【ESP32で電子工作】デジタル時計の作成(1)【プリント基板の作成】

時計を表示させるための回路とプログラミング

今回は、自宅に置けるデジタル時計を作成していきます。
目標は以下のような仕様を目指します：

ネットワーク接続による時刻自動調整とRTCでの時刻保持
壁掛け型で視認性の高い時計

準備するもの

部品名	個数	購入先	URL
LCD表示ユニット TZ-250A	6	ORIGINAL MIND	商品ページ
ESP32-WROVER DevKitC	1	秋月電子 / Amazon	秋月 / Amazon
RTCモジュール RTC-8564NB	1	秋月電子	商品ページ
I2C I/Oエキスパンダー MCP23017	3	秋月電子	商品ページ
ユニバーサル基板 Cタイプ	2	秋月電子	商品ページ
配線材	多数	家のストック

LCDパネルをオリジナルマインドで見つけて衝動買いしてから始まったこのプロジェクト、ようやく形になってきました。こんなLCDパネル見つけたら使ってみたくなっちゃいますね♪

回路図の設計と回路の作成

LCD表示ユニットを6枚も使用するので、ESP32のピン数が足りません。そのため、I/Oエキスパンダーを用いて、一つのマイコンで複数のLCDユニットを制御します。

以下の画像が設計した回路図です。

基板は2枚に分けて、重ねて使用しています。

ジャンパ配線などで多少見た目は雑になっていますが、機能的には問題ありません。

プログラムの作成と動作

Arduino IDEを使ってプログラムを作成。
インターネット経由でNTPサーバから現在時刻を取得し、RTCに書き込んで時間を保持。
LCDは各I/Oエキスパンダーを通じて表示させます。

プログラムの処理概要：

ライブラリ読み込み、変数定義
WiFi接続
NTPから現在時刻取得、RTCに書き込み
LCD初期化と表示制御
ループでRTCからの時刻取得とLCD出力

上記の仕様でプログラムを作成しました。

作成したプログラムは以下のようになります。 ※長いので冒頭のみ、クリックで全文見れます。

#include <WiFi.h>
#include <Wire.h>
#include<time.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include "Adafruit_MCP23017.h"
Adafruit_MCP23017 mcp0;
Adafruit_MCP23017 mcp1;
Adafruit_MCP23017 mcp2;
char *ssid = "SSID";
char *pass = "PASSWORD";

★クリックして全文コードを表示

#include <WiFi.h>
#include <Wire.h>
#include<time.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include "Adafruit_MCP23017.h"
Adafruit_MCP23017 mcp0;
Adafruit_MCP23017 mcp1;
Adafruit_MCP23017 mcp2;
char *ssid = "SSID";
char *pass = "PASSWORD";
int ihour, imin, isec, i;
int h1, h2, m1, m2, s1, s2;
char hour, minute, sec;
int RegTbl[16];
byte RTC8564 = 0x51;
struct tm timeInfo;//時刻を格納するオブジェクト
char s[20];//文字格納用

int s0_D0_Pin = 0; //データライン0 out
int s0_D1_Pin = 1; //データライン1 out
int s0_D2_Pin = 2; //データライン2 out
int s0_D3_Pin = 3; //データライン3 out
int s0_Bsy_Pin = 4; //BUSY信号　in
int s0_Rst_Pin = 5; //RESET信号　通常LOW out
int s0_Str_Pin = 6; //STROBE信号 out

int s1_D0_Pin = 8; //データライン0 out
int s1_D1_Pin = 9; //データライン1 out
int s1_D2_Pin = 10; //データライン2 out
int s1_D3_Pin = 11; //データライン3 out
int s1_Bsy_Pin = 12; //BUSY信号　in
int s1_Rst_Pin = 13; //RESET信号　通常LOW out
int s1_Str_Pin = 14; //STROBE信号 out

int s2_D0_Pin = 0; //データライン0 out
int s2_D1_Pin = 1; //データライン1 out
int s2_D2_Pin = 2; //データライン2 out
int s2_D3_Pin = 3; //データライン3 out
int s2_Bsy_Pin = 4; //BUSY信号　in
int s2_Rst_Pin = 5; //RESET信号　通常LOW out
int s2_Str_Pin = 6; //STROBE信号 out

