自転車走行計３号機

基板のレイアウトです。２枚の基板を２段重ねにして使います。表示部は殆どＬＥＤで埋め尽くされます。ＬＥＤ以外の部品は光量を測定するＣｄＳのみです

暗いところと明るいところでのの表示例。暗いところではセグメントが光って見えますが、明るいところでは光っているセグメントがＬＥＤ本体に溶け込んで数字の６に見えます。このＬＥＤは表面に塗ってあった黒い塗料を紙ヤスリで削って白くした物です。

自動配線には約１時間かかります。

ＥＡＧＬＥのライブラリーにあるＰＩＣ１８Ｆ８７２２はポート番号順にピンが並んでいるので、基板上の配線が交差しないように配線すると回路図の配線が複雑に交差してしまいます。まだピンに空きがあり回路を載せられるのですが、最適な配線がイメージできません。

そこで急遽、現物と同じイメージの部品を作りました。

配線し直しに５～６時間かかりました。

ＬＥＤは横から見るとこんなに背が高い。チップＬＥＤを使用すれば高さ２ｍｍ以下に出来るので秋月電子でチップＬＥＤを購入。いつものことで、ＬＥＤ以外にもいろいろ買ってます。

４種買ってみました。一番大きい物が３．２ｍｍ×１．６ｍｍサイズ。点灯させると目に焼き付くくらい眩しい（実際焼き付きます）。輝度は十分だがちょっと大きすぎる。直ぐ下の物は暗くてダメ。さらに下の２個は青色で輝度はほぼ同じ。日中は暗いかもしれないが７セグＬＥＤ程度の輝度はあるので使えそう。さらに高輝度な物は探せばいくらでもありそう。

上のＬＥＤのデータシート。この順番で並んでます。

１セグメントを２個のＬＥＤで構成する配置です。１桁につき１４個のＬＥＤを半田付けするので強い精神力が必要。半田付け用のジグを作らないとやってられないかも。

水晶発信モジュールも面実装タイプを使用。

明るさに応じてＬＥＤの輝度を変化させるために小型のＣｄＳの機能確認。直射日光が当たると１６０Ω、真っ暗だと１ＭΩと広範囲に抵抗値が変化します。

オペアンプを使用して電圧増幅する予定でしたがＣｄＳの抵抗値があまりにも大きく変化するのでオペアンプは不要になりました。ＭｉｃｒｏｃｈｉｐＤＩＲＥＣＴでＳＯＴ２３サイズの小型オペアンプを買っておきましたが無駄になりました。

バッテリーが小さくなるので電圧監視ＩＣも取り付けます。これもＭｉｃｒｏｃｈｉｐＤＩＲＥＣＴで購入した物。上のオペアンプと同じＳＯＴ２３サイズ。

配線の状態

半田付けできるか？？？

ＯＬＩＭＥＸに発注かけました、走行計は右のパネルの真ん中あたりに配置。それ以外はＤＲＯや回転計などいろいろ。デザインルールが８ｍｉｌなのでいつもより製造に時間がかかるはずです。

５／８に発注をかけて、５／１６に発送した旨の連絡がありました。５／２５基板到着。裏と表。サイズ約４０×４０なので、ディスプレイにも依存しますがほぼ実物大です。

２年近く放置してしまっていた自転車走行計の製作再開。

大分踊ってしまった。側面から漏れた光が基板を照らして輪郭がはっきりしない。それに並列接続されているので明るさがばらついてしまっている。明るさのばらつきは電圧降下の小さい赤に変更すれば少しは改善されると思うが手間がかかる割に見た目が良くない。
昼間使うことを考えると液晶が良いのだが、品数豊富なＤｉｇｉ－Ｋｅｙで調べてもこれに使えそうな小型の液晶ディスプレイは皆無。有機ＥＬならちょうど良いサイズの物があるが、自発光式はＬＥＤ同様昼間見えづらい。

上手く出来そうにもないので液晶ディスプレイを探す。数時間かかったが良く探せばそれなりの物が見つかる。

ストロベリーリナックス（リナックスという名前が良くないと思う、）で携帯用の液晶が売っている。ノキアをばらした廃品のよう。１個調達してこれを使用することにする。

サンプルソフトが豊富なので表示部分を作る時間が短くて済みそう。表示部分のインターフェースが簡単になると回路がとてもシンプルになるので片面基板でも作れるかも知れない。ディスプレイを変更するついでにＵＳＢ対応にしてしまおう。

データシートを見るとインターフェースはＳＰＩの様だ。ＳＰＩは双方向だが液晶ディスプレイはデータを吐き出さないので出力ピンが省略されている。ＵＳＢを使うので定番のＰＩＣ１８Ｆ２５５０で配線し直し。ＳＰＩとＩ２Ｃを共存させるのは気分が悪いのでＥＥＰＲＯＭもＳＰＩインターフェースの物にする。

