Arduino DCF77アナライザークロック MK2：60LEDリングでタイムコードを可視化する高精度電波時計

必要な部品と材料

部品	数量	備考
Arduino Nano R3（またはUno）	2	Superfilter側は水晶発振子搭載必須（セラミック発振子不可）

詳細な部品リストは作者サイトを参照。

プロジェクト概要

直径12インチ（305mm）の大型ダイヤルに、60個のLEDを2重リング（内側・外側）で配置し、DCF77電波のタイムコードをリアルタイム可視化するアナライザークロックです。

主な機能

• 内側リング（60LED）：受信中のタイムコードをビット単位でリアルタイム表示（次分のデータ）
• 外側リング（60LED）：前分がエラーなく受信できていれば現在時刻を表示
• ステータスLED 24個：デコーダー状態、同期状況、エラー情報を表示
• 大型7セグメント 8桁 ×2：デコード済み時刻・日付を表示
• 小型7セグメント 8桁 ×2：パルス幅、ビット情報、エラー詳細を表示
• デュアルCPU構成：Atmega328×2（アナライザー用＋Udo Klein Superfilter用）
• Superfilter機能：高度な信号処理、水晶発振子の自動チューニング、合成信号出力
• 音声機能：JQ6500サウンドモジュール×2で秒針音・正時チャイム・四半期チャイムを再生

オリジナル（Erik de Ruiter版）からの主な変更点

• Arduino Uno互換基板を2枚自作（Uno＋Mega構成から変更）
• 安価な中国製7セグメント/ドットマトリクスモジュールを採用（コード修正済み）
• 音声モジュールをAdafruit製からJQ6500×2に変更（ライブラリ修正必要）
• デコーダーLED用に第3のドットマトリクスモジュールを追加
• SuperfilterにステータスLED追加、PWM輝度制御をアナライザー側CPUで実施
• 全LEDを3mm径統一、輝度マッチング済み
• 単一LDRで4系統（リング/大型7セグ/小型7セグ/Superfilter）の輝度を独立制御
• 温度・週番号表示を省略、コード簡略化
• Superfilterモードを「合成/非合成」のみに簡略化
• DCF77音声を「0=100ms、1=500ms」ビープ音に調整し識別容易化

操作スイッチ（7つ）

ヒンジ付きドア内側（レトロ版）または側面カットアウト（モダン版）に配置：

• 秒針音 ON/OFF
• 秒針音量 UP/DOWN（非ロック）
• チャイムモード：OFF / 24時間 / タイマー（05:15〜23:00）
• チャイム音量 UP/DOWN（押すたびにテスト音再生）
• DCF77ビープ音 ON/OFF
• リセット：Superfilter / アナライザー（非ロック）
• DCF77信号源：OFF / アナライザー直結 / Superfilter経由

ハードウェア構成のポイント

回路図

メイン基板、ドットマトリクスモジュール、7セグメントモジュールの3枚構成。フルサイズ回路図（4000×4000）も公開。

Atmega328ピン配置

カスタムベロボードに2チップ実装。Superfilter側は水晶発振子必須（Unoへの水晶追加方法参照）。

ベロボードレイアウト

メイン基板（Arduino×2、JQ6500×2、第3マトリクス）と小型ブレークアウト基板をベロボードで自作。モジュール間はヘッダーコネクタで接続、スイッチパネルのみ直結でメンテナンス性確保。

市販モジュールの活用と改造

• LM2596レギュレーター：5V出力に調整（事前調整必須）
• DS3231 RTC：温度補償付き、充電池を非充電式に改造（R5抵抗除去）
• MAX7219ドットマトリクス：LEDマトリクスを取り外し、90°ピンヘッダーを半田付けして外部LED接続用に改造
• MAX7219 7セグメント（0.56"/0.39"）：10μFコンデンサ追加、保護ダイオードをジャンパー線に置換（デイジーチェーン時の電圧降下対策）
• JQ6500：チャイム用（シリアル制御）と秒針用（ハード制御）で2台使用
• DCF77受信モジュール：PV Electronics製（入手困難、代替品検討要）

配線ジグの自作

約400本の配線を効率よく行うため、ダイヤル図面を印刷した紙を木板に貼り、3mmドリルでLED位置に穴を開けたジグを作成。LEDを仮固定して配線し、完成後にダイヤルへ移植。

LEDリング配線手法

8個ずつのブロックでアノード共通、カソードを次ブロックへリレー配線。MAX7219の1セグメント＝8LEDに対応。内側/外側リングとも同手法。使用LEDはVishay TLH44シリーズ（高効率、3mm拡散型、輝度ランク統一）。

Superfilterの動作原理

Udo Klein氏のSuperfilterは、受信信号をサンプリングして位相を学習し、ノイズ混入時や信号欠落時でも正しいタイムコードを合成出力します。水晶発振子の周波数ドリフトも自動補正し、電波不在時でも長期間精度を維持。

ダイヤル製作

アルミ板1.5mm厚から切り出し、約700個の穴あけ・切削を手作業で実施。CAD（TurboCAD）で設計し、インクジェット透明ウォータースライドデカール紙に印刷して転写。アクリルマットバーニッシュで保護。

ケース

• レトロ版：古い掛け時計ケースをレストア（オーク材周り、黒塗り背面箱）
• モダン版：大型フォトフレーム＋自作背面箱、スピーカー・スイッチを側面に配置

コード

• JQ6500ライブラリ（要修正）
• アナライザー側コード：DCF_77_ANALYZER_CLOCK_Mk2_43.zip
• Superfilter側コード：Superfilter07DCF77AnalyzerMK2.zip

JQ6500ライブラリのJQ6500_Serial.cpp 263行目付近に if(!responseBuffer && !bufferLength) return; を追加し、チャイム再生時のブロッキング待ちを回避。

CADデータ・音声ファイル

• ダイヤル設計図：turbocad_drawings_TESmpq119g.zip
• チャイム音源：bell_wYLvJG1pUl.zip
• 秒針音源：tick_tock_FLj9XHTJoB.zip

回路図

• メイン基板
• MAX7219ドットマトリクス→LED配線
• MAX7219 7セグメントモジュール配線