ニキシー管表示装置つくるぜよ - 前略、月の浦ベースより

追加記事は時系列毎に並べる事にします（新しい記事はスクロールして下を見てくださいませ）。
更新Logs
03142013
03202013
06222013

03142013
　もの知らずの管理人...Steins;Gateというアニメを最近知りました....最初の８話くらいまでは退屈で退屈で...と、いうか、主人公が中二病すぎてついていけないというか....キャラ萌えも無く、何がそんなに面白いのか...と思いながら見続ける事しばし....見事なまでの伏線の回収、行き詰まる思考、主人公の苦悩と中二病を次第に演じなければならない成長する姿。
　きっちりハマりました（笑....いやー、DVDも買ったもんねー....と、いうことで、キャラ萌えの領域には達しませんでしたが、それでも定番でクリスティーナ（怒られる？）とルカ子（だが、男だ）、あり得ない事にはダル萌え（爆！）という事態の管理人。
　伊達に素人ではない職についており....つくっちまおう、ダイバージェンスメータ...ってことで、ニキシー管を使用した表示装置を作ろうと思います。
　回路図やプログラム、製作途中等を逐次公開していこうと思います。そのうち、iBookAuthorでテキスト書きますね。お楽しみに。
　ちなみに、本記事のコピーや実行で生じた不都合やトラブルは、一切責任を持ちません。また、動かないからなんとかしろって言うクレームも受け付けません。礼儀正しい質問については、気が向いたらコメントする事もあるかもです（笑）。なんせ、今のところフリーですから（笑）。前向きなオファー歓迎します。よろしくです。
　ただし一部の関係者には、希望があれば作り方本気で教えよう...この町野猫又がっ、ふぁっふあっふぁ！（キョーマの真似するクリスでよろしく（笑）....変わらぬ中二病、乙（ダル氏ぃ談））

•DC-DCコンバータについて
　ニキシー管を駆動するには直流で150-200V程度の電圧が必要です。と、いっても、直流ですよ、ちょくりゅう。
　わかってますか（爆笑）？なぜ一般家庭が交流で電力を供給しているのか？直流はでんじゃーです。危険です。
　DC150はAC200よりも怖いです。筋収縮直結で逃げられません。これがわからないヒトはまず手を出さない方がいいです。

　回路構成はコイルをスイッチングさせ、このときに跳ね上がる電圧から高電圧を作り、ダイオードを通して平滑し、電解コンデンサに貯めるという手法です。これについてはググると出てきます。
　私の場合はできるだけシンプルにしたいのと、秋月で購入可能なパーツで作るという事で、スイッチングパルスはPIC16F876のPWMを使用し、ドライブ部分だけアナログで構成するようにしました。
　以下がその回路です。本邦初公開、手書きの図面...管理人のずさんさが見て取れますねぇ、朱筆で殴り書きなんてリアルでしょ（笑

　PWMから出力される信号は2SK3234（秋月って書いてあるところがまた...）を駆動します。これは耐圧が高いので200VくらいのDCでもヘッチャラです。駆動効率を少しでも上げるために、PNPトランジスタ（A1015）で引き戻しをしています。ここで使っているSBDは適当に小さいヤツでかまいません。
　インダクタは200uHを使用し、ケミコンは300V,4700uFが手元にあったので使用してます。耐圧は使用する分の最低２倍、ほんとは３倍は欲しいのですが....。後は0.1uF積セラを並列にかましています。

　今回使用したニキシー管はヤフオクで購入した物です。印加電圧が140-150Vとちょいと低めです。色々と試した結果、電源電圧5Vで、PMWのレートを20KHzとして約150V前後の波形が出せます。
　上のオシロの波形から、黄色のラインが約150V（Load時）である事が確認できます。供給電圧を+12Vまでかけると、軽く200V越えします。何も考えず接続したらニキシー飛びます。また、レートを20KHzにした理由は、時と場合によっては発信音が出てくるから（4KHzの時なんてびんびん...うるさいいです）で、人間の可聴帯域を超えてますので、効率も考えてこの辺で手を打ってます。

　ブレボ上で実験中の写真です。ほんのり暖かい真空管カラーですよね。これを見るために作っていると言っても過言ではありません。

　昔作っていた2ch PWM生成装置（PIC16F876仕様、手書きで何か書いてある、手前左の白い箱、LCD付き）を使って、デューティ比やらレートを確認しているところです。

