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。
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。
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。
先日、IN-12 ニシキー管のマウント基板のガーバーデータ出来たというのをつぶやきました。その後、基板屋さんにオーダー出したものが届いた次第。ということで、早速基板に IN-12 を差してみたところが上の写真です。これを真っ直ぐにハンダ付けするのは慎重にやらんといけません。一般に頒布して良いものかちょっと心配になってくる。
とりあえず、スルーホールのランドの大きさも大きめにしておいて正解。最初は私の動作確認用ニシキー管8個を数少ない在庫から拾うとしましょう。しかしながら8桁もありますとアプリケーションどうしたものか悩みますなぁ。
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。
ロシア製ニシキー管 IN-12B を使用した 8桁表示ユニットのニキシー管を載せる基板のアートワークがほぼ終りました。基板の大きさは横200mm高さ40mmで、20ピンのコネクタ1個で接続するようにしました。内訳は、ニキシー管のアノード8本分と、0～9のセグメントとカンマで11本、合計19本です。
KiCad で作ったパターンを紙に印刷し、そこにニキシー管を数本刺してみます。ニシキー管の形状ライブラリなんてありませんから新規作製しているわけですが、ピンの位置などがズレてるとえらい目にあいます故大丈夫かどうか確認は必須であります。
確認の結果大丈夫と思います。ニシキー管の間隔を1mmづつ詰めた修正をしてから基板の発注したいと思います。
このニキシー管を使用して表示ユニットを作ろうかなと思っているのですが、手持ちは IN-12B というやつです。IN-12A というのもありますが違いはカンマ表示があるか無いかです。上の写真の左下にカンマの形した金属板入っているのがわかります。
ニキシー管の数字 0 ～ 9 を点灯させるのはアノード側に電流制限抵抗入れといて、カソード側を制御してやれば表示出来ます。このカンマは表示の面積はかなり小さいため、電流も減らさないといけないようです。
ということで、140V の電源を用意しまして、アノード側 10k、カソード側 47k と 100k 入れてみて点灯確認。
データシートでコンマの桁は 150V DC なら 0.3～0.7mA ,AC は0.15～0.2mA となっております。カソード側に抵抗追加でいいようです。ダイナミック点灯するので、今回の抵抗値は参考までというところですが確認にはなりました。にしても「カンマ」には見えないなぁ