時間の基準　１Ｈｚの発生

　時間の基準　１秒＝１Ｈｚを作る。

２００８年１２月３０日（火）

■超高精度クロックモジュールを利用した例
　１秒＝１Hzを作る　　
水晶発振子よりも、高精度なＫＴ－ＸＯを利用して１Ｈｚの波形を発生させます。
現状入手が容易な１２．８Ｍｈｚを発生させるキョーセラ製の発振モジュールです。
精度はエージングで±１ｐｐｍ／年、温度特性は±３ｐｐｍ／℃（－２０～６０℃）と高精度です。

出力はロジックレベルではありませんので、１０ＫΩの抵抗で電源に対して、発振振幅が中点に来るようにします。
発振モジュールには＋５ＶとＧＮＤを接続し、発振器の出力をＰＩＣマイコンのＣＫＩに接続します。
今回はＰＩＣ１６Ｆ８８を使用しました。
さて、１２．８Ｍｈｚをいかにして、１Ｈｚするかが、重要なところになります。
これには、１２．８Ｍｈｚの信号が１／４分周され、ＴＭＲ１のプリスケーラーで１／８分周し、さらにコンペアモードでスペシャルイベントトリガーを使用し、コンペア値に１９，９９９を設定します。
これで２０，０００カウントでカウンタがクリアされます。
これにより、５０ｍｓ毎に、ＣＣＰ１から割り込みが発生します。
割り込み処理ではこれを１０回カウントして、５００ｍｓ毎にポートを切り替えると１Ｈｚの信号が発生できます。

次の様にして５００ｍｓが生成されます。
１２．８Ｍｈｚ　→　１／４　→　１／８　→　２．５ｕｓ　×　２００００＝　５００ｍｓ

※１秒毎（０．５Ｈｚ）に出力を切り替えるにはコンペア値を３９，９９９に設定します。

●ソフトはこちらから、ダウンロードできます。　「１Ｈｚクロック発生モジュール．ＡＳＭ」

２００８年　３月　１日(土)

■時間の基準　１秒＝１Hzを作る　　
　最近、デジタルクロックを製作することになり、時間の基準である、１秒＝１Ｈｚをどのように作り出すか、色々試しておりました。簡単に製作するため
１Ｈｚを単純に発生させるデバイスを探しましたが、なかなか入手が出来ず、又、入手が容易なＲＴＣ（リアルタイムクロック）と呼ばれるものはＩ２Ｃインターフェースで制御が複雑です。
又、価格も、６００円と高価。

右の写真は２００８年２月に製作した大型のデジタルクロック。
２００８年９月２７日ロードショーの映画　「イキガミ」　で登場するはずです。

■TTLで構成した１Hzクロック発生回路　　
というわけで、自作でトライしてみました。ますば時計用の３２．７６８Ｋｈｚの水晶発振子
を入手しましたので、これを基にインバーターで構成した発振器と４ビットバイナリー
カウンター４個で１Ｈｚを作り出しました。

　●ＴＴＬで発振させる時のご注意事項
　・インバーターはアンバッファータイプを選択。７４ＨＣＵ０４とＵがついているもの。
　・Ｒｓ抵抗が無いと発振しない。
　・コンデンサの容量は大きくしないと発振しない。
　　２０Ｍｈｚ水晶の場合　２０ｐＦ程度のところ、４７～１００ｐＦが必要。
　・コンデンサの容量を大きくしすぎると発振安定に時間がかかる。
　以上のように低周波数の水晶は発振させるのに工夫が必要です。

次に分周器ですが、４ビットバイナリーカウンター×４連では２の１５乗で１:３２７６８と
なり１Ｈｚが得られます。
７４ＨＣ３９３は１４ピンでバイナリーカウンターが２個内蔵されておりますので、これを
２個、シリアルに接続しますと最大１:６５５３６の分周器となります。この１５ビット目が
１／３２７６８で１Ｈｚとなります。
この構成で、他の時計と比較したところ、約２４時間で１秒以内の誤差に収まっており、
まずまずの精度が確認できました。

■１Hz　クロックモジュールに仕上げる　　
　しかしながら、いまどき、ＴＴＬを３個も並べて、クロック発振はナンセンスということで、手元にあまる、ＰＩＣマイコンで１Ｈｚを発振するクロックモジュールを製作しました。
マイコンは８ピンのＰＩＣ１２Ｆ６２９です。１２Ｆ６８３が登場してから、パーツボックスで出番を待っていたデバイスです。このマイコンは８ピンで電源２ピンを除くとポートは６ポートしかありません。
これに外部発振として、水晶発振子を取り付けますと、残りは４ポート。１ポートはクロック出力として、残り３ポートは出力周波数の設定用としました。これにより、出力周波数は８種類から選択できる仕様になっております。
ＴＴＬをならべて、動作原理を把握しながら完成させるのもよいことですが、マイコンですと、ソフト数行で完成しますし、部品点数も減るのでとっても、便利です。
現状１Ｈｚを発生させる単純なデバイスが入手し辛いので、今回紹介しました内容で製作すると、時計を始め、データローガ、周波数カウンター等の時間を基準としたアプリケーションに活用できます。

■ソフトの動作について　　
　動作としては起動時、ポート１～３の値を読み取り、この値によりＴＭＲ０のプリスケーラ
を設定します。発振安定用のウェイト後、ＴＭＲ０をフリーランで動作させ、ＴＭＲ０が
オーバーフラグを発生させるたびに、ポート０を反転する単純なプログラムとなって
おります。BODEN設定は、電源投入タイミングにより、誤動作（発振しない）しますので
ＯＮにしております。

●発振周波数設定　
　※起動時にポートを読み取り設定される。
　次の８種類の値を設定する事ができます。
　４Ｐｉｎ　５Ｐｉｎ　６Ｐin
　　0　　　0　　　0　　 :　 0.125S
　　0　　　0　　　1 　　:　 0.250S
　　0　　　1　　　0 　　:　 0.500S
　　0　　　1　　　1 　　:　 1.000S
　　1　　　0　　　0 　　:　 2.000S
　　1　　　0　　　1 　　:　 4.000S
　　1　　　1　　　0 　　:　 8.000S
　　1　　　1　　　1 　　:　16.000S

　●ソフトはこちらから、ダウンロードできます。　「１Ｈｚクロック発生モジュール．ＨＥＸ」

今回はとっても、簡単な内容でしたが、入手困難なデバイスの代替やコスト低減への
対応として、良い結果が得られましたので紹介しました。