思った以上に真っ黒です、たぶんバックライトがないと使えません。夜間専用機になってしまうので昼間使えそうな物を探さないといけません。

ノキアの白黒液晶モデルのジャンクなども入手できるようです、秋葉原に行ったついでに物色してきます。

電気工事士試験の帰りに秋葉原に行ってＬＣＤを仕入れてきた。ＮＯＫＩＡ用。バックライトがないので薄暗い峠道では見づらいか？　車がすれ違う余裕のない峠道は木に覆われていて薄暗い。大垂水峠（東京）や箕面の猿山（大阪）では問題ないと思うが和田峠（東京）や鷹峯（京都）なんかはバックライトが必要になる可能性有り。

裏面を見てびっくり。端子らしき物がない。デジカメで拡大撮影して解った。基板側の端子に押しつけるタイプだ。

特異な端子なので基板を作ることにした。１００×１００感光基板からブレッドボード用の基板２枚と実験回路基板１枚が取れた。

新しい感光基板を使っての初めての失敗です。ベタパターン部の感光剤が飛んで塩化第二鉄溶液に溶けてしまいました。配線部分のパターンは切れてないのでこのまま使います。

長穴は０．６ｍｍのドリル穴を７～８個並べて、プラモデル用のニッパーとアートナイフを使って繋ぎました。

手作りしなくてもこのＬＣＤ用の基板を購入すれば良かったのですが、最終的には両面プリント基板を発注しないといけないので、そのための準備作業です。

このＬＣＤは携帯電話用なので電源は４．２Ｖです（たぶん）。この中途半端な電圧を出力できる電源が無いのでブレッドボード用の電源基板を作りました。今後５Ｖ以下の中途半端な電圧を使用した回路が増えてくると思われるので１．２Ｖ，１．５Ｖ，３．０Ｖ，３．３，４．２Ｖなどよく使いそうな電圧のものを全て用意しておくことにします。

基板パターン

基板とＬＣＤの接触の問題かコマンドを送らないと全く動かないのか解りません。消費電力が大きければ電源装置の電流計が動くのですがピクリともしません。

簡単な回路のはずが設計通りの電圧が出ません。抵抗値の計算を間違ったかと思いＥＸＣＥＬワークシートで計算してみたが間違いない。基板のショートや抵抗値をチェック。Ｒ１端子間の電圧は１．２５Ｖのはずだが１Ｖに満たない。　．．．ＬＭ３３７？？？？　よく見てませんでした。パーツケースの中に４個もあったので、ＬＭ３１７だと勘違いしていました。

まとめて作った方が楽なので４個作成

小型に作ったのでブレッドボード上での専有面積も小さくて済む

Ｎｏｋｉａ５１１０の日本語情報はかなり少ない。英語ならたくさんあるが、それならデータシートを見てしまった方が早い。この液晶はフィリップスのＰＣＤ８５４４というＬＣＤドライバーを使用している。

自作基板の接触不良を疑って１週間前に秋葉原に買い出しに行ったついでに仕入れておいたキャリーボードで試してみた。原因はチップセレクトがＬｏｗでアクティブになると言うことに気づかなかっただけ。自作の基板でも動作確認できた。あとで流用しやすいようにに別ページこのＬＣＤの情報を纏めておく

続いてＥＥＰＲＯＭの接続テスト。３線式というのでインターフェースはＳＰＩだと思っていたが違っているようだ。３ビット「１０１」に続けて１１ビットのアドレス、続けて８ビットのデータを送信せよ　とある。合計２２ビット。８ビットで割れない。

最終的にはＭｉｃｒｏｃｈｉｐ社のＳＰＩインターフェース１ＭビットＥＥＰＲＯＭ（２４ＡＡ１０２４）にする計画。このＥＥＰＲＯＭでは仕様があまりにも違いすぎるので２４ＡＡ１０２４を仕入れてからＥＥＰＲＯＭ廻りのコードを書くことにする。

フォントはＥＸＣＥＬを使って作る。１６ビットのフォントならＬＣＤに３行表示できる。欲しい情報は．．．
　－前回走行時との距離差
　－前回走行時とのタイム差
　－経過時間
速度もあった方がよいが市販のスピードメーターと併用するので必要性は低い。

フォントデータを送り込んでみると綺麗に表示されたりされなかったり不安定。試しに２台を並列に繋ぐと両者ともに全く同じ画面になる。ぐちゃぐちゃ具合も全く同じ。．．．ということはプログラムのほうに何か原因があるはず

ロジックアナライザーで見てみると変な波形を発見。多くは正しい波形なのだが、一部おかしな物が混ざっている。ＬＣＤはクロックの立ち上がりでデータの１／０を判断するのでＣＬＯＣＫの立ち上がりでＤＡＴＡが変化してはいけない。

ｍｉｋｒｏＢＡＳＩＣのＳＰＩ関数を使用するのを止めてＳＰＩ関数を作り直したら正しく動いた。

ＥＸＣＥＬでレイアウトを作る。
　　前回走行時との距離差
　　現在の走行地点において前回より早いか遅いか
　　前回走行時との時間差
　　スピード　計測タイム
の順番で表示することにする。タイヤが一回転するたびに殆ど全ての情報を更新する必要があるのでＬＣＤの表示域と同じだけのバッファーをＰＩＣのＲＡＭに確保する方式がシンプルでよい。