int s3_D0_Pin = 8; //データライン0 out
int s3_D1_Pin = 9; //データライン1 out
int s3_D2_Pin = 10; //データライン2 out
int s3_D3_Pin = 11; //データライン3 out
int s3_Bsy_Pin = 12; //BUSY信号　in
int s3_Rst_Pin = 13; //RESET信号　通常LOW out
int s3_Str_Pin = 14; //STROBE信号 out

int s4_D0_Pin = 0; //データライン0 out
int s4_D1_Pin = 1; //データライン1 out
int s4_D2_Pin = 2; //データライン2 out
int s4_D3_Pin = 3; //データライン3 out
int s4_Bsy_Pin = 4; //BUSY信号　in
int s4_Rst_Pin = 5; //RESET信号　通常LOW out
int s4_Str_Pin = 6; //STROBE信号 out

int s5_D0_Pin = 8; //データライン0 out
int s5_D1_Pin = 9; //データライン1 out
int s5_D2_Pin = 10; //データライン2 out
int s5_D3_Pin = 11; //データライン3 out
int s5_Bsy_Pin = 12; //BUSY信号　in
int s5_Rst_Pin = 13; //RESET信号　通常LOW out
int s5_Str_Pin = 14; //STROBE信号 out

//データの定義
int disp_0[8] = {0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1};
int disp_1[8] = {1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1};
int disp_2[8] = {0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 1};
int disp_3[8] = {1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 1};
int disp_4[8] = {0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 1};
int disp_5[8] = {1, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 1};
int disp_6[8] = {0, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 1};
int disp_7[8] = {1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 1};
int disp_8[8] = {0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 1};
int disp_9[8] = {1, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 1};
int disp_A[8] = {0, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 1};
int disp_B[8] = {1, 1, 0, 0, 1, 0, 0, 1};
int disp_C[8] = {0, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 1};
int disp_D[8] = {1, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 1};
int disp_E[8] = {0, 1, 1, 0, 1, 0, 0, 1};
int disp_F[8] = {1, 1, 1, 0, 1, 0, 0, 1};

int disp_H[8] = {1, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 1};
int disp_I[8] = {0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 1};
int disp_J[8] = {1, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 1};
int disp_L[8] = {1, 0, 1, 0, 0, 1, 0, 1};
int disp_O[8] = {0, 0, 0, 0, 1, 1, 0, 1};
int disp_P[8] = {1, 0, 0, 0, 1, 1, 0, 1};
int disp_S[8] = {0, 0, 1, 0, 1, 1, 0, 1};
int disp_U[8] = {0, 1, 1, 0, 1, 1, 0, 1};
int disp_BL[8] = {0, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 1};
int disp_RR[8] = {0, 1, 1, 0, 0, 0, 1, 1};
int disp_RL[8] = {1, 1, 1, 0, 0, 0, 1, 1};


// DECIMAL -> BCD
byte dec2bcd( byte data )
{
  return ((( data / 10) << 4) + (data % 10));
}
// BCD -> DECIMAL
byte BCDtoDec(byte data) {
  return ((data >> 4) * 10) + (data & 0x0F) ;
}


