Arduino Pro MiniとDS1302 RTCで作る高精度7セグメント時計

必要な部品と材料

部品	数量	備考
SparkFun Arduino Pro Mini 328 - 5V/16MHz	1
DS1302 RTCモジュール	1	ICソケットと水晶を外して基板実装
CR1220電池とホルダー	1	RTCバックアップ用
コンデンサ 0.1μF 1206 SMD	1
コンデンサ 10μF 1206 SMD セラミック	1
タクトスイッチ（上面操作・12mm）	4	ボタンキャップ付き推奨
3A ミニDC-DCステップダウンコンバーター	1	電源用
0.28インチコモンカソード 4桁7セグメントLED	36	6桁×6列＝36個
MAX7219 DIP IC	18	1チップで2個の4桁表示を制御
ブザー	1	アラーム音用
マシンヘッダー（オス・メス）	1セット	40ピン×8ストリップずつ
DC電源ジャック（5.5×2.1mm）	1	パネルマウントタイプ

Hackaday.ioでFrugha氏が作った美しい7セグメントLEDアレイ時計を見て、自分も作りたくなりました。しかしオリジナルは0.56インチ表示器を使っており、かなり大型です。そこで0.28インチ表示器を採用し、サイズを約1/4にコンパクト化しました。

ソフトウェアは一から書き直し、アラーム機能と時刻・日付・アラーム設定用の設定画面を追加しました。

（元記事に動画リンクあり）

4つのボタンで操作します。一番上のSELECTボタンで設定画面に入り、現在選択中の項目が点滅します。SELECTを押すごとに「時刻」「日付」「アラーム」「曲調」「輝度」「日付形式」「時計」の順で切り替わります。

2番目のENTERボタンで選択項目の設定モードに入り、複数の設定がある場合はENTERで項目を切り替えます（点滅中の項目が対象）。点滅中に上下のUP/DOWNボタンで値を変更します。

通常表示時にENTERを押すと、日付画面が5秒間表示されます。

設定画面の「日付形式」で「DD-MM（日-月）」か「MM-DD（月-日）」、およびフォント（標準/スクエア）を選べます。

基板設計を簡略化するため、オリジナルの1桁表示器ではなく4桁表示器を採用。0.28インチは小さいため、MAX7219チップを別基板（マザーボード）に配置し、マシンヘッダーで柱状モジュールと接続する構造にしました。

Eagle設計ファイルを同梱しています。業者発注も自作（トナー転写法など）も可能です。

6枚の柱状モジュールを作ります。各モジュールには6個の4桁表示器（計24桁）を実装。マシンヘッダー（オス）を半田付けする際は、中央から外側に向かって作業し、マッチ棒などでソケットを浮かせてピンを半田付けすると楽です。細いコテ先と0.5mm半田を使用推奨。

完成後、表示器の枠をマットブラックで塗ると、隙間の白いエッジが目立たなくなります。またマジックで各モジュールに番号を振っておくと、マザーボードへの挿し間違いを防げます。

PCBレイアウトをシンプルにするため、MAX7219のセグメント/ディジット配線を表示器のピン配列に合わせず、ソフトウェア側でマッピングを吸収しています。

メスソケットを半田付けする際は、先に柱状モジュールのオスピンにソケットを嵌めてから基板に半田付けすると、ピン位置が完璧に合います。外す際も番号通りに戻せばOKです。

マイコンボードにはArduino Pro Mini、RTC、電源回路、ボタン類を実装。4つのボタンと2つのSMDコンデンサは基板裏面に、その他は表面に実装します。低背化のため、Pro MiniのFTDIピンヘッダーは基板に直接半田付けし、DTRとVCCから2本の配線で基板パッドに降ろしています。

前面・背面のSTLファイルを同梱。レイヤー高さ0.2mm、ブリムありでプリント。前面のみサポート材あり（ビルドプレート接触のみ）。

MAX7219マザーボード＋柱モジュールを前面からスライド挿入。緩い場合はマスキングテープで調整。

MPUボードはホットボンドで背面ケースに固定。

MD_MAX72XXライブラリをArduino IDEのライブラリマネージャからインストールしてください。

動作確認用にHardware_Test_V1.inoを用意しました。全セグメント点灯で配線ミス・断線をチェックできます。問題なければClock_V4.inoを書き込んでください。

Eagle形式の基板データ：eagle_files_KPhUOj6Ezv.zip

製造プロセス