VFD_IV-18_CLOCK 開発日誌(1)

 VFD LD8035Eを使用した時計の基板をFusionPCBへ発注しましたので、届くまでの間でVFD IV-18を使った時計の基板設計をしました。

こちらは、基本はVFD LD8035E_CLOCKと同じで、HV5812ドライバとの接続部分をIV-18用に修正しただけの物となります。

その他、PCBレイアウトを検討する上でスイッチの接続の並びを逆にしています。

IV-18は、セグメント８つが横にならんだレイアウトとなっていますので、それを考慮してL字型コネクタで上に立てる形でPCBレイアウトを作っています。

参考にしたのは、adafruitで販売しているIce Tube Clock Kitです。　こちらのキットを数年前に購入して所有しているのですが、今回VFD IV-18を入手する事ができましたので設計に挑戦してみました。

つめが甘いかなと思いつつ、PCBレイアウトを作ってFusionPCBへ基板の発注を行いました。　今回は試作などは全くしていないので、届いた基板で動作チェックとソフトウェアの修正を行う事になります。　VFD IV-18を取り付ける部分は下記のように横向き上向きの2種類を作成しています。　また今回初めてミシン目を使った面付をこちらの記事を参考に行っています。

以下はFusionPCBのガーバービューアーの画面です。

20210323(+12.0h)

電卓自作キットTENTAKU を作ってみた。

 VFD 時計の方が、ちょっとなかだるみ状態なので、目先を変えてテンキー型　電卓自作キット　”TENTAKU”（てんたく）を作ってみました。

出来上がりの写真

パソコン用のキーボード自作が流行っていたりして、キーボードパーツの専門店(遊舎工房)などもあるらしいのだが、それらの自作キーボードに使われるCherryMX互換のキースイッチを使った電卓自作キットです。　なおキットには「キースイッチは付いていない」ので注意が必要です。

つまり自分で好きなキーを付ける事が出来るのがセールスポイント。　　上の自分が作ったTENTAKUの写真は撮るのがヘタで写りがよくないが、、とてもカッコイイです。　使いカッテも、、、まぁそれなりですが、ちょっとクセがありますが、、普通に使用できます。　

この自作キットは、主な部品はハンダ付けされており、キースイッチのハンダ付けは必要ですが組み立てしやすいです。　またアクリルの保護板を付けるのですが、レーザーカッターでカットされたものなので、その切り口がちょっと鋭いので気を付ける必要があるかもしれません。

このキットを作るための一番のハードルが「キースイッチを調達する事」なのではないかと思います。　色々調べた結果アマゾンでもキーキャップセットやキースイッチが売っていることが分かりましたが、しかし残念ながらテンキー部分のみというのが見つからず、個別に買うのも意外と高くついてしまいそうでした。　

そこで自分はアマゾンのe元素ストアで扱っている、キースイッチが交換可能で目的のテンキー形状がのっかっているキーボードを購入する事にしました。　しかしキースイッチがキーボードにハンダ付けされていたら、、、とドキドキしながら商品の到着をまちました。

購入したキーボードは表側から引っこ抜く事が可能でしたが、外すときに引っかかりを外すのにちょっとコツが必要な感じでした。

この電卓自作キット￥５,５００とチョットお高く、またキースイッチを自分で揃えなければならない（＋￥５，０００？ぐらい）などちょっとハードルが高いかもしれませんが、楽しくてカッコイイ電卓が手に入ったので、ヨシとします。

必要なテンキー以外のキーボードの残り（＾＾；）。

20210313

VFD_LD8035E_CLOCK 開発日誌(15) 目標の基板外形の大きさは 10cm×5cm。

 とりあえず、基板外形の大きさは、 10cm×5cmにしました。

まぁまぁ収まりそうな気配です。

一旦ばらして、VFD管、スイッチ、CPU、ドライバなどの大まかな配置をきめます。　また昇圧回路やリセット回路など、部分ごとの部品をそれぞれ集めます。

アアデモナイコウデモナイと悩みながら、一応の部品配置を完了しました。

スペースが足らなかったので電源ターミナルは削除しました。　また220uFのコンデンサの大きさを8mmから12.5mmに変更しました。　耐圧50V のコンデンサを使うためです。