void init_pin() {
  //各ピンLowにセット
  mcp0.digitalWrite(s0_D0_Pin, LOW);
  mcp0.digitalWrite(s0_D1_Pin, LOW);
  mcp0.digitalWrite(s0_D2_Pin, LOW);
  mcp0.digitalWrite(s0_D3_Pin, LOW);
  mcp0.digitalWrite(s0_Str_Pin, LOW);
  mcp0.digitalWrite(s0_Rst_Pin, LOW);
  mcp0.digitalWrite(s1_D0_Pin, LOW);
  mcp0.digitalWrite(s1_D1_Pin, LOW);
  mcp0.digitalWrite(s1_D2_Pin, LOW);
  mcp0.digitalWrite(s1_D3_Pin, LOW);
  mcp0.digitalWrite(s1_Str_Pin, LOW);
  mcp0.digitalWrite(s1_Rst_Pin, LOW);
  delay(100);
  mcp1.digitalWrite(s2_D0_Pin, LOW);
  mcp1.digitalWrite(s2_D1_Pin, LOW);
  mcp1.digitalWrite(s2_D2_Pin, LOW);
  mcp1.digitalWrite(s2_D3_Pin, LOW);
  mcp1.digitalWrite(s2_Str_Pin, LOW);
  mcp1.digitalWrite(s2_Rst_Pin, LOW);
  mcp1.digitalWrite(s3_D0_Pin, LOW);
  mcp1.digitalWrite(s3_D1_Pin, LOW);
  mcp1.digitalWrite(s3_D2_Pin, LOW);
  mcp1.digitalWrite(s3_D3_Pin, LOW);
  mcp1.digitalWrite(s3_Str_Pin, LOW);
  mcp1.digitalWrite(s3_Rst_Pin, LOW);
  delay(100);
  mcp2.digitalWrite(s4_D0_Pin, LOW);
  mcp2.digitalWrite(s4_D1_Pin, LOW);
  mcp2.digitalWrite(s4_D2_Pin, LOW);
  mcp2.digitalWrite(s4_D3_Pin, LOW);
  mcp2.digitalWrite(s4_Str_Pin, LOW);
  mcp2.digitalWrite(s4_Rst_Pin, LOW);
  mcp2.digitalWrite(s5_D0_Pin, LOW);
  mcp2.digitalWrite(s5_D1_Pin, LOW);
  mcp2.digitalWrite(s5_D2_Pin, LOW);
  mcp2.digitalWrite(s5_D3_Pin, LOW);
  mcp2.digitalWrite(s5_Str_Pin, LOW);
  mcp2.digitalWrite(s5_Rst_Pin, LOW);
  delay(100);
  //リセットかける
  mcp0.digitalWrite(s0_Rst_Pin, HIGH);
  mcp0.digitalWrite(s1_Rst_Pin, HIGH);
  delay(100);
  mcp1.digitalWrite(s2_Rst_Pin, HIGH);
  mcp1.digitalWrite(s3_Rst_Pin, HIGH);
  delay(100);
  mcp2.digitalWrite(s4_Rst_Pin, HIGH);
  mcp2.digitalWrite(s5_Rst_Pin, HIGH);
  delay(1000);
  mcp0.digitalWrite(s0_Rst_Pin, LOW);
  mcp0.digitalWrite(s1_Rst_Pin, LOW);
  delay(100);
  mcp1.digitalWrite(s2_Rst_Pin, LOW);
  mcp1.digitalWrite(s3_Rst_Pin, LOW);
  delay(100);
  mcp2.digitalWrite(s4_Rst_Pin, LOW);
  mcp2.digitalWrite(s5_Rst_Pin, LOW);
  delay(1000);
}


void write_display0(int disp_data) {
  int i;
  int val = 0;
  int data[8];

  switch (disp_data) {
    case 0:    memcpy(data, disp_0, sizeof(int) * 8);    break;
    case 1:    memcpy(data, disp_1, sizeof(int) * 8);    break;
    case 2:    memcpy(data, disp_2, sizeof(int) * 8);    break;
    case 3:    memcpy(data, disp_3, sizeof(int) * 8);    break;
    case 4:    memcpy(data, disp_4, sizeof(int) * 8);    break;
    case 5:    memcpy(data, disp_5, sizeof(int) * 8);    break;
    case 6:    memcpy(data, disp_6, sizeof(int) * 8);    break;
    case 7:    memcpy(data, disp_7, sizeof(int) * 8);    break;
    case 8:    memcpy(data, disp_8, sizeof(int) * 8);    break;
    case 9:    memcpy(data, disp_9, sizeof(int) * 8);    break;
  }

  while (mcp0.digitalRead(s0_Bsy_Pin) != LOW)
    continue;
  //LOWDATA書き込み
  mcp0.digitalWrite(s0_D0_Pin, data[0]);
  mcp0.digitalWrite(s0_D1_Pin, data[1]);
  mcp0.digitalWrite(s0_D2_Pin, data[2]);
  mcp0.digitalWrite(s0_D3_Pin, data[3]);
  mcp0.digitalWrite(s0_Str_Pin, HIGH);
  while (mcp0.digitalRead(s0_Bsy_Pin) != HIGH)
    continue;
  mcp0.digitalWrite(s0_Str_Pin, LOW);
  while (mcp0.digitalRead(s0_Bsy_Pin) != LOW)
    continue;
  mcp0.digitalWrite(s0_D0_Pin, data[4]);
  mcp0.digitalWrite(s0_D1_Pin, data[5]);
  mcp0.digitalWrite(s0_D2_Pin, data[6]);
  mcp0.digitalWrite(s0_D3_Pin, data[7]);
  delay(10);
  mcp0.digitalWrite(s0_Str_Pin, HIGH);
  while (mcp0.digitalRead(s0_Bsy_Pin) != HIGH)
    continue;
  mcp0.digitalWrite(s0_Str_Pin, LOW);

