その他もろもろ・・・
時計の製作はもういい...といいつつも1.8inch TFTを多数仕入れたので実用的なGPS時計を作ってみました。
配線図はこれです。
処理が遅くぬるぬると動く感じですが、これはこれで味があります。Arduino NANOにすればもうすこし早く表示されるでしょうけど、TFT LCDとの間にレベルコンバータを入れる必要があります。
もし、作ってみたい方がいらっしゃるようでしたらArduino のスケッチ配布は可能なので連絡ください、バグはあるかもしれません。フォントを変えたり、色を変えたり、年や日時の位置を変えたり遊べると思います。
エラーが出たので対応方法をイチから教えて君が登場するのでスケッチの配布はやめます。Arduinoのインクルードの意味がわからない、エラーの内容が理解できない、自分で解決できない人はお断りです。
壊した1.8inch TFTがもう一枚あったのでリベンジがてら、以前に作ったOLED VFOを移植してみました。
スケッチの作成においては、当然Chat GPT センセのお世話に。TFTなのでカラーが使える分、色の使い方などはセンスを求められ、自作の特徴を出すことができますね。Arudino Pro Mini 3.3V (8MHz) を使っていますが、ロータリーエンコーダーを早く回してもちゃんと追従してくれます。
" By JF3DRI " のところに何を表示させるか画面が広いのでいろいろと楽しませてくれそうです。Sメータというのもありきたりだし、FFTしてスペクトラム表示なんて難しいし...
という訳でスケッチがある程度触ることができるようになったので、最近はこんなことばかりして遊んでいます。
マイコン関係をいじる際に注意することがあります...
それは動作電圧とGPIOが
「5Vであるか3.3Vであるか」
やらかしてしまいました。
一瞬でこのように真っ白になってしまい、お亡くなりになりました。
1.8inch 128x160 ST7735を使ったTFT LCDモジュール、GPIOの電圧は3.3Vと承知していたものの、ネット では
※図のとおりにやると壊れました。
この図のとおり、Arduino (GPIO=5V) を直接加える記事が多く「5Vでも使えるだろう」と信じてしまったことが原因、これ罠のようです。これらの製作記事がなぜ正常に使えるのか?? 不思議でなりません... ST7735の仕様が変わったのでしょうかね??
各マイコンの仕様比較をChat GPTセンセに尋ねたところ...
Arduinoのみ5V なので使うに当たっては注意が必要です。
(Arduino Pro Mini 8MHz (3.3V)は大丈夫)
よって5V <-> 3.3V レベル変換は必ずLCDとの間に入れる必要がありそうです。
・3.3Vしかダメなもの
・5Vしかダメなもの
・3.3V, 5VどちらでもOKなもの
接続するデバイスはこの3つがあるのでよく調べ確認することね。
レベル変換付き、無しのこれとかも。
時計としてのGPSモジュールは有用であることがわかりました。もう一つの用途として高精度なリファレンス周波数を出力できるのでスペアナとJTDXのWFを使って見てみました。今さら感があるかもしれません。
GPSモジュール、NEO-6M, NEO-7M, NEO-8Mは u-blox 社が製造しており、Webからu-centerという設定ソフトが無料でダウンロードできます。そこから、デフオルトでは1pps出力端子に任意の周波数を取り出す設定があり、ここをいろいろと弄って出力される信号純度を調べてみようということです。
1.10MHzを出力してみた。
スパンを1MHzにして見てみました。1MHzと広い幅で見る限りは近傍の大きなスプリアスであっても-50dB以上で、一見問題なさそうです。
スパン20kHzと狭くしてみると... あらら、近傍に何やらいろいろと連れていてキレイではありません。
更にスパン5kHzまで狭くすると...純度はかなり悪いですね。
スペアナDSA815ではRBW=10Hzまでしか絞れないのでFT8 JTDXのWFで見てみました。近傍ノイズだらけです。受信音を耳で聞いても濁っていてNGなことがわかります。
10MHzを確かに出力できますが、超高精度だといってこれを無線機(例えばIC-9700)のリファレンスとして使ってはまず、ダメでしょう。
2. 6MHzを出力してみた。
48で割り切れる周波数だとジッタの少ないものが出てくると先人様の記述があったので6MHzに設定してみたところ...耳で聞くとブチブチ音が酷くWFでもキレイではありません。
3. 4MHzを出力してみた。
6MHzと同じ傾向で良くないです。
4. 5MHzを出力してみた。
10MHzと同じ傾向、48で割り切れる/割り切れないは関係ありそうです。PLLには Integer と Fractional があってどうやらその関係のようです。NEO-7Mの内部がどのような回路になっているかまでは調べていませんが。
5. 1MHzを出力してみた。
1MHz Integer になるため6, 4MHzと同じ傾向です。低くした方が良くなるという訳ではなさそうです。
結論としてGPSモジュールからそのままの出力だと信号純度は良くなくOCXOをロックさせるGPS-DOとして使う必要がありそうです。設定する周波数はどこが良いかはよくわかりません。40kHzで行っているのもあれば、もっと高いところでやっている記事もありました。
Arduino なり ESP32 なりプログラム(スケッチ)を作ることが難関になっていましたが、完全に覚えなくともAI のChat GPTを使いこなすことでそれなりに突破できることがわかってきました。
時計が多いですが、Arduinoを使っていろいろと作ってみました。
1.デジットで安価に購入した4桁7セグメントLEDに時計を表示する。
