せんといけませんね。