}

void write_display1(int disp_data) {
  int i;
  int val = 0;
  int data[8];

  switch (disp_data) {
    case 0:    memcpy(data, disp_0, sizeof(int) * 8);    break;
    case 1:    memcpy(data, disp_1, sizeof(int) * 8);    break;
    case 2:    memcpy(data, disp_2, sizeof(int) * 8);    break;
    case 3:    memcpy(data, disp_3, sizeof(int) * 8);    break;
    case 4:    memcpy(data, disp_4, sizeof(int) * 8);    break;
    case 5:    memcpy(data, disp_5, sizeof(int) * 8);    break;
    case 6:    memcpy(data, disp_6, sizeof(int) * 8);    break;
    case 7:    memcpy(data, disp_7, sizeof(int) * 8);    break;
    case 8:    memcpy(data, disp_8, sizeof(int) * 8);    break;
    case 9:    memcpy(data, disp_9, sizeof(int) * 8);    break;
  }

  while (mcp0.digitalRead(s1_Bsy_Pin) != LOW)
    continue;
  mcp0.digitalWrite(s1_D0_Pin, data[0]);
  mcp0.digitalWrite(s1_D1_Pin, data[1]);
  mcp0.digitalWrite(s1_D2_Pin, data[2]);
  mcp0.digitalWrite(s1_D3_Pin, data[3]);
  mcp0.digitalWrite(s1_Str_Pin, HIGH);
  while (mcp0.digitalRead(s1_Bsy_Pin) != HIGH)
    continue;
  mcp0.digitalWrite(s1_Str_Pin, LOW);
  while (mcp0.digitalRead(s1_Bsy_Pin) != LOW)
    continue;
  mcp0.digitalWrite(s1_D0_Pin, data[4]);
  mcp0.digitalWrite(s1_D1_Pin, data[5]);
  mcp0.digitalWrite(s1_D2_Pin, data[6]);
  mcp0.digitalWrite(s1_D3_Pin, data[7]);
  delay(10);

  mcp0.digitalWrite(s1_Str_Pin, HIGH);
  while (mcp0.digitalRead(s1_Bsy_Pin) != HIGH)
    continue;
  mcp0.digitalWrite(s1_Str_Pin, LOW);

}



void write_display2(int disp_data) {
  int i;
  int val = 0;
  int data[8];

  switch (disp_data) {
    case 0:    memcpy(data, disp_0, sizeof(int) * 8);    break;
    case 1:    memcpy(data, disp_1, sizeof(int) * 8);    break;
    case 2:    memcpy(data, disp_2, sizeof(int) * 8);    break;
    case 3:    memcpy(data, disp_3, sizeof(int) * 8);    break;
    case 4:    memcpy(data, disp_4, sizeof(int) * 8);    break;
    case 5:    memcpy(data, disp_5, sizeof(int) * 8);    break;
    case 6:    memcpy(data, disp_6, sizeof(int) * 8);    break;
    case 7:    memcpy(data, disp_7, sizeof(int) * 8);    break;
    case 8:    memcpy(data, disp_8, sizeof(int) * 8);    break;
    case 9:    memcpy(data, disp_9, sizeof(int) * 8);    break;
  }
  while (mcp1.digitalRead(s2_Bsy_Pin) != LOW)
    continue;
  //LOWDATA書き込み

  mcp1.digitalWrite(s2_D0_Pin, data[0]);
  mcp1.digitalWrite(s2_D1_Pin, data[1]);
  mcp1.digitalWrite(s2_D2_Pin, data[2]);
  mcp1.digitalWrite(s2_D3_Pin, data[3]);
  mcp1.digitalWrite(s2_Str_Pin, HIGH);
  while (mcp1.digitalRead(s2_Bsy_Pin) != HIGH)
    continue;
  mcp1.digitalWrite(s2_Str_Pin, LOW);
  while (mcp1.digitalRead(s2_Bsy_Pin) != LOW)
    continue;
  mcp1.digitalWrite(s2_D0_Pin, data[4]);
  mcp1.digitalWrite(s2_D1_Pin, data[5]);
  mcp1.digitalWrite(s2_D2_Pin, data[6]);
  mcp1.digitalWrite(s2_D3_Pin, data[7]);
  delay(10);
  mcp1.digitalWrite(s2_Str_Pin, HIGH);
  while (mcp1.digitalRead(s2_Bsy_Pin) != HIGH)
    continue;
  mcp1.digitalWrite(s2_Str_Pin, LOW);

