■ ATmega88PをRTC化　4桁LED 時計＋温度計の製作 ■


　近年のワンチップマイコンには、EEPROM（電気的に書き換えが可能なROM）が内蔵されるようになり、バッテリーによるメモリーのバックアップも必要性がなくなりました。
　しかし、時計機能を保持するには、マイコンを動作させ続けるか、RTC（Real Time Clock）モジュールを別に搭載しなければなりません。
　これまでのワンチップマイコンでは、消費電力も大きいので、長時間動作を保持させるには、大容量のバッテリーが必要でした。
　
　時代は省エネの流れのようで、AVRマイコンにも、型番の最後に(P)の付いた、ピコパワータイプが主流になっており、下記のような利点があります。
　　○通常動作時の消費電力を低減。（3/4〜1/2程度）
　　○スリープ動作時の消費電力を低減。
　　○スリープ動作中の漏れ電流が100nA未満。
　　○非常に低電力な、時計用32.768kHzクリスタル発振回路を搭載。
　
　そこで、流通量が増えてきたATmega88Pを、電源が切れた場合にRTC化させて、取扱が簡単な「電気二重層コンデンサ」で、長時間のバックアップが可能な、デジタル時計を製作してみました。
　これで、もうRTC（Real Time Clock）モジュールは不要です！


回路の解説
　
１．電源回路
　
　・５VのACアダプターから電源を供給します。
　・バッテリーは、「電気二重層コンデンサ」を基板上に搭載しているので不要です。
　・「電気二重層コンデンサ」は、メモリー効果もないので、部品の寿命まで交換の必要がありません。

２．AVRとクロック
　
　・AVRマイコンは、ATmega88P-20PUを使用し、動作クロックは、1MHzの内蔵RC発振器を使用
　　しています。
　・時計用32.768kHzクリスタルを、Timer2の発振回路に使用し、時刻をカウントする1Hzを得ています。
　・20PFのトリマーコンデンサで、1日の誤差を見ながら、日差を修正して下さい。
　
　・オプションで、「超高精度クリスタルモジュール12.8MHz」も使用することができます。
　　（時計精度は向上しますが、クリスタルモジュールの消費電力が大きいため、バックアップ時間は
　　　極端に短くなります）
　　（プログラムの変更も必要です。現在は未対応）

３．バックアップ回路
　
　・5V電源は、LEDのドライブ回路にのみ、直接接続されています。
　
　・5V電源から、ショットキーダイオードで逆流を防止し、抵抗で電流制限をしてから電気二重層
　　コンデンサに充電されます。
　・上記の電源が、AVRマイコン部の主電源になります。

　・外部電源の監視は、5V電源からショットキーダイオードと抵抗器で、電圧をAVRの主電源レベル
　　にまで落とし、AVRのA/Dコンバータで電圧を計測しています。
　・外部電源が遮断されると、AVRはすべてのポートを開放し、スリープ（パワーセーブモード）に
　　移行します。
　・32.768kHzクリスタル発振回路とTimer2は動作し続けるので、1Hz（1秒）の割り込みで再起動され、
　　時刻のカウントのみをした後、再度外部電源を調べて、遮断状態ならば、またスリープ動作に
　　入ります。
　・外部電源が復旧した場合は、AVRをスリープ以前の状態に戻して、通常動作に戻ります。

４．LED表示回路
　
　・AVRがスリープ動作に入るため、LEDのドライブ回路は、すべて (L) アクティブです。
　・よって、7セグメントLEDは、アノードコモンタイプを選択し、高輝度のPARA LIGHT社
　　A-551SRD（赤）やA-551UB（青）を推奨します。
　　（別型番のLEDを使用する場合は、セグメントの電流制限抵抗を調整して下さい）
　・コモン(COM)のドライブは、PNPトランジスタでドライブしています。
　　（別型番のLEDを使用する場合は、ベース電流の抵抗値も考慮して下さい）
　
LN516RA TUR363 A-551SRD
（赤）		 A-551UB
（青）
　

