「FCM7002」でニキシー管時計を作ったが不発
投稿者: ゆきちゃん
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2023/07/21(金) 13:00
No. 14940 引用 |
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お久しぶりです。貴方が、時計専用LSI「FCM7001」で多機能時計を製作され、やはり時計専用LSI「MM5311N」でニキシー管時計を製作されたのを参考にし、「FCM7001」と同系でBCD出力のある「FCM7002」を「セカイモン」経由で入手出来た事から、時計用LSIの周辺回路はFCM7001の製作記事を参考にし、表示回路部はMM5311Nの製作記事を参考にして、ニキシー管時計が出来るのではないか？とにらんで、試作してみました。ところが、いざ動かして見ると、メチャクチャな表示が出るだけで、残念でした。LSIのデータシートを見ると、どうも「タイミング」がきびしいようで、数字表示信号は、BCDコードから10進数に変換するIC「4028」と、フォトカプラーを点滅させるIC「4049」、そしてフォトカプラが、桁制御信号は、フォトカプラーを点滅させるIC「4049」、そしてフォトカプラーが介在していることから、数字信号と桁制御信号のタイミングが合わなくなって、表示がメチャクチャになってしまった様なのです。ネット上で調べても、この「FCM7002」を使ったニキシー管時計の製作例がなかっただけに、挑戦する価値があるとおもい、がんばってきたのですが、結果は非情でした。それで、「FCM7002」を使った時計の製作例がない様です。貴方も使われた「FCM7001」は、７セグメント表示器向けのものですが、今回こころみたものとちがって、表示器との間にICなどを介在させる必要がなく、これで作れば成功率が高いと思われます。蛍光表示管もなつかしの表示デバイスになったので、気を取り直して、今回使った部品を転用して、「FCM7001」を核とした、蛍光表示管時計に仕立てようかな、などと考えています。
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 Re:「FCM7002」でニキシー管時計を作ったが不発 |
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| 投稿者: O-Family ..2023/07/21(金) 15:25 No.14941 |
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こんにちは。
私はFCM7002を入手したことが無いのですが、マニュアルから見ると、「BCD to 7seg」や「BCD to decimal」のデコーダーを入れる際に、[/DS]信号でラッチしてブランキング期間を設けて表示のゴーストを無くし、[Time]信号が時計とカレンダーやアラーム表示の期間を制御するみたいです。
マニュアルのタイムチャート通りに制御すればうまく行くような気がしますが、何せ古いデバイスで、私の持っている書籍にも情報がないので色々試してみるしかないですね。
せっかく貴重なデバイスを入手されたので、まずは単純なLED表示で完成されるといいですね。
何かお役に立てることがあれば、お気軽に投稿ください。
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| Re:「FCM7002」でニキシー管時計を作ったが不発 |
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| 投稿者: ゆきちゃん ..2023/07/22(土) 06:51 No.14943 |
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昨日は、返事をいただき、まことにありがとうございました。ひとばん考えたのですが、「桁信号」と「数字信号」のタイミングが重なるところがある事が、不調の原因のようでした。「数字信号」と「桁信号」の間に入る「DS信号」を使って、「桁信号」が出ているときだけ「数字信号」が出るようにすればいいのではないか？と考えました。「FCM7002」からのBCD出力を「4028」で受けて、ここから出力される全10本の「数字信号」それぞれを、「DS信号」と一緒に「NAND回路」の「4011」で受けて、これでフォトカプラーを点滅させれば出来るかな？と思いつきました。しかし、「TIME信号」にもなにか意味があるようなので、まだまだ検討する余地はありそうです。
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| Re:「FCM7002」でニキシー管時計を作ったが不発 |
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| 投稿者: ゆきちゃん ..2023/07/26(水) 08:35 No.14946 |
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昨晩は、「MM5311N」を使ったニキシー管時計についての返事をいただき、まことにありがとうございました。問題の「FCM7002」のデータシートに出ているタイミングチャートと、本機で使ったフォトカプラのデータシートを突き合わせて見ると、「桁信号」と「数字信号が重なるチャンスがあり、これが不正表示の原因になっていると見ました。「桁信号」と「次の桁信号」の間に挟まる「DS信号」を使って、「DS信号」が出ている間は「数字信号」を止めるようにすれば、「桁信号」と「数字信号」の立ち上がりと立ち下がりがうまく合わさり、不正表示がなくせそうだと見ました。「MM5311N」を使ったニキシー管時計で、「桁信号」と「数字信号」を合わせる為に特別な仕掛けが要らなかったのは、「桁信号」が出終わった後、「次の桁信号」が出るまでの間に、「数字信号」が出ない仕様になっていた為だと見えました。長々とすみません、返事をいただければ、幸いです。