VFD LD8035Eのフットプリントは、実寸をノギスで計って作っていましたが、このフットプリントだとピンの間に配線が通せません。　フットプリントの外側に配線を回すことも考えましたが、基板の大きさの制約で外側に配線するのは難しそうなので、ピン間を広げたフットプリントを作成することにしました。

最初に作成したフットプリント

ピン間隔を空けたフットプリント。

何種類か試して、ピン間に0.3mm幅の配線を通せるフットプリントに修正しました。

20210307(+4.0h)

つづいて部品配置とマイコンの接続ピンの見直しをして、配線しやすいように検討しました。

以前の回路図

部品配置・接続ピンを見直した回路図

最終的に出来上がったPCBは下記のとおりです。

表面のシルク

表面配線パターン

裏面配線パターン

全体の状態(ベタパターンは非表示)

ネットリストで、電源元から各配線の線の太さを段階的に細くするように指定しました。　電源(0.9mm)＞12v／5v回路(0.7mm)＞VFD配線(0.3mm)＞デフォルト(0.2mm)　となっています。

今回ホームページのURLをQRコードにして裏裏面シルクに配置してみました。

今回もFusionPCBに発注しました。下記にFusionPCBに発注したときのガーバービューアーの画像を添付します。

20210314(+6.0h)

VFD_LD8035E_CLOCK 開発日誌(14) 追加したフットプリントいろいろ。

 いよいよ基板設計ではありますが、はじめて使用する部品のフットプリントを追加しました。

まずは主人公のLD8035E VFD管です。　

12本のパッドが円形に並べられているのが特徴です。ヒーター線の位置に印をつけて、15度傾けてパッドを配置しています。　

KiCadのフットプリントウィザードのメニューにある、Circular Pad Arrayを使えばキレイにパッドを配置する事ができます。

続いて、昇圧回路のインダクターです。　(株)秋月電子通商から購入した太陽誘電のLHL08NB101K　です。Data Sheetを見ながら外形の大きさとパッドの位置・大きさを配置します。

ついでに、トロイダルコイルもフットプリントを作りました。　縦型のLHL08NB101Kとどちらを使うかで悩みました。いかにもコイルなコッチも捨てがたい・・・

電源は、スマホのUSB充電器を利用するとして、マイクロUSBコネクタを使うことにしました。

ついでに、電源専用のターミナルのフットプリントも作りました。　

バックアップ用バッテリCR2031の電池ホルダです。電極の＋－を間違えないように、、、

最後に圧電スピーカーPKM13EPYH4000-A0です。

20210305(+3.0h)

VFD_LD8035E_CLOCK 開発日誌(13) オートキャリブレーションについて、

PIC16F19155のRTCCには、RTCCをキャリブレーションできるレジスタ RTCCAL があります。　これは、SOSCのカウントを 1分間に4パルスづつ校正できるレジスタです。

このRTCCALレジスタに1を設定すると 2.0345ppm 校正でき、これは月差で5.27秒程度になります。　適正なキャリブレーション値を設定すれば、月差2.7秒程度まで校正出来る事になります。

計算のもとになる数値は下記の通りです。

• SOSC(RTCC)周波数 32.768 kHz
• 1日　1440　分
• RTCCAL値 1bitで1分に4パルス 校正できる。

上記をもとに1日に校正可能な秒を計算すると、、

• 4パルスの校正秒／日＝1440分÷(32.768kHz × 1000) × 4パルス

つまり4パルスで一日あたり、 0.17578125 秒/日　校正できることになります 

1日に1秒 を校正するには、 

•  1秒÷ 0.17578125 = 5.6888 RTCCAL値 設定すれば良い事になります。

                                                         ※RTCCAL値 1 = 4パルス 

 以上をもとに例えば、5日で3秒ズレた場合の RTCCAL 値は、

• 5.6888  × 3秒 ÷ 5日 = 3.413333333 RTCCAL値 を設定すれば良いことになります。

上記の考えを元に、時刻合わせをするたびにRTCCAL値を計算するロジックを組み込みました。　ひと月ごとに何度か時刻合わせをすれば、自動でキャリブレーションがかかるのではないかと考えています。

20210301(+8h)