レイアウトが出来たので液晶装置に送り込んでみる。ビットマップ表示のプログラムが一発で動くことは殆どない。１時間程度バグ取りをして完成。

画面の更新間隔を計測してみた。時速１００ｋｍで走行しているときにタイヤ１回転にかかる時間は７７ｍｓ。計測すると１０７ｍｓかかっているので処理が間に合わない。画面の更新以外にも３個付いているＥＥＰＲＯＭにデータを書き出す時間が約１５ｍｓ必要になる。現在のクロックは１０ＭＨｚなので４ｘＰＬＬにすれば４０ＭＨｚに出来る。４０ＭＨｚの時は全ての処理を合わせて５３ｍｓで完了出来るので時速１００ｋｍでもまだ余裕がある。４０ＭＨｚでＵＳＢ接続したことがないので接続実験が必要。

ＰＩＣ１８シリーズなのでＰＬＬ２倍、４倍のクロック設定しかないと思ったが、ＰＩＣ１８Ｆ２５５０はもっと複雑な設定が可能だった。しかも最大周波数は４８ＭＨｚ。設定方法はデータシートを２～３ページ読まないと理解できない。ＵＳＢ接続可能なＰＩＣはＵＳＢのクロック生成のために周波数設定が複雑になっているようだ。

以前ＵＳＢの接続実験をしたときの物がｍｉｋｒｏＢＡＳＩＣのＶ７．２ではコンパイル不能になっていた。再度サンプルプログラムを動かしてみる。動いたけどバッファーサイズを変更すると動かなくなる。
走行中にＵＳＢは使用しないのでＵＳＢ関連機能はＯＦＦにして電力節約したいのだが、ＵＳＢから電源供給されているか否かの切り分けはどうすればいいのだろう？　電源電圧がＵＳＢ－＞５Ｖ，バッテリー－＞３．７Ｖなので電圧監視ＩＣを外付けすれば容易に実現できるがソフトウェアで判断する方法は無いのだろうか？

データシートにＵＳＢ電源供給／セルフ電源供給の切り分け回路図があった。結局外付け回路が必要。データシートのものはセルフ電源優先方式のようなので少しアレンジが必要。

ＵＳＢ接続するならＵＳＢからバッテリーの充電も可能になる。充電ＩＣは１個￥１００もしないので追加してしまうことにした。リチウムイオン／リチウムポリマー電池の充電ロジックはシンプルで良い。充電ＩＣのサイズは面実装タイプのトランジスターと殆ど変わらない。

テスターで抵抗値をはかっているだけのいい加減な確認だが、ＦＥＴは殆ど電流が漏れないようだ。実験に使ったＦＥＴは秋月電子で仕入れたＰチャネルＭＯＳ－ＦＥＴのＦＤＳ４９３５Ａ。

ミニＵＳＢのミニコネクターは５ピンだった。通常のＵＳＢは
　１：電源
　２：Ｄ－
　３：Ｄ＋
　４：ＧＮＤ
だが、ミニＵＳＢは
　１：電源
　２：Ｄ－
　３：Ｄ＋
　４：ＩＤ
　５：ＧＮＤ
の構成。ＩＤはＵＳＢ　Ｏｎ－Ｔｈｅ－Ｇｏ（ＯＴＧと略すようだ）用の信号線でパソコンを使用しないでＵＳＢ機器同士を繋ぐときに使う。通常の回路なら何も繋がない。

ＥＥＰＲＯＭの接続テスト。こんなの楽勝。　．．．と思っていたら動かず。

結局、原因は
　１．書き込み許可コマンドを送ってなかった。Ｉ２ＣのＥＥＰＲＯＭにはこんなの無かったぞ。
　２．ＰＩＣからクロックを送り出さないと、読めない。クロックを送り出すためには書き込み動作をする必要がある。
の２点。結果を素子シリーズに纏めておいた。

周辺機器の接続確認が出来たので今度は小型化。チップ部品を使うと液晶ディスプレイとほぼ同サイズに仕上げることが出来る。

手持ちの水晶の中には面実装品の小さなものは無かった。面実装品なのにコメツキバッタくらいの大きさだったり、電源電圧が５Ｖだったりして使えない。秋月の部品は安いが小型化を意識すると使えない物が多い。

省電力を考えると、ＬＣＤの照明やホールセンサーの電源を切らないといけないので回路を追加。小さい基板なのでこれだけで基板の発注をかけるともったいないので一緒に面付する物を考えよう。何にしようか．．．

２月納期になっていた充電ＩＣが届いた。Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ社の納期表示は恐らく最長納期。殆ど例外なく予定納期より早く届く。
５Ｖ入力だと５００ｍＡ流しても発熱は０．５Ｗ程度。特に放熱器は無くても良い。６Ｖ入力にするとさすがに放熱器無しというわけにはいかない温度になる。

ＯＬＩＭＥＸに発注するためにレイアウトを再度見直し。ＬＣＤの外側の金具と基板のパターンが接触してはマズイので金具を避けるようにパターンを通さなければならない。実装密度はそんなに高くないが配線完了まで丸一日かかってしまった。