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| Re:「FCM7002」でニキシー管時計を作ったが不発 |
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| 投稿者: O-Family ..2023/07/26(水) 09:15 No.14947 |
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> 問題の「FCM7002」のデータシートに出ているタイミングチャートと、本機で使ったフォトカプラのデータシートを突き合わせて見ると、「桁信号」と「数字信号が重なるチャンスがあり、これが不正表示の原因になっていると見ました。
「不正表示」というのがどのような状態なのかわからないので、タイムチャートと回路図から検証していくしか無いです。
> 「桁信号」と「次の桁信号」の間に挟まる「DS信号」を使って、「DS信号」が出ている間は「数字信号」を止めるようにすれば、「桁信号」と「数字信号」の立ち上がりと立ち下がりがうまく合わさり、不正表示がなくせそうだと見ました。
セグメントデータのラッチをしているならストローブ信号でブランキング期間を作る必要がありますし、ラッチをしなくても時計ICの方でタイミングはコントロールされているはずですけどね？
元々、時計専用のICですから、外部回路は必要最小限でいいはずです。
また、現在は入手困難ですが、SN74141を使えば回路はとてもシンプルになります。
> 「MM5311N」を使ったニキシー管時計で、「桁信号」と「数字信号」を合わせる為に特別な仕掛けが要らなかったのは、「桁信号」が出終わった後、「次の桁信号」が出るまでの間に、「数字信号」が出ない仕様になっていた為だと見えました。
LEDのように表示器側の反応が早ければ、ブランキングが不要な場合もありますし、ニキシー管のように遅延のある表示器では、MM5311の[OUTPUT ENABLE]ピンを使って、表示器の遅延分のブランキング信号を作っています。
表示が遅いデバイスでダイナミック点灯の周期を早くしすぎると、表示がゴーストだらけになってメチャクチャに見えることもありますけどね。
ニキシー管は本来スタティック点灯用のデバイスですから！
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| Re:「FCM7002」でニキシー管時計を作ったが不発 |
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| 投稿者: ゆきちゃん ..2023/07/28(金) 07:15 No.14950 |
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昨日は、「MM5311N」によるニキシー管時計について回答をいただき、まことにありがとうございました。「ニキシー管」の様なネオン管は、動作遅延を生じるので、ある桁から次の桁に移る際に表示を停止させる操作をしないと、前の桁での表示が次の桁に出てしまう、との事でした。この問題について取り組む中で、以前、同系の時計用IC「FCM7001」を獲得した際、出品者から提供いただいた資料があった事を思い出し、これを取り出して見たところ、「FCM7002」について、画像添付したような回路が示されていました。この信号を使って、ある桁から次の桁に移る際、この遅延信号を使って、次の桁の表示をおくらせればいいのでは？と考えました。返事をいただければ、幸いです。
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| Re:「FCM7002」でニキシー管時計を作ったが不発 |
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| 投稿者: ゆきちゃん ..2023/07/29(土) 08:28 No.14952 |
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昨日は、返事をいただき、まことにありがとうございました。「DS信号」を使って「遅延信号」を作ることで、ゴーストの問題解決につながると見ました。そこで、「桁信号」について、ゴーストが出なくなる様な回路について、検討しました。「前の桁」と「次の桁」の間で、両者の信号がダブらないようにする為には、「DS信号」と「遅延信号」と合わせて、信号がダブらないように間を置くのが有効だと考え、回路を検討しました。しかし、ひとばん考えたのですが、「数字信号」についても、同様に、「DS信号」と「数字信号」を合わせて、「前の数字」と「次の数字」がダブらないように間を置くべきだと考え、回路を検討しました。返事をいただければ、幸いです。
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| Re:「FCM7002」でニキシー管時計を作ったが不発 |
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| 投稿者: O-Family ..2023/07/29(土) 09:46 No.14953 |
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4028はBCD入力を10以上にしてしまえば出力は全てOFFになるので、[/DATA STROBE]信号をこれに使用すればいいはずですけどね。
ニキシー管はチューブ内に電荷がたまってしまうので、OFFにした場合はクランプダイオードか、抵抗よる電荷を抜く回路が必要です。
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| Re:「FCM7002」でニキシー管時計を作ったが不発 |
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| 投稿者: ゆきちゃん ..2023/07/29(土) 13:08 No.14954 |
