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| PIC電圧計 |  |
| PICマイクロチップのA/D変換機能を活用したデジタル電圧計を作成した |
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| １．回路図 バージョンⅠ A/Dコンバータを搭載した最新高性能チップのPIC16F819を使用した ACCの電圧（11～15V）を20k+30kΩVR/10kΩにより分圧し、リファレンスはＶｄｄ（実測値 5.28V）として、10bitのADリザルトは上位8bit(ADRESH)を利用する これにより分圧する前の元電圧レベルでは0.1Vステップにて測定するようにセットすることとなり、メンドーな変換計算を省略しダイレクトで表示させている（0.1V変化するとADRESHの値は"1"変化させるようにしている） 測定範囲は、下は7V位から最大25.5Vまでとしており、７セグメントＬＥＤへはダイナミックで表示させている ポートＢの同時出力合計ＭＡＸは100mAであるため、１ポート当たり12.5mA以下となるようＬＥＤへの制限抵抗は470Ω （このとき出力電圧を5.7V(MAX)とすると約12.2mA）とした。（各ポートのシンク／ソース最大電流は25mA） 車の電圧測定は、ひとつの目安で良いことから高い精度を要求しないため、このような仕様で実用上十分と考える |
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| ２．ユニット ３端子レギュレターは出力１ＡのTA7805Fを採用した |
３．７セグＬＥＤ（裏面配線図） ７セグＬＥＤは、PARA LIGHT製カソードコモンの２桁(C-552SR)と１桁(C-551SR)とを組み合わせて３桁表示としている |
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| ４．各セグメントの配置図 リード線に対するセグメントの配置 シングル（１桁）だとコモンラインが上下の中央２カ所に出ている |
５．表示部７セグとドッキング ２層構造（クリアランスは１１mm）としてコンパクト化させるとともに、チップのソース書き換え頻度を考慮し、差し込みコネクタにより結合させ、脱着も容易にできるようにしている 上側の基板はスルーホールで右の余り部分はカットする |
６．チェック サーキットテスタにてチェック＆校正する 車載使用が目的であることから、小数第一位表示で十分だ ダイナミックによる７セグＬＥＤの点滅は８３Hz |
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| ７．１５Ｖ時 例えば、15.0⇔15.1のように、境界での小数第一位のちらつきを減少させるため、約２sec毎に測定させている |
８．ＡＣＣに接続 原動機を停止させた３分後の状態 ７セグＬＥＤの表示は「１３．０」で、このテスターとの比較でも両者の差は０．１Ｖ以内にセットしている この後バッテリー電圧は12.8Vまでドロップした |
９．フレーム作成 スモークのアクリル板（ｔ＝３）を加工してＬ型のスクリーン兼取付ステーを作成した 取付のキャップボルトはφ３で、上段の７セグＬＥＤ基板のみ固定している 下段のメイン基板はピンコネクトのため容易に脱着が可能 |
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| １１．車室内へインストール センターアンダーボックス右サイドに取付穴（φ３．３）を２個開ける |
１２．リベット止め ＥＴＣユニットを先に取り付けた後、ブラインドリベット（φ３．２）を打って固定 |
１３．正面視 電圧表示は常に表にある必要がなく、チェックするときだけボックスを開ければスマートで良好だっ |
| １４．インプレッション等 作業時間はトータルで約６時間（ソースの開発時間除く）、パーツ代は約￥２ｋ ３０分程度の長時間、駐車場にてエンジンを停止したままテレビ等を見ている機会があり、冬場では電圧降下が気になるところでした。 今回のコレは単なる電圧計ですが、初めて使用するPIC16F819の練習として作成したまでです。 PIC16F819は多機能チップであるため、LVPをオフにしないとRB3ポートがデジI/Oにならないなどコンフィグによる設定が多くなっており面食らったことや、ADコンバータを搭載しているPIC12F675とはADCONレジスタ内のGO/DONEビット位置等細部で微妙な違いがあり、最初は作動しない原因を探し出すのが困難でしたが、これらを克服し、とても奥が深い割に低価格でお気に入りチップの１つに加わりました。 v(^ _ ^ ) バッテリーは目一杯大型化していますが、必要な場合は電圧を監視することにより、エンジンを停止して無線を運用していたり、長時間安心してテレビ等を見ていられるようになりました。  |
| おまけ |
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表示方法の例 パターンＡ ／０．５Ｖステップ ① ＡＣＣが１１Ｖ未満だと赤を点滅させる ② ＡＣＣが１１Ｖ～１１．５Ｖ未満だと赤を点灯させる ③ ＡＣＣが１１．５Ｖ～１２Ｖ未満だと緑を点滅させる ④ ＡＣＣが１２Ｖ～１２．５Ｖ未満だと緑を点灯させる・・・エンジン停止中の無負荷 ⑤ ＡＣＣが１２．５Ｖ～１３Ｖ未満だと青を点滅させる ⑥ ＡＣＣが１３Ｖ以上だと青を点灯させる・・・・・・・・・・・エンジン始動中、正常発電であればコレ パターンＢ ○ フルカラーＬＥＤ１個を上記パターンで作動させる パターンＣ ○ 同色３個で電圧の高低により点灯個数を１～３個へ変化させ、要充電電圧以下だと点滅させる＆点滅回数・周期を変化させる |
| １５．チープ＆コンパクトバージョン ＡＣＣの電圧をＡ／Ｄ変換し解析することに変わりはないが、表示部を簡素化したチビッコ版の「電圧目安計」である 表示は３個のＬＥＤとし、配置するＬＥＤの色や点灯方法を工夫する |
