電源同期クロックの試作
商用交流電源をクロックにした"狂わない"時計
このタイトルを見て、「懐かしい」と思う人は結構年配だ(^_^;
今更『時計』でも無さそうなのだが、時計はやはり電子おもちゃの1つの柱だと思う。
僕も古い人間だが…昔は商用電源を基準にした時計が沢山あった。
未だ、パソコンは無くて、精度の良い水晶発振子はとても高くてなかなか手が出ない頃だった。
ロジック回路はTTLのゲートやラッチが主流だった。商用交流電源(要はコンセント)は、電力会社が周波数を監視・管理しているので、かなり正確な周波数を得ることができる。
これを基準クロックとして分周回路を重ねて、LEDのデコーダ・ドライバを作り、時計を作った。
はがきより少し大きめの基板にTTL-ICをギッシリ。
それを3段程重ねて、7セグメントのLEDで時刻を表示。
消費電力も凄かったけど、発熱も凄くて小型の暖房器具になるくらいだった。
その後LSIや水晶発振子が小さく安くなって、コンセントに縛られる様な時計は人気が無くなってしまった。
今では『時計』なんて100円ショップでいくらでも売っている時代だ。
僕もカラー液晶シールドを手に入れて、最初にやってみたのが時計だった。
詳細はここ
これは時計シールドを作り、Arduino Unoの上に液晶シールドと合わせて3段積みだった。
しかし、この時計は狂う。時計たるモノやはり時刻を正確に刻んで欲しいと思い、これはそのままお蔵入りしてしまった。
やはり安物の時計モジュールを使ったのが悪かったのかも知れない。
正確な時刻を刻んで、狂わないコンパクトな時計を作ってみたくて、色々考えていた。
やはり、表示がネックになる。消費電力が少ないのはLCD(液晶)だが、バックライトが無いと見にくい。でもバックライトを点けると消費電力が一桁増えてしまう。
電池駆動の目標は10mA以下。できたら1mA以下にしたいと思っていた。
バックライト付液晶では、それだけで数10mAが必要になる。LEDのセル自体が10mA以上要求するからだ。
と、一時は諦めていた。
しかし、考えていたら1つの結論に達した。
「電池で動かせないで、どうせコンセントから電気を取るほどのものなら「電源同期」もありではないか。」
消費電力もAC電源を内蔵すれば、それ程気にしなくても良い。
時計ICとバックアップ用の電池程の大きさで、60Hz(名古屋なので)を整形して割り込みを掛ける回路が作れるか。
これがその試作の目標の1つだった。
AC100Vを直接触るので、感電やショートによる火災など不安要素はあるので、最初は壊れても良いように、トランジスタを使ったディスクリート回路で、トリガパルスを作ってみた。
これをいつも開発に使うArduino UNOに取り込んだ。
トリガパルスでマイコンに割り込みを掛けて、カウントする。
60Hzなので、60回割り込みを数えれば1秒になる。
これで時計が作れるわけだ。
実験が上手くいったので、実際の回路の設計を始めた。
半波整流回路は実験回路と同じだが、シュミットトリガ回路は小さくしたかったので、74HC14を使用。6ゲートもあるのに1つしか使わないのはちょっと勿体ないがディスクリート回路よりは小さくなるので我慢。
表示は省エネも考えてLCD(a店の99円液晶)とした。
最初は、この電源から直接トランスレスで全部の電源を取ろうととも思ったが、普通に作ると2〜30mA程度しか取れない。沢山取ろうとするとAC100Vからのカップリングコンデンサが大きくなってしまう。
結局、コンデンサーよりも小さい電源装置(5V/0.7A)が手元にあったので、直流電源はこちらに任せることにした。
次はCPUの選定。大したプログラムでは無いので当初はAttiny13で考えた。しかし液晶をケチったために、表示のプログラムが以外に大きくなった。どうやっても1Kbyte以下にならない。最少で1.1Kbyteにまで行ったのだが、時計であるからには時刻設定のプログラムなどが無くてはならない。そのためにはキーボードも必要になる。
最終的に、CPUは贅沢にもAttiny85を使うことになった(^_^;
最近Attiny85が高い。Attiny13なら@50円なのにAttiny85は@160円〜250円程もするのだ。特にSOPが高い。そこで今回は試作でもありDIPを使うことにした。
最初に実験したのはAttiny13だった。LCDの表示は簡易的にして無理矢理1Kbyteに収めていた。
同じAttinyだし、ピン数も同じ8Pinなので、Attiny85に差し替えれば動くと安易に考えていた。
ここで嵌まった。
半日ほど悩み続けて、13と85の仕様書を読んで分かった。実はAttiny13は外部割り込み”INT0”が6番(PB1)にあるのに、Attiny25/45/85は”INT0”は7番(PB2)に割り付けられているのだ。
それまで、13と85の違いはプログラムメモリーのサイズだけだと思っていたので、気がつかなかった。
確かにAtmelの仕様書は”Attiny13”と"Attiy25/45/85”とに分かれている。こんな所に違いがあるとは…
キーボードはアナログ1ポートで読み込めるいつもの"NANO-Key”を使った。