５．LEDの輝度調整（ディマー）回路
　
　・周囲の明るさを感知するために、CDSを使用しています。
　・CDS回路の電圧値をA/D変換し、LEDのコモン(COM)信号のパルス幅を、Timer0のPWM動作で
　　調整しています。　（0.5秒周期で更新）
　・CDSに並列接続してある半固定抵抗器で、暗さに対する感度調整が行えます。
　
　・自動輝度調整（ディマー）が不要な場合は、CDSのみを取り外すことで、半固定抵抗器が
　　輝度設定に使用できるようになります。

６．温度測定回路
　
　・温度の測定は、回路が簡単な、専用の温度センサーIC (LM61BIZ) を使用しています。
　・温度の測定には、A/Dコンバータの基準電圧を1.1Vで使用しているため、上限が＋50℃までに
　　制限されます。
　・下記LM61CIZも使用できます。
　　　LM61BIZ　-25℃〜+85℃　±3℃
　　　LM61CIZ　-30℃〜+100℃　±4℃

７．操作スイッチ回路
　
　・スライドスイッチで、5V電源を遮断することができます。
　・表示操作は、汎用のタクトスイッチを、基板上に取り付けることができます。


回 路 図 　GIF版　M88PcktCir.gif　(196KB) 　PDF版　M88PcktCir.pdf　(277KB)

部品配置図 　GIF版　M88PcktPcb.gif　(117KB) 部品表
アートワーク 　GIF版　M88PcktAW.gif　(93KB) 　
　　　注意！ この図面を使用した、いかなる損害にも責任を負いません。
プログラム 　テキスト形式 ソースファイル 　M88Pckt102.TXT　(42KB)
　ＢＡＳＣＯＭ-ＡＶＲ用 ソースファイル 　M88Pckt102.bas　(42KB)
　インテルHEX形式 オブジェクトファイル 　M88PCKT102.HEX　(11KB)
　
　◎BASCOM-AVR試用版の場合は、[Options]→[Compiler]→[Output]の、[Optimize code]に
　　　チェックを入れて下さい。
　
　注意！　著作権は放棄しておりませんので、販売目的での使用は絶対にしないで下さい。



　
基板 前面
　
　基板 後面

　
プリント基板 (Rev.1)
　
基板 部品面
　
基板 ハンダ面


AVRマイコン ATmega88の、ヒューズ ビット書き換え
　
今回の製作では、ヒューズ ビットを工場出荷状態のまま使用しますので、変更の必要はありません。


製作について
　
・部品表は、部品の背が低い順に記載してありますので、この順番に取り付けて行きます。
　
・ジャンパー線は、すずメッキ線や、被覆電線を使用して下さい。
・1/4W抵抗器は、４目 (2.54X4 = 10.16mm) ピッチで両端を折り曲げて取り付けます。
・1/6W抵抗器は、２目 (2.54X2 = 5.08mm) ピッチで両端を折り曲げて取り付けます。
　（オプション未使用時は、オプション部品をいっさい取り付けないで下さい）
・セラミックコンデンサと積層セラミックコンデンサは、2.54mmピッチの物が取り付け可能です。
・電解コンデンサは、背が高いため、横に寝かせて取り付けます。 （極性に注意して下さい）
・トリマーコンデンサは、取付方向に指定はありません。
・ショットキー・ダイオードは、３目 (2.54X3 = 7.62mm) ピッチで両端を折り曲げて取り付けます。
・トランジスタと温度センサーICは、部品配置図の向きに合わせて取り付けて下さい。
・CDSは、高さと向きを、用途に合わせて考慮して下さい。
・32.768kHzクリスタルは、横に寝かせた状態で、両面テープや接着剤で固定すると安定します。
・ICソケットは、必要に応じて取り付けます。（AVRマイコンを、直接ハンダ付けすることも可能です）
・電気二重層コンデンサは、発熱を考慮し、基板から2mm以上浮かして下さい。
　（極性に注意して下さい）


