Arduinoで作るレトロNumitron管時計：シンプル、信頼性高く、省エネ

部品と材料

部品	数量	備考
Arduino Nano R3	1
Maxim DS3231M（±5ppm、I²C RTC）	1
TPIC6C595シフトレジスタ（ハイカレントドライバー）	4
IV9 Numitron管（4桁表示）	4
汎用LED（秒表示用）	2
コンデンサー 100nF（デカップリング）	4
1N4007ダイオード（高耐圧・大電流）	2
スライドスイッチ（電源/輝度切替）	1
抵抗 1kΩ（電流制限）	1

必要な工具と機器

• はんだごて（汎用）
• 鉛フリーはんだ

アプリとオンラインサービス

• Arduino IDE

プロジェクト概要

Arduino Nano、DS3231リアルタイムクロックモジュール、TPIC6C595シフトレジスタで駆動するスタイリッシュなNumitron管時計の製作ガイドです。発熱が少なく信頼性の高い表示で、時刻、日付、年、周囲温度を30秒ごとに表示します。

元ネタはこのGitHubリポジトリ。初回製作時にいくつかの問題に直面しました：74HC595シフトレジスタが総電流消費で70mA定格を超えて過熱し、プログラムがブロッキング遅延を使用していたためRTC読み取りが分に1回しか行われませんでした。

ハイカレント対応のTPIC6C595ドライバーへの切り替えと、millis()を用いたノンブロッキングタイミングへのファームウェア改修により、リアルタイム更新、Numitron管の低温動作、さらにはディスプレイを薄暗く点灯する省電力モードを実現しました。

主な特長：

• IV9 Numitron管4本とTPIC6C595ドライバー4個のみで構成
• DS3231が高精度時刻保持と温度センサーを兼ね、外付け温度計不要
• スライドスイッチでLED秒表示のON/OFFと表示輝度調整が可能
• 全パーツが安価で入手容易、DIY愛好家に最適

回路組み立てとコード書き込み後、装飾的なケースに収めれば、あらゆるワークショップやディスプレイケースで会話の種になる逸品です。

コード

• Arduinoコード

Arduinoコード

#include <RTClib.h> // DS3231用温度付きRTC
RTC_DS3231 rtc;
#include <Wire.h> // I2C配線
#include <TimeLib.h> // 時間関数
#include <Time.h> // 時間ライブラリ
#include <DS1307RTC.h> // 追加RTCサポート
#include <SPI.h>

#define led 7
const int latchPin = 13; // TPIC6C595ラッチピン
const int clockPin = 10; // クロックピン
const int dataPin = 11;  // データピン

unsigned long previousMillis = 0;      // 最後の表示更新
unsigned long previousMillisDiode = 0; // 最後のLEDトグル
const long interval = 30000;           // 表示更新間隔（30秒）
const long intervalDiode = 500;        // LED点滅間隔

// Numitron管セグメントパターン
const int nums[12] = {
  0b10111110, // 0
  0b00000110, // 1
  0b01111010, // 2
  0b01101110, // 3
  0b11000110, // 4
  0b11101100, // 5
  0b11111100, // 6
  0b00001110, // 7
  0b11111110, // 8
  0b11101110, // 9
  0b11001010, // °C表示用
  0b10111000  // °C小数点用
};

// パース済み時刻・温度保持変数
int hour1, hour2, minute1, minute2, day1, day2, month1, month2, year1, year2, year3, year4, temp1, temp2;
int hourDecimal, minuteDecimal, dayDecimal, monthDecimal, year70, tempDecimal;

void setup() {
  pinMode(led, OUTPUT);
  pinMode(latchPin, OUTPUT);
  pinMode(clockPin, OUTPUT);
  pinMode(dataPin, OUTPUT);
  Serial.begin(9600);
  SPI.begin();
  digitalWrite(clockPin, LOW); // クロック開始時Low
}

void loop() {
  tmElements_t tm; // DS1307RTCライブラリ構造体
  RTC.read(tm);    // 現在時刻と温度を読み取り
  
