謎工房 ---ニキシー管時計のレポート---

　ニキシー管時計　製作レポート

ページ１……スペック／パーツ／回路図／基板
ページ２……プログラム
ページ３……試作機／コイル製作
ページ４……基板製作／ケース製作
ページ５……使用方法／動画

----- ニキシー管時計のスペック -----

電源 12V ACアダプタ
消費電流
通常時 AC100V側 22mA／DC12V側 167mA
タイマ用リレー動作時 AC100V側 27mA／DC12V側 221mA(タイマ１とタイマ２同時動作)

12時間表示／24時間表示をスイッチで切り替え可

アラーム出力 2系統スヌーズ機能付き
音声録音時間 1系統当たり約16秒
アラーム継続時間 0～59分間で設定可
スヌーズ時間 0～59分間で設定可

タイマー出力 2系統
任意の時間にリレーのON/OFFを設定可
最大3AまでON/OFF可能。

ソフトウエアによる誤差修正機能で計算上
1時間当たり ±1/200秒以内
1日当たり ±0.12秒以内
1ヶ月当たり ±3.6秒以内
悪くてもその倍以内

----- パーツ -----

PICマイコン部
- PIC PIC16F877A(PIC16F877)
- ICソケット40P
- 集合抵抗 10KΩ8素子 ×2
- 抵抗 10KΩ
- 抵抗 22KΩ
- コンデンサ 0.1μF ×9
- コンデンサ 15pF ×2
- 電解コンデンサ 33μF
- スイッチングダイオード
- クリスタル 3.2768MHz
- スライドスイッチ ×5
- タクトスイッチ等 ×7

試作機 7セグメントLEDドライブ部
- IC 74HC4511
- IC 74HC238
- トランジスタアレイ TD62038AP
- 抵抗 150Ω ×10
- 7セグメントLEDカソードコモン ×6
- LED ×2

ニキシー管用DC-DCコンバータ
- IC NJM2360AD
- 抵抗 0.33Ω(1Ω×3で代用)
- 抵抗 1MΩ ×2
- 抵抗 12.4KΩ
- 抵抗 330Ω
- 電解コンデンサ 220μF
- 電解コンデンサ 2.2μF 250V
- コンデンサ 330pF
- コンデンサ 4700pF
- ダイオード 1JU42(高速整流ダイオード)
- EIコア PC40EI16(DTK)
- ボビン BE16-116CPFR(DTK)
- 0.5mmポリウレタン線
- 0.16mmポリウレタン線

ニキシー管ドライブ部
- IC 74HC238
- IC 74HC4028
- フォトカプラ TLP627-4 ×5
- トランジスタ 2SC1815
- 抵抗 390Ω ×19
- 抵抗 4.7KΩ
- 抵抗 510KΩ1/2W ×2
- 抵抗 10KΩ1/2W
- 抵抗 100KΩ ×4
- 抵抗 200KΩ ×6
- ネオン管 ×4
- ニキシー管 CD80P ×6
ニキシー管はジャンク品

アラーム用音声部
- IC APR9600
- ICソケット 24P
- トランジスタ 2SC1815 ×2
- 抵抗 4.7KΩ ×3
- 抵抗 1KΩ
- 抵抗 5.6KΩ
- 抵抗 100KΩ ×2
- 抵抗 24KΩ
- 抵抗 220KΩ
- 電解コンデンサ 4.7μF
- コンデンサ 0.1μF ×5
- スライドスイッチ
- タクトスイッチ等 ×2
IC APR9600は秋月電子で購入

電源部
- 3端子レギュレータ 7805
- 3端子レギュレータ 7806
- 電解コンデンサ 47μF ×4
- コンデンサ 0.1μF ×4

リレー出力部
- 12Vリレー ×2
- トランジスタ 2SC1815 ×2
- 抵抗 4.7KΩ ×2
- ダイオード ×2

コネクタ類
- ヘッダーピン 5ピン×1列
- ヘッダーピン 2ピン×1列 ×4
- ヘッダーピン 2ピン×4列
- ジャンパー ×4
- XHコネクタ 2ピン ×7
- XHコネクタ 2ピン横 ×2
- XHコネクタ 3ピン ×6
- XHコネクタ 3ピン横 ×2
- XHコネクタ 4ピン ×2
- XHコネクタ 5ピン ×3
- XHコネクタ 5ピン横 ×1
- XHコネクタ 6ピン ×4
- XHコネクタ 8ピン ×1
- XHコネクタ 8ピン横 ×1
- XHコネクタ 10ピン ×3
- XHコネクタ 10ピン横 ×1
- DCジャック
- AC用ジャック
- AC用プラグ