操作方法
　
１．電源投入
　
　・電源が投入されると、4桁のLEDに現在のプログラム・バージョンが、下位桁を点滅しながら
　　表示されます。
　　（初めての電源投入時と、電気二重層コンデンサの容量が無くなった場合に表示されます）
　・[SW2] を押すと、時刻設定がすべて0の状態で、時計動作に入ります。
　
　・バックアップ状態からの電源再投入は、電源が遮断される前の状態で動作開始します。
　・電気二重層コンデンサは、半日ほど充電することで、1週間のバックアップを確認しています。
　　（充電所要時間と、さらに長時間のバックアップ期間は確認中です）
　
※ 追記
　・長時間のバックアップテストで、16日間のバックアップに成功しました。
　・電気二重層コンデンサの電圧が1Vを切ったところで、AVRが停止したようです。
　
　・2.7Vを切ったのが7日目、1.8Vを切ったのが12日目だったので、少なくとも1週間〜10日間は
　　保証できそうです。
　
２．表示の切り換え操作
　
　・スイッチの操作により、下記のように表示が切り替わります。
　
スイッチ番号 表示内容　（同一スイッチで左右の動作が切り替わります）
SW1 表示ON 表示OFF （D.P.（小数点）のみが点滅します）
SW2 [時分] 　[分秒]
SW3 [月日] 8秒間 [時分] 表示 + 2秒間 [月日] 表示
SW4 [温度] 8秒間 [時分] 表示 + 2秒間 [温度] 表示


時刻　（24時間制）
時刻　（12時間制）

日付
温度

　・[SW2] と [SW3] を同時に押すことで、時間表示を、12時間制と24時間制に切り換えることが
　　できます。
　・この設定は、内蔵EEPROMに記憶されますので、バックアップが切れた後も残されています。
　
３．時刻設定モード
　
　・[SW2] と [SW4] を同時に押すことで、時刻設定モードに入ります。
　　（年は、西暦２０００年から２０９９年までの範囲で対応しています）
　
　・時刻設定モードに入ると、下記の順に設定できる項目が点滅表示されます。
　　　年（下位2桁） → 月 → 日 → 時 → 分 → 終了
 　
　・[SW3] で、設定値が増加し、１秒以上押し続けると早送りになります。
　・[SW4] で、設定値が減少し、１秒以上押し続けると早送りになります。
　 
　・[SW2] を押すと、次の項目に移ります。
　
　・分の設定が終わると、秒を00にして通常の時刻表示に戻りますので、秒の単位まで合わせる
　　場合には、00秒になった後に [SW2] を押します。
　
４．1.1V基準電圧の校正モード
　
　・A/Dコンバータ用の、内蔵1.1V基準電圧は、AVRチップにより1.0V〜1.2Vの範囲の誤差が
　　あります。
　・この誤差は、温度表示に影響が出ますので、プログラムで校正をすることで、温度表示の誤差を
　　少なくすることができます。
　
　・[SW1] と [SW4] を同時に押すことで、基準電圧の校正モードに入ります。
　・LEDに [r1.XX] が表示され、下位桁が点滅します。
　・この状態で、基板ハンダ面の [Ref TP]（AVRの21ピン）と [GND] 間の電圧を測ります。
　

　・測定した電圧値（1.00V〜1.20V)を、[SW3] と [SW4] で設定して下さい。
　・[SW2] を押すと、設定が終了します。
　
　・この設定値は、内蔵EEPROMに記憶されますので、バックアップが切れた後も残されています。


○パーツの参考資料
　・プリント基板　　「サンハヤト」　感光基板 40K ガラスコンポジット 片面 1.0tｘ75ｘ100mm
　
◎ このプリント基板と、書き込み済みAVRを、実費頒布しております。
　
　　● 基板・部品の頒布室 ●



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