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先程は、返事をいただき、まことにありがとうございました。「数字信号」の制御に使う「4028」が、入力を「10」、つまり「1,2,4,8」の順で「L,H,L,H」を入力してやれば、残り2つがどのような状態であっても「10以上」になり、出力が全て「Ｌ」になる事から、そうなる様に「遅延信号」をいれてやればいいとの事でした。これを受けて、あらたに回路図を書き起こしてみましたので、添付します。返事をいただければ、幸いです。
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| Re:「FCM7002」でニキシー管時計を作ったが不発 |
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| 投稿者: ゆきちゃん ..2023/08/18(金) 12:15 No.14956 |
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お久し振りです。あれから、「FCM7002」周辺の回路を作り直して、動かして見ました。BCDコード出力・全４本について、それぞれAND回路「4081」の片方に入力し、もう片方に「DS信号」を入力してから、BCD→10進デコーダーの「4028」に入力し、これで得られる「数字信号」と、「FCM7002」から出力される「桁信号」でニキシー管を点灯させて見ました。通電したての時に、６桁すべてで「９」と表示されたので、これは停電があったことを示す表示なので、正常に動作していると見えたのですが、つねに「０」が表示されました。時刻合わせをして見たところ、「時」も「分」も進んでいる様子が確認出来たものの、つねに「０」が表示されました。それぞれのニキシー管で、つねに「０」が点いたままだった為か、ニキシー管に電源を供給する回路のパワーFETが、とても熱くなってしまい、怖くなってすぐに止めました。そこで考え直したのですが、「DS信号」をすべてのBCD出力に入れたことで、これがアクティブとなる「Ｌ」となると、「4028」の入力がすべて「Ｌ」となり、「0」が出力される為だとわかりました。改善する為には、「FCM7002」のBCD出力を直接「4028」に入力し、これから出て来る「数字出力」全10本それぞれについて、「DS出力」とNAND回路(「4011」を使うつもりです)に入力し、これの出力で、ニキシー管を点滅させるフォトカプラーを点滅させるべきだと考えました。ところで、基板の配線を簡略化させるべく、トランジスターアレーを使いましたが、フォトカプラーの制御は、うまくいきました。今後作り直す際も、「桁信号」については、トランジスターアレーを使おうと思います。「コロン」「AM」「PM」表示部にもトランジスターアレーを使いましたが、正常に点灯し、「AM」「PM」の切り替えも正常に出来ていました。どうやら「FCM7002」自体は、正常に動作しているものと思われます。貴方からの返事をおまちしております。
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| Re:「FCM7002」でニキシー管時計を作ったが不発 |
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| 投稿者: O-Family ..2023/08/19(土) 22:25 No.14959 |
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> それぞれのニキシー管で、つねに「０」が点いたままだった為か、ニキシー管に電源を供給する回路のパワーFETが、とても熱くなってしまい、怖くなってすぐに止めました。
それは、点灯によって発熱しているのでは無く、使用しているコイルか回路に問題があるのではと思いますよ。
ニキシー管は放電なので電流量は少ないです。
> そこで考え直したのですが、「DS信号」をすべてのBCD出力に入れたことで、これがアクティブとなる「Ｌ」となると、「4028」の入力がすべて「Ｌ」となり、「0」が出力される為だとわかりました。
ブランキング信号の論理で、BCDが10以上にならないだけでは？
> ところで、基板の配線を簡略化させるべく、トランジスターアレーを使いましたが、フォトカプラーの制御は、うまくいきました。
私がフォトカプラーを使ったのは、貴重な時計用LSIを壊したくなかったためで、通常の設計ではマニュアルの参考回路のように直接トランジスタをドライブできます。
SN74141を使えば、もっと簡単ですけどね！
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| Re:「FCM7002」でニキシー管時計を作ったが不発 |
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| 投稿者: ゆきちゃん ..2023/08/27(日) 14:22 No.14972 |
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お久し振りです。あれから、「FCM7002」周辺の回路、「数字表示回路」を作り直しました。「FCM7002」から出力される「DS信号」を、インバーター「4049」で論理反転させ、この出力と、「FCM7002」のBCD出力から得られる「４」と「８」の出力を、それぞれアンド回路「4071」に入力させ、これらと「１」「２」の出力ともどもBCD→10進デコーダー「4028」に入力し、これの出力をフォトカプラーを点滅させるトランジスターアレーに入力する様にしました。そして、動かして見たところ、６桁すべてが停電があった事を示す「９」だけ点灯しました。それから時刻合わせをしたところ、表示がおかしくなってしまいました。もしかしたら、ダイナミック表示の為のマルチプレクサーの時分割タイミングを決める発信周波数が高すぎるのではないか？と考え、ここにつながっている抵抗を、思い切って470KΩと、高い値にして見ました。なんと、全６桁のニキシー管に、時刻などが正常に表示される様になったではありませんか！抵抗値が高すぎると考え、もうすこし低い値にしたところ、表示にゴーストが現れたので、330KΩと20KΩの半固定抵抗を入れる事で落ち着きました。コンデンサーも、100pFから150pFにしたところ、いい感じになりました。外部にデコーダーを必要とするこの「FCM7002」では、発振周波数をかなり低くしないと正常に表示されない様です。