TB62709という聞き慣れないドライバーICが使われていたのですが、ネットで探すとありがたいことに先人さんが使えそうなライブラリーを作ってくれていました。Chat GPTにこのライブラリーとサンブルスケッチ、そして使うRTCモジュールを指定して時計として動作するスケッチを作って! と指示するとコードを作ってくれました。分や時間の表示位置が異なるなど間違ったスケッチも吐き出してきますが、都度その修正したいところを指示することで完璧なものとなりました。
これが出来た時は、これは使える!! と眼の前にあった大きな壁が取り除かれたような開放感を得ました。
2.240x240ドット1.3インチIPS液晶にアナログ時計を表示する。
Youtubeで検索すると簡単に見つかるスケッチです。Arduino Pro Mini とDS1307 RTCモジュールを背面に貼り付けています。これも、スンナリと動いた訳ではなく、液晶が3.3V系であることに気づかずハマりました。(Youtubeではそんな説明なかった) クロックが8MHzのArduino Pro Mini(3.3V) を使うことでばっちり動作。
3. GPSモジュールを使った時計
Aliexpressで液晶パネルとGPSモジュール NEO-6MとNEO-7Mを仕入れました。
時計合わせと10MHz リファレンスとして使えるかの検証用です。
IPS液晶と合わせて動画を撮ってみました。
GPS時計はChat GPT と2日間格闘してようやくできました。Chat GPTと言えど、エラー吐きまくるスケッチを提示したり、Arduinoなのに突然Pysonを使ってきたりでなかなか思い通りにはなりませんでした。参考となるスケッチを教えてあげると言う事聞いてくれるようで、使いこなしにテクニックがいるようです。
4.おまけ
面白そうなので、ネットで見つけたスケッチを書き込んで動かしてみただけです。ただしオリジナルはライブラリーSSD1306を使った0.96インチOLEDだったので1.3インチで使われているSH1106に変更しています。
ますば、秒の桁に取り付けて動作させてみました。
正常に動作することを確認したので、6桁実装し、ネオン管も付けて動作させてみました。
ニキシー管時計は新品を購入すると5万円とか6万円とかとんでもない価格に釣り上がっています。
届いた基板、配線図をネットで探したのですが見つかりません。そこで、現物の基板から回路を推測することにしました。
<マイコン>
STM8S005 という8ビットマイコンが使われていました。時計程度だったら8ビットで十分ってことなんでしょう。ソフトの書き換えは当然できませんが...
<RTCモジュール>
DS3231SN が使われていました。これは温度補償も内蔵した高精度なチップ、いわばTCXOで当たりです。ちなみに、DS3231 RTCモジュールとして安価に出回っているやつは DS3231M が使われていて、こちらはMEMS発振器を使っているようで精度が悪くズレが大きいです。ちなみに、VFDクロックで使ったのは DS3231M が付いていてどんどんズレていきます。GPSでの補正とか付ければ使えそうですが。
<昇圧回路>
ニキシー管は170V程度の高電圧が必要で、これが扱いづらくしています。この基板では、専用のフライバックコンバータICを使って昇圧していました。
<ニキシー管ドライバー>
シリアル転送が可能な定石、74HC595 と ULN2003G というダーリントントランジスタドライバーが大量に使われています。 多桁ニキシー管の駆動方式としてスタティック方式とダイナミック方式がありますが、予想外のスタティック方式を使っていました。不思議なのは ULN2003G は耐圧50Vです。そのままだとニキシー管の駆動電圧では壊れてしまいます。なぜ使えるのか、どうやって使っているのか不思議に思って同様な回路を調べていると...
COMMON 端子を47Vのツェナーダイオードでバイアス(クランプ?)して50V以下しか印加しないようにされているようです。ニキシー管には47Vがマイナスされた分、加わりますが放電開始電圧に達しないので点灯はしないというカラクリで良く考えられた回路です。
SN74141とかロシア製のK155ID1は入手難なのでこの方法はスタティック駆動に大変有効と思われます。
<つづく>
少なくとも40年以上不動在庫として所持していたニキシー管、CD66を使う時が来ました。定石の時計ですが、ArduinoやESP32、いやディスクリートのTTLで作ろうかとあれこれ思い描いていたのですが、基板製作やらスケッチの作成が重荷となって前に進まないので、安易な道Aliexpressで安価に売っている部品が乗った基板を使うことにしました。
ロシア製のIN-14を使うように指定されていますが、IN-14も枯渇してきたからなのか基板のみが安価に売られるようになっています。これにCD66を使えるかの検討から。
CD66は12pin, IN-14は13pinと違いますが、ほぼ同じ配列なので実装できると判断しました。
12月初旬に注文して年末に届きました。
<つづく>
まずは完成した動画から。
ブレッドボードで作っただけでは、そのまま放置して忘れ去られる存在になるのでちゃんとカタチになって実用的なものにまで作り上げることにしました。
まずは5V単一電源化です。
Aliexpress で安いDC-DC昇圧モジュールと降圧モジュールを調達しました。いづれも50円とかそんな値段のやつ。
・5V ⇒ 20V
・5V ⇒ 1.5V
単一電源化に成功しました。
ケースの選定
フィギュア用のちょうど良い大きさのケースがAmazonで見つかりました。
なんとかうまく入りそうです。
後はスペーサやらを取り付けて、ドリルやヤスリやらを使って組み込み、最初の動画のように完成させました。24時間稼働させてますが、RTCモジュールDS1307 はあまり精度が良いとは言えず、ズレてきます。ESP32を使ってNTP時計にするとか、JJYモジュールを使うとか、はたまたGPSを使うとかできれば最高なんですがね。
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