  // 桁ごとに分解
  hourDecimal = tm.Hour / 10;
  hour1 = hourDecimal;
  hour2 = tm.Hour - 10 * hourDecimal;
  minuteDecimal = tm.Minute / 10;
  minute1 = minuteDecimal;
  minute2 = tm.Minute - 10 * minuteDecimal;
  dayDecimal = tm.Day / 10;
  day1 = dayDecimal;
  day2 = tm.Day - 10 * dayDecimal;
  monthDecimal = tm.Month / 10;
  month1 = monthDecimal;
  month2 = tm.Month - 10 * monthDecimal;
  year70 = tm.Year - 30;
  year1 = 2;
  year2 = 0;
  year3 = year70 / 10;
  year4 = year70 - 10 * year3;
  tempDecimal = rtc.getTemperature() / 10;
  temp1 = tempDecimal;
  temp2 = rtc.getTemperature() - 10 * tempDecimal;
  
  // 秒LEDトグル
  if (millis() - previousMillisDiode >= intervalDiode) {
    previousMillisDiode = millis();
    digitalWrite(led, !digitalRead(led));
  }
  
  // 30秒ごとに日付/年/温度をローテーション表示
  if (millis() - previousMillis >= interval) {
    previousMillis = millis();
    
    // クリア（ブリージング効果）
    digitalWrite(clockPin, LOW);
    SPI.transfer(0b00000000);
    SPI.transfer(0b00000000);
    SPI.transfer(0b00000000);
    SPI.transfer(0b00000000);
    digitalWrite(clockPin, HIGH);
    delay(500);
    
    // 日付表示（月/日）
    digitalWrite(clockPin, LOW);
    SPI.transfer(nums[month2]);
    SPI.transfer(nums[month1]);
    SPI.transfer(nums[day2]);
    SPI.transfer(nums[day1]);
    digitalWrite(clockPin, HIGH);
    delay(1500);
    
    // クリア
    digitalWrite(clockPin, LOW);
    SPI.transfer(0b00000000);
    SPI.transfer(0b00000000);
    SPI.transfer(0b00000000);
    SPI.transfer(0b00000000);
    digitalWrite(clockPin, HIGH);
    delay(500);
    
    // 年表示（下2桁）
    digitalWrite(clockPin, LOW);
    SPI.transfer(nums[year4]);
    SPI.transfer(nums[year3]);
    SPI.transfer(nums[year2]);
    SPI.transfer(nums[year1]);
    digitalWrite(clockPin, HIGH);
    delay(1500);
    
    // クリア
    digitalWrite(clockPin, LOW);
    SPI.transfer(0b00000000);
    SPI.transfer(0b00000000);
    SPI.transfer(0b00000000);
    SPI.transfer(0b00000000);
    digitalWrite(clockPin, HIGH);
    delay(500);
    
    // 温度表示（°C）
    digitalWrite(clockPin, LOW);
    SPI.transfer(0b10111000); // 小数点
    SPI.transfer(0b11001010); // °C記号
    SPI.transfer(nums[temp2]);
    SPI.transfer(nums[temp1]);
    digitalWrite(clockPin, HIGH);
    delay(1500);
    
    // 最終クリア
    digitalWrite(clockPin, LOW);
    SPI.transfer(0b00000000);
    SPI.transfer(0b00000000);
    SPI.transfer(0b00000000);
    SPI.transfer(0b00000000);
    digitalWrite(clockPin, HIGH);
    delay(500);
  } else {
    // 通常時刻表示（HH:MM）
    digitalWrite(clockPin, LOW);
    SPI.transfer(nums[minute2]);
    SPI.transfer(nums[minute1]);
    SPI.transfer(nums[hour2]);
    SPI.transfer(nums[hour1]);
    digitalWrite(clockPin, HIGH);
  }
}

回路図