}

void write_display3(int disp_data) {
  int i;
  int val = 0;
  int data[8];

  switch (disp_data) {
    case 0:    memcpy(data, disp_0, sizeof(int) * 8);    break;
    case 1:    memcpy(data, disp_1, sizeof(int) * 8);    break;
    case 2:    memcpy(data, disp_2, sizeof(int) * 8);    break;
    case 3:    memcpy(data, disp_3, sizeof(int) * 8);    break;
    case 4:    memcpy(data, disp_4, sizeof(int) * 8);    break;
    case 5:    memcpy(data, disp_5, sizeof(int) * 8);    break;
    case 6:    memcpy(data, disp_6, sizeof(int) * 8);    break;
    case 7:    memcpy(data, disp_7, sizeof(int) * 8);    break;
    case 8:    memcpy(data, disp_8, sizeof(int) * 8);    break;
    case 9:    memcpy(data, disp_9, sizeof(int) * 8);    break;
  }

  while (mcp1.digitalRead(s3_Bsy_Pin) != LOW)
    continue;
  mcp1.digitalWrite(s3_D0_Pin, data[0]);
  mcp1.digitalWrite(s3_D1_Pin, data[1]);
  mcp1.digitalWrite(s3_D2_Pin, data[2]);
  mcp1.digitalWrite(s3_D3_Pin, data[3]);
  mcp1.digitalWrite(s3_Str_Pin, HIGH);

  while (mcp1.digitalRead(s3_Bsy_Pin) != HIGH)
    continue;
  mcp1.digitalWrite(s3_Str_Pin, LOW);
  while (mcp1.digitalRead(s3_Bsy_Pin) != LOW)
    continue;
  mcp1.digitalWrite(s3_D0_Pin, data[4]);
  mcp1.digitalWrite(s3_D1_Pin, data[5]);
  mcp1.digitalWrite(s3_D2_Pin, data[6]);
  mcp1.digitalWrite(s3_D3_Pin, data[7]);
  delay(10);

  mcp1.digitalWrite(s3_Str_Pin, HIGH);
  while (mcp1.digitalRead(s3_Bsy_Pin) != HIGH)
    continue;
  mcp1.digitalWrite(s3_Str_Pin, LOW);

}



void write_display4(int disp_data) {
  int i;
  int val = 0;
  int data[8];

  switch (disp_data) {
    case 0:    memcpy(data, disp_0, sizeof(int) * 8);    break;
    case 1:    memcpy(data, disp_1, sizeof(int) * 8);    break;
    case 2:    memcpy(data, disp_2, sizeof(int) * 8);    break;
    case 3:    memcpy(data, disp_3, sizeof(int) * 8);    break;
    case 4:    memcpy(data, disp_4, sizeof(int) * 8);    break;
    case 5:    memcpy(data, disp_5, sizeof(int) * 8);    break;
    case 6:    memcpy(data, disp_6, sizeof(int) * 8);    break;
    case 7:    memcpy(data, disp_7, sizeof(int) * 8);    break;
    case 8:    memcpy(data, disp_8, sizeof(int) * 8);    break;
    case 9:    memcpy(data, disp_9, sizeof(int) * 8);    break;
  }

  while (mcp2.digitalRead(s4_Bsy_Pin) != LOW)
    continue;
  //LOWDATA書き込み
  mcp2.digitalWrite(s4_D0_Pin, data[0]);
  mcp2.digitalWrite(s4_D1_Pin, data[1]);
  mcp2.digitalWrite(s4_D2_Pin, data[2]);
  mcp2.digitalWrite(s4_D3_Pin, data[3]);
  mcp2.digitalWrite(s4_Str_Pin, HIGH);
  while (mcp2.digitalRead(s4_Bsy_Pin) != HIGH)
    continue;
  mcp2.digitalWrite(s4_Str_Pin, LOW);
  while (mcp2.digitalRead(s4_Bsy_Pin) != LOW)
    continue;
  mcp2.digitalWrite(s4_D0_Pin, data[4]);
  mcp2.digitalWrite(s4_D1_Pin, data[5]);
  mcp2.digitalWrite(s4_D2_Pin, data[6]);
  mcp2.digitalWrite(s4_D3_Pin, data[7]);
  delay(10);
  mcp2.digitalWrite(s4_Str_Pin, HIGH);
  while (mcp2.digitalRead(s4_Bsy_Pin) != HIGH)
    continue;
  mcp2.digitalWrite(s4_Str_Pin, LOW);