　最終的にブレボの回路を万能基板に組んだところです。黒い円筒はコイルになります。

　がんばって、EAGLEで基板データを作成し、片面基板を作り、実装しました...へへっ。今回使用するニキシー管と比べると、回路規模が予測できると思います。意外にこじんまりできてます。
　この基板とPWMのプログラムコードを使えば誰でもニキシー管をドライブできます。

•GPSコントローラについて
　ニキシー管を使った表示器はあちこちで作られています、が、それではあまりにもったいない。管理人はニキシー管を駆動する部分を独立させ、外部よりいろんなモジュールを通して情報を伝達し、表示をさせるという事を考えてます。つまりPCに直結したり、BlueTooth経由で表示したり....そんな使い方を考えています。
　そこで、外部に時計と同等の機能部位を持たせ、これをニキシー管駆動装置（ニキシードライバ？）に接続しようと思います。
　と、いうことでお約束は時計機能...電波かGPSがお手軽ですよね。そこで秋月で入手可能なGT-720Fを使用して時計を作る事にします。このモジュールは公然の秘密として、RS Level以外にTTL Levelでの信号を出しています。
　そこで、16F819にLCDを接続し、RSポートをこじ開け、GT-720Fと仲良くさせた状態が以下の写真です。

　バラバラの状態ではよくわかりませんが、PIC16F819はうちで作った汎用基板に乗ってます。

　こちらがLCDをズームした物です。UTC表示で時刻が表示されています。この数値に+9すると日本時間になります。もちろん、日付、緯度と経度も表示可能です。
　液晶の画面をよく見ると、Tempの文字...そうです。秋月の温度センサLM60BIZを使用して、温度データを取り込んでます。しかも、小数点演算するとメモリバカ食いするので整数化して小数点以下は無視するという世知辛さ....OrZ....データとしては8bitでも10bit長でも送れるので、テストの段階ではこれでいいのです。
　これをマスターにして、ニキシードライバ側をスレーブにする設計仕様にしたいと考えてます。全体図面も後からね。

•ニキシー管用基板
　ニキシー管を複数駆動するにはダイナミックドライブを使用するのが一般的ですね。デコーダも876の直ピンとFETなんて方法もありますが、74141をニキシー管と同時に入手しましたので、ドライバとしてはピン数削減と回路パーツ削減ができてOKです。
　また、High Vol（DC150V, about）を扱うのでフォトカプラを用いてコントロールする仕様にしたいと思います。
　予備実験はまだですが、机上の空論で基板組んじゃいました。

　今回の製作ではニキシー管６個を並べるつもりでしたが... フリー版EAGLEでは作図面積を超えてしまいました。しかも単層基板でしか今回は作れない（外注すると高いやんwww、うちの機材で作れる範囲ね）ので、２個をワンセットにして並列に駆動するように考えました。
　近日テスト結果を乗せますね。

03202013
　いよいよニキシー管の基板への実装試験です。以前にも書いたように、今回は６個並べたいのですが、フリーのイーグルでは面積が足らなくなります。そこでやむなく２個実装で１ペア、これを３個並列に実装する事にします。

　これが部品を乗っけた状態です。比較のために単４電池を乗せています。片面単層基板のためジャンパ線を複数走らせています。共通線は10Pinソケットを使用して並列にフラットケーブルを引き回す事で対応させる予定です。

　こちらが通電状態の写真です。ダイナミックドライブのプログラムはまだですが、ケーブル単位でチェックしてます。いい感じに動作しています。

　ちなみに、以下が今回製作予定のシステムブロック図です。

　GPSやスイッチ、気温等のADを受け持つ16F819パート（コントロール部）とPIC16F876を中核とするニキシー表示系の２つに分けます。これをI2Cで結ぶ予定で、これによりコントロール部のバリエーションを任意に広げる事ができます（この考え方は特許にならんかなぁ....公開したからもう公知やね....）。

06222013
　相変わらずの超多忙で、遊び関連はほとんど進行してない管理人です。さぼってる訳では無いのですが...Steins Gateも映画終了で結局映画館に足を運ぶ事もできず残念な思いは募ります。
　それでも製作はナメクジのようにじりじりと続きます.....

　今回はGPSを使用した時計モジュール（温度センサー付き）I2C回線付きバージョン試作機のご紹介です。アクリル板をレーザーカッターで若い衆にカットしてもらいました。S君、ありがとうね。モックなのでサイズの違いや細かい事は気にせずに組み立ててみました。