一方、ニキシー管に電源を供給する回路のパワーFETとコイルが、とても熱くなるのが気になりました。貴方が製作されたものを参考に製作したのですが、明るさを調整する抵抗回路で560KΩ〜半固定抵抗100KΩ〜3.9KΩとしたとき、発熱がひどかったです。3.9KΩを4.7KΩにした後は、いくぶんおとなしくなりましたが、やはり熱いです。常時通電する「デジタル時計」として使える様にする為には、この問題を解決する必要があるといえます。発熱を抑える方法はないのでしょうか。貴方からの返事をおまちしております。
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| Re:「FCM7002」でニキシー管時計を作ったが不発 |
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| 投稿者: O-Family ..2023/08/27(日) 15:00 No.14973 |
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> 外部にデコーダーを必要とするこの「FCM7002」では、発振周波数をかなり低くしないと正常に表示されない様です。
これは「FCM7002」固有の問題ではなく、参考回路はLEDが標準になっているので、蛍光表示管やニキシー管、さらにはフィラメント表示管など、表示デバイスの応答速度によってスキャン周波数を変えるのが定石です。
応答速度はデバイスの資料に載っているものもありますが、実際に可変抵抗器で調整するのがベストでしょう。
私の「MM5311N」の回路でも、スキャン周波数は可変抵抗にしてあります。
スキャン周波数を高く設定できれば人間の目にチラつきを感じさせなくできますが、輝度が落ちたりゴーストが出たりしますので、デバイスに合わせて適当な位置で妥協してください。
> 貴方が製作されたものを参考に製作したのですが、明るさを調整する抵抗回路で560KΩ〜半固定抵抗100KΩ〜3.9KΩとしたとき、発熱がひどかったです。
製作ページにも記載していますが、コイルの選定とMC34063Aのコンパレータ入力にノイズが乗ると、DC-DCの波形が乱れてコイルやFETが過熱します。
基板の配線の長さや部品の配置、特にアース(GND)の取り回しによってノイズを押さえるのが重要です。
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| Re:「FCM7002」でニキシー管時計を作ったら動いた |
引用 |
| 投稿者: ゆきちゃん ..2023/09/23(土) 11:43 No.14977 |
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お久しぶりです。あれから、ニキシー管周りと、ニキシー管に電源を供給する部分を中心に、手直しを行いました。前者ですが、直列につなぐ抵抗と、プリバイアスを与える電源回路の抵抗値を倍程度に上げることで、ニキシー管電源回路に対する負荷を軽減させました。これによって、ニキシー管電源回路に流れる電流は減りましたが、対策前後でも、ニキシー管点灯時の電圧は変わりませんでした。後者ですが、明るさを調節する抵抗回路を560KΩ〜半固定抵抗100KΩ〜5.1KΩとした事で、最大出力時でも160Ｖ程度になってしまったものの、ニキシー管の点灯には問題なく、発熱はほとんど感じられないところまで下げることが出来ました。どうやら、ニキシー管が点灯しているときの電圧は一定になるにもかかわらず、直列につなぐ抵抗の値が低かったり、ニキシー管電源回路の出力電圧を高くしていた為、電流が流れすぎて、不必要に加熱させてしまっていた様です。ほか、若干気になるところはあるものの、現在、正常に動作しております。今回は、私の話を聞いていただき、まことにありがとうございました。今回採用した古い時計用IC「FCM7002」は、ラジオタイマー機能とアラーム機能を搭載している為、ニキシー管を表示デバイスにしたものの、タイマースイッチ機能とアラーム機能を搭載することが出来ました。しかし、ネット上でよく見掛けるニキシー管時計は、これらの機能が実装されているものは皆無といえます。だれか、今日日のマイコンを使って、タイマースイッチ機能やアラーム機能を搭載したニキシー管時計を作ってくれないかと思ってしまいます。貴方からの返事を、おまちしております。
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| Re:「FCM7002」でニキシー管時計を作ったら動いた |
引用 |
| 投稿者: O-Family ..2023/09/23(土) 18:11 No.14978 |
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詳細の回路はよくわかりませんが、とりあえず納得できる動作になってよかったです。
マイコンからの制御はどのようにでもできるのですが、管を配線する作業や、プリント基板にしても管の足の型に合わせた複雑なパターンを作るのが面倒で、そこまでして入手の難しいニキシー管の製作記事を書く元気がない所です。
ニキシー管も点灯すると寿命があるので、常点灯やアラーム・タイマーなどの本格的な用途に貴重な管を使うのは、ちょっと気が引けますね・・・
少しプログラムを習得して、自作してみてはどうですか！
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