}

void write_display5(int disp_data) {
  int i;
  int val = 0;
  int data[8];

  switch (disp_data) {
    case 0:    memcpy(data, disp_0, sizeof(int) * 8);    break;
    case 1:    memcpy(data, disp_1, sizeof(int) * 8);    break;
    case 2:    memcpy(data, disp_2, sizeof(int) * 8);    break;
    case 3:    memcpy(data, disp_3, sizeof(int) * 8);    break;
    case 4:    memcpy(data, disp_4, sizeof(int) * 8);    break;
    case 5:    memcpy(data, disp_5, sizeof(int) * 8);    break;
    case 6:    memcpy(data, disp_6, sizeof(int) * 8);    break;
    case 7:    memcpy(data, disp_7, sizeof(int) * 8);    break;
    case 8:    memcpy(data, disp_8, sizeof(int) * 8);    break;
    case 9:    memcpy(data, disp_9, sizeof(int) * 8);    break;
  }

  while (mcp2.digitalRead(s5_Bsy_Pin) != LOW)
    continue;
  mcp2.digitalWrite(s5_D0_Pin, data[0]);
  mcp2.digitalWrite(s5_D1_Pin, data[1]);
  mcp2.digitalWrite(s5_D2_Pin, data[2]);
  mcp2.digitalWrite(s5_D3_Pin, data[3]);
  mcp2.digitalWrite(s5_Str_Pin, HIGH);
  while (mcp2.digitalRead(s5_Bsy_Pin) != HIGH)
    continue;
  mcp2.digitalWrite(s5_Str_Pin, LOW);
  while (mcp2.digitalRead(s5_Bsy_Pin) != LOW)
    continue;
  mcp2.digitalWrite(s5_D0_Pin, data[4]);
  mcp2.digitalWrite(s5_D1_Pin, data[5]);
  mcp2.digitalWrite(s5_D2_Pin, data[6]);
  mcp2.digitalWrite(s5_D3_Pin, data[7]);
  delay(10);

  mcp2.digitalWrite(s5_Str_Pin, HIGH);
  while (mcp2.digitalRead(s5_Bsy_Pin) != HIGH)
    continue;
  mcp2.digitalWrite(s5_Str_Pin, LOW);

}

void setup() {
  // initialize the digital pin as an output.
  Serial.begin(115200);
  Wire.begin();

  WiFi.mode(WIFI_STA);
  WiFi.disconnect();
  if (WiFi.begin(ssid, pass) != WL_DISCONNECTED) {
    ESP.restart();
  }
  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
    delay(1000);
  }

  Serial.println("Connected to the WiFi network!");
  delay(1000);
  configTime(9 * 3600L, 0, "ntp.nict.jp", "time.google.com", "ntp.jst.mfeed.ad.jp");//NTPの設定
  getLocalTime(&timeInfo);//tmオブジェクトのtimeInfoに現在時刻を入れ込む


  delay(1);
  ihour = timeInfo.tm_hour;
  imin = timeInfo.tm_min;
  isec = timeInfo.tm_sec;
  sprintf(s, " %04d/%02d/%02d %02d:%02d:%02d",
          timeInfo.tm_year + 1900, timeInfo.tm_mon + 1, timeInfo.tm_mday,
          timeInfo.tm_hour, timeInfo.tm_min, timeInfo.tm_sec);//人間が読める形式に変換
  Serial.println(s);//時間をシリアルモニタへ出力




  Wire.beginTransmission(RTC8564);
  Wire.write(0x00);
  Wire.write(0x00);// [00]Control1
  Wire.write(0x02);// [01]Control2
  Wire.write(byte(dec2bcd(isec)));// [02]Seconds(15秒)
  Wire.write(byte(dec2bcd(imin))); // [03]Minutes(20分)
  Wire.write(byte(dec2bcd(ihour)));// [04]Hours(12時)