１６．ユニット 写真は４ＷＤモニターのユニットであるが、Ａ／Ｄ→ＬＥＤ表示の基本は同一である |
| ＰＩＣ電圧計 Ⅱ |
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| １７．回路図 バージョンⅡ 部品点数削減モデル （図上にマウスポインタを置くと画像を切り替えます） ① ７セグＬＥＤ用のドライバートランジスタを省略し、電流をＰＩＣのポート（RA2：RA4）へ直接吸い込むようにする ② 外付けオシレータを廃止し、内蔵オシレータ（８MHz）を利用するようにする 改良するためには、電流を吸い込ませるポートRA2：RA4について、１ポート当たりの最大電流を２５mA以下に抑えることが必要であり、７セグＬＥＤの電流制限抵抗を８本すべて４７０→９１０Ω（以上）へ変更しなければならない これによりＬＥＤ１セグ当たりの電流は６．４→３．３mAとダウンすることから若干暗くなることが考えられる また、自動車に搭載する場合、変化する電圧範囲は１１～１５Ｖであることから中央の桁が”８”を示すことは無いので同時にＬＥＤは最大７個点灯することとなり、１ポートで受ける電流は３．３×７個＝２３．１mAが最大となる（Vddは５．０Ｖとする） 仮に、９１０Ωではなく手持ちの都合から１ｋΩを選択した場合、１セグ当たりの電流は３．３→３．０mAとさらに低下することとなるがこの程度であれば見た目に明るさは変わらないでしょう ただし、オシレータを変更するため及びRA2～RA4の出力形態をソース→シンクとするためにはバージョンⅠのプログラムを変更する必要がある 【ＡＤ変換による実電圧と表示電圧との相関関係】 本設定における入力ポート（RA0）での電圧と７セグ表示数値との関係（測定域における理論上）は次式による ｙ ： 表示数値， ｘ ： RA0電圧 とすると、 ｙ ＝ ５．１ｘ （RA0電圧 ｘ＝５．００ (V)のとき、表示数 ｙ＝２５．５） 自動車用バッテリ電圧の変動範囲は、１２．５±１．５Ｖ （１１～１４V）として、 中心電圧『１２．５』と表示させる場合のRA0電圧 ｘは、 ｘ＝ｙ／５．１ ＝１２．５／５．１ ＝ ２．４５１（Ｖ） ２．４５１は１２．５の１９．６％であることから、分圧比は１対５．１、つまり分圧抵抗は１０ｋΩ／４１ｋΩとなる なお、上記の式等は、プログラムソースにおいて決定しているところであり、クロスチェックとして実測により確認している |
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| １８．３桁７セグＬＥＤ 発光色は赤色、品番はC-533SR 寸法は、１９×２５×８（リード線除く） 少し小さい （\200） |
１９．裏面 品番最初の『Ｃ』はカソードコモンであることを表している |
２０．３桁ピンアサイン これはダイナミックドライブ用に設計されていることから、配線の手間が一部省略できる |
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| ２１．ダイナミックドライブのしくみ 例えば、『１２．５』を低速（0.5sec間隔）で表示させるとこのようなイメージになる 複数桁の７セグＬＥＤにおいて、１桁ごとに順番で表示させる「ずいずいずっころばし」戦法をダイナミックドライブ（動的表示）と呼んでいる これを高速で繰り返すと人間の目には残像として、あたかも常時、複数桁が表示されているかのように認識されるのである このメリットは、それぞれのＬＥＤを常時点灯させる場合よりも格段に少ない接続ライン数で済むことからドライブするポート数を節約できることや、大幅な省電力化を可能にする点である ビデオで７セグＬＥＤを撮影した時ちらつきが出るのは、ビデオが撮影している１秒当たりのフレーム数（１５～３０fps）によって高速で絵を捉えていることから、残像の影響を受ける時間が極めて短いためである 一方、写真を撮影した場合きっちり全桁写るのは、カメラのシャッタースピードより遙かに早い速度で点滅させているためである |
２２．ユニット 部品点数を削減した分、小型化が可能となった ３端子レギュレータを保護するため入力電圧を制限する抵抗（１２０Ω1/4W）を追加した ユニット全体での消費電流が計算上２５mA程度（実測平均値１７mA）であることから、この抵抗により約３V（約２V）ドロップさせる L78L05ACZであれぱ最大入力電圧は30Vなのでこの制限抵抗は省略しても構わない もし、レギュレータがC-MOSタイプだと、最大入力電圧が１２Ｖというものもあるので注意 重要：リファレンス電圧はＶｄｄとしていることから、レギュレータは安定して５．００Ｖに近い値を出力するものを選択しなければならない |
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| ２３．校正 サーキットテスタを睨みつつ、分圧の可変抵抗により校正してやる １１～１５Ｖの範囲内であれば、誤差は概ね±０．１Ｖ レギュレータの性能により、若干、揺らぐことはあるが、車両側の電圧は遙かに大きく変動するため結果的に全く影響なし |
２４．基板をカット 右側未使用部の基板をカットし小さくしておく 接続した電源の電圧をそのまま測定してしまうだけという、極めてシンプルなものである この仕様による測定可能範囲は、９～２３．５Ｖ |
２５．７セグＬＥＤ＆ＰＩＣを外した状態 ＬＥＤの取付は、９mm高のソケットでかさ上げした差し込み式とし、このスペースへＬＥＤへの制限抵抗を配置している 製作時間は約３時間、パーツ代は概ね\0.8kってところ |
| ２６．インプレッション等 ＬＥＤ１セグメント当たりの電流は約３mAですが、これはお世辞にも明るいとは言えません。 表示を明るくするためには、ＰＩＣ１６Ｆ８１９には未だRA1/OSC1/OSC2の３ポートに空きがあることから、これらを入力ポートとして利用し７セグのカソード側を各２ポートで受けるようにすることにより電流を２倍にする方法が残されています。 |
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