マゾ向け電波時計 - 回路概要

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ユニット

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この電波時計の回路は三つのユニットに分かれています。

メイン回路と電波受信ユニットのブロックダイアグラムは以下のようになります。

block diagram

PICマイコン

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メイン回路には40ピンのPICマイコンPIC16F887が二つ使われています。これは一つのPICではI/Oピン数が少なかったためです。左側をmira、右側をyuraという名前にしてあります。

miraは主にLEDマトリクスの行制御と桁制御の一部、JJY(標準電波)のタイムコードの解析、スピーカーの制御を行っています。

yuraは主にLEDマトリクスの桁制御、ボタンからの入力、表示内容の生成を行っています。

二つのPICは約1.5Mbpsのシリアル信号で常時通信を行っています。

miraにはパイロットLED、yuraにはステータスLEDがつながっており、これらは同時にエラー時のステータス表示にも用いられています。

LEDマトリクス

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LEDマトリクスは40×16、すなわち640個のLEDで構成されています。R1〜40は電流制限用の抵抗、U4とU5は行制御用のトランジスタアレイです。桁はダイレクトにPICのI/Oで駆動しています。

輝度はPWMで制御されています。このタイミングはmiraがソフトウェアで生成しています。

スピーカー

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miraのRE2には圧電スピーカーが接続されています。

音程、音色はmiraのソフトウェアで制御しています。

センサー・スイッチ

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R47は周囲の明るさを検知するためのCdSです。これはローパスフィルタを通じてyuraのAN7に接続され、A/D変換によってソフトウェアに取り込まれます。

S1,S2,S3,S4,S6,S7はプッシュ・スイッチです。ダイオードを通じてそれぞれ異なる行信号と接続され、押下時はその行信号に応じた信号がyuraのRE1に伝達されます。

D38はハードウェア・リビジョンをマイコンに伝えるためのダイオードです。

電波受信ユニット

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電波受信ユニットはU7、SM9501AVを中心としたユニットです。

受信する電波は JJY、40kHzあるいは60kHzです。電波形式はA1Bで、簡単に言うと電波が強いか弱いかで変調を行う形式です。変調波は1Hzのゆっくりとしたデジタル信号で、デューティ比で"1"や"0"などの符号をエンコードしています。この電波受信ユニットは、この電波をうけ、電波が強いときに "L"、弱いときに "H" を PIC マイコンに送ります。

受信信号の強度は受信位置やアンテナの向き、周囲の状況、時刻によってダイナミックに変わるため、これに追従しなければなりません。増幅、検波、復調を含め、デジタル信号としての出力までのこれらの回路を統合したのがこのSM9501というICです。このIC自体にデューティ比の計測や符号(タイムコード)の解析の機能はないため、解析は PIC マイコン側で行っています。

電波はANT1で受信され、ANT1とC11あるいはC11+C12のLC回路にて大まかに40kHzと60kHz付近を選局・受信します。

SM9501はストレート式受信機となっており、アンテナからの電波を増幅したあとU8およびU9のクリスタルフィルタで40kHzおよび60kHzのみを通過させた後検波し、C10によるLPF、C8/C9によるピーク・ボトム・ホールドを経て電波を二値化し、PICマイコンに伝達します。

JDMプログラマ

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JDMプログラマユニットについてはマゾ向け電波時計作り方その2 - JDMプログラマを参照してください。