Planet x Gear: VFD

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2021年5月9日日曜日

VFD_LD8035E_CLOCK 開発日誌(16)　とりあえず完成。 ※ケース未実装。

VFD_LD8035E_CLOCKですが、とりあえず完成しました。

しかしながら、ケース未実装でドキュメントの整理も残っていますが、、

基板ですがFusionpcbへは黒の艶ありでお願いしました。　シルクがはっきりしているのがなかなかいい感じではありませんか？

早速組み立てましたが、いくつか不具合がありましたので修正です。主に安い部品を選択したために、試作通りというわけにはいきませんでした。以下の通り修正しています。

１．SOSC部分のコンデンサを 22pF から 15pF へ変更。

RTCCの時刻が10数秒/1日と大きく遅れる現象がでました。　たぶんRTCCのLow Power mode では、駆動力が足らないのだと思われ、負荷容量を15pFと小さくしました。

２．CPUの電源レギュレータを NJM2845-DL1 へ変更。

設計では、NJM2391DL1-05を使っていたのですが、Drop Out 電圧が　1vと大きいのです　。USB電源 5v を使うためこれでは失敗です。Datasheetをキチンと確認していませんでした。　代わりに Drop Out 電圧が0.1vと小さい NJM2845-DL1 へ変更です。

３．DCDCコンバータを NJM2360AD へ変更。

元のTJ34063では、VFDの明るさがなぜか安定しなかった為、急遽ICを変更しました。

４．LEDの電流制限抵抗を1KΩへ変更。

ちょっとLEDが明るすぎたため、抵抗の値を470Ωから1KΩへ変更しました。

また、プログラムメモリエリアが足らなかった為、UARTシリアル通信によるメニュー機能は実装できませんでした。

2021年3月23日火曜日

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)

2021年3月7日日曜日

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)

2021年2月25日木曜日

VFD_LD8035E_CLOCK 開発日誌(12)　マイコンをPIC32MMからPIC16F19155に変更しました。

マイコンをPIC32MMからPIC16F19155に変更しました。

左がPIC32MMで右がPIC16F19155です。

このマイコンはプログラムメモリが8kW(14kByte)しかないため、プログラムを小さくしなければなりません。　PIC32MMからPIC16F1955にプログラムを移し替えた当初85%程度のメモリ消費量でしたが、プログラムを見直して65%程度のメモリ消費量まで小さくできました。

また、周辺peripheralが充実しており、PWMやCCP、CLC、CWGを使うことでプログラムを簡素にする事ができます。

下図がマイコンをPIC16F19155に変更した全体の回路図となります。　マイコンの電源も5Vを使用する事が出来る為、3.3VのレギュレータやVFDドライバHV5812のコントロール信号のPULL-UP抵抗を省略する事ができました。

PIC16F19155は、PWMやCCP、CLC、CWGが充実していて、またMCCの画面もPIC32MMに比べて若干分かりやすい気がします。　これらのperipheralを使用して構成したVFD部分の表示ロジック回路を下図にしまします。

7セグメント8桁部分のデータ送信にはSPIから送っています。SPIで16ビットのデータを送信した後、OUTPUTピン(STORBE)をソフトウェアでH⇒Lと駆動して設定します。

フィラメントの為の電源は、PWM3とCWGをプッシュプルモードで使用して、HブリッジのBD6211Fを駆動して得ています。　またCWGの出力ABをORで受け、反転させて出力し、HV5812のBLANKINGに入れる事で、各桁の明るさの調整としています。(※しかしながらこの方法では個別桁の明るさ調整の効果はあまり確認できませんでした。)

圧電スピーカーのBEEP音についても、PWM4を使用して基本の音を作成しています。

それを鳴らしたり止めたりするのに、OUTPUTピンRA6を経由して、CLC1,CLC2のCLCIN0へHigh, Low信号を送っています。これとPWM4の信号をCLCのAND回路を使って出力する音のON-OFFを制御しています。　PWM4の出力をCLC2へ入力するところで反転しているのは、圧電スピーカーをAC駆動する為です。(RC7がHのときRC6をLとする。またはRC7がLのときRC6をHとする。)

20210225(+12.0h)

※PIC16F19155を選んだのは（株）秋月電子通商で扱っているからというのがありますが、

RTCCがあるのとバッテリーバックアップ用のVBAT端子があるのが大きなポイントだったりします。

時計としての主な機能を組み込んで現在70%のメモリ消費量なので、あとどれくらい機能を盛り込めるかはメモリしだいとなります。

あと組込みたい機能としては、

１．RTCCのキャリブレーション機能

２．表示のディマー機能

３．シリアルのモニタ機能

といったところです。

2021年2月22日月曜日

VFD_LD8035E_CLOCK 開発日誌(11)　スイッチと圧電スピーカーを追加

回路にスイッチ４つと圧電スピーカーを追加しました。

スイッチで、下記メニューを表示して設定します。

・時間設定

・アラーム設定

・アラームON

・アラームOFF

・各セグメントの明るさ設定

スイッチを押すたびに、圧電スピーカーからBEEP音をならすようにしました。　このBEEP音はPIC32MMのPWM機能で鳴らします。　何種類か音を鳴らせるように工夫したのですが、なぜか時々BEEP音が鳴らない事があり原因不明です。　たぶんプログラムがヘタッピーなのでしょうが、時々発生する不具合というのは問題点を見つけるのが難しいものです。

最新の回路図を描きに添付します。

20210216(+4.0h)

2021年2月13日土曜日

VFD_LD8035E_CLOCK 開発日誌(10)　SOSC動きました。。。しかしながら原因不明、、、

動かなかった SOSCですがあちこち弄っているうちに復活しました。。。止まっていた原因不明です。

使用しているPIC32MM0256GPM048ですが、OscillatorにErrataがあります（ありました）。

Silicon Revision がA1にこの問題があったようなので、念のため今使っているPICのリビジョンをMPLAB X IPEで調べてみます。

Read Device ID をクリックすると　Device Revision ID = 0xA2 と表示されますので、Oscillater の問題は解消されているようです。

ついでにDevice ID を確認するには、window >Target Memory Views > Device ID Memory とクリックすれば、Device ID が773C053と読み取れるようです。

せっかくなので、真ん中あたりにある「Erase」ボタンを押してPICをキレイにしておきました。

この後、MPLAB X で再度、SOSCを試していたところ、、、なんといつの間にか動いているではありませんか。。。謎すぎます。。。

さて今回色々調べていて、何点か重要な点がありましたので、下記に記載しておきます。

新しいPICのSOSCには、”High Power mode” と”Normal(Low) Power mode”があります。
オシロノプローブをSOSCIに当てると発信がとまります。　今回はSOSCOにプローブを当てて確認しました。　※"Microchipの(SOSC)水晶振動子回路の設計における注意点 DS00002351A_JP"では、SOSCI側にプローブを当ててドライブ電圧を確認するとなっていますが、新しいPICでは発信が止まってしまうようです。
High Power mode では、SOSCOと VT-200 crystal の間に510kの抵抗を入れて400mVぐらいでドライブします。
Normal(Low) Power modeでは、SOSCOと VT-200 crystal を直結し、300mVぐらいでドライブします。
MCCではデフォルトで”Normal(Low) Power mode”が指定されるようです。

以下”Normal(Low) Power mode”と”High Power mode” の所設定と観測波形です。

PIC32MM0256GPM048の場合の設定か所は、FDEVOPT registerの SOSCHP bitです。