ケース
- タカチ傾斜ケース TS-2
- アルミLアングル 30mm×30mm
- アクリル板 20mm×20mm×1.5mm
- ネジ付きスペーサ 5mm ×4
- スペーサ 15mm ×8

今となってはニキシー管の入手は困難かもしれない。
今回使ったニキシー管は、自分が小学生のころに親父に貰ったニキシー管電卓が壊れたのを分解して保存していたものを使用。
今となってはニキシー管電卓自体が貴重品なので、もったいなかったなとは思いつつも、やはり壊れたまま使えないのに持っているのも邪魔かもしれないのでこれでよかったかなとも思っていたりする。
しかし、ニコニコ動画を見ると、あるところにはあるようだ。

----- 回路図 -----
PICマイコン部(共通)
7SegLED回路(試作)
7SegLED回路(LEDでコロンを作る場合)
ニキシー管ドライブ部
アラーム用音声部
電源部・タイマー用リレー部
ニキシー管用電源(DC-DCコンバータ)はChanさんのホームページ ELMを参考

回路図詰め合わせ(BSch3V)

PICマイコン部は試作・ニキシー管とも同じ回路です。
数字表示の部分でニキシー管用と7セグメントLED用に分かれます。
「7SegLED回路(試作)」は試作する際に作ったものですが、ちゃんと作れば時計として動いてくれるのでこのまま載せています。
試作ではピリオドで時分秒の区切りにしていたのですが、LEDでコロンを作る場合の回路も載せています。
LEDに繋がっている抵抗値は実際に動かしてみて調整した方がいいかもしれません。

----- 基板 -----
メイン基板(部品面)
メイン基板(部品面・ハンダ面透過)
メイン基板(ハンダ面)
メイン基板(ハンダ面・基板面透過)
ニキシー基板(部品面)
ニキシー基板(部品面・ハンダ面透過)
ニキシー基板(ハンダ面)
ニキシー基板(ハンダ面・基板面透過)
スイッチ基板(部品面)
スイッチ基板(部品面・ハンダ面透過)
スイッチ基板(ハンダ面)
スイッチ基板(ハンダ面・基板面透過)

基板詰め合わせ(BSch3V)

基板設計も回路図CADであるBSch3Vで作図。
プリント基板を作るわけではないし、大まかな配置をイメージするための補助的な使い方をしていた。
ところがだんだん凝ってきて、気付いたら基板のパターンが完成していた。

普段は大まかな配置のイメージを元に、実際の位置は部品をハンダ付けしながら回路図と見比べてフィーリングだけで組み立てている。
試作機や以前作った1チップMSX用ByteBlaster II 互換ケーブルもハンダ付けしながら配置を決めていっていた。
実際に互換ケーブルの時は基板が出来てから掲載用に図面を起こしている。

今回は、一つの基板にいくつかの機能ブロックに分けて部品を配置するために、配置に無理が生じないかを見るためにメモ書き程度のつもりでいた。
そしたらそのまま使えそうなので、そのまま載せることにした。

メイン基板は、電源部・PIC部・音声アラーム部・リレー出力部・DC-DCコンバータ部に分かれている。

電源については、PIC部およびニキシードライブ部用の5Vと音声アラーム用の6Vに分けている。
PIC部の電源ノイズが音声アラーム部に回り込まないようにと一応分離している。
電源にノイズが乗っている場合、音声を録音するとノイズだらけで聞けたものじゃなくなってしまう。
試作機を作って動作確認した際に、5VのACアダプタ(スイッチングタイプ)を使ったらノイズがひどく、PICと電源を共有したら相乗効果でさらにノイズが乗ったため、今回分離することにした。

電源部は各ブロックに電源供給しているわけだが、動作確認時等用にジャンパピンで各ブロックと分離することが出来る。

PIC部のクリスタル振動子はICソケットの内側に入れてスペースを有効利用している。
後から思ったのだが、クリスタルは反対側に倒した方が良かったかも。
PICを抜こうとして精密ドライバを突っ込もうとすると、クリスタルのケースにぶつかりそうで落ち着かなかった。

PIC部と音声アラーム部はヘッダピンで分離できる。

DC-DCコンバータはChanさんのニキシー管時計の項にあったDC-DCコンバータの回路を使っているわけだが、EIコアを使ってコイルを自作する必要がある。
ボビンのピンは実際は2.54mmピッチではないため、基板にボビンに合わせて穴を開けておく必要がある。
コイルの作り方は後述。

ニキシー基板はドライブ部と表示部の二つに分離。
ドライブ部の74HC4028とフォトカプラの間はビニール線で配線。

表示部のニキシー管は、細めのジュンフロン線で同じ数字同士を繋いで、コネクタへ配線します。

スイッチ部もGND以外はジュンフロン線でコネクタとスイッチ間を配線しています。

図面にはジュンフロン線の配線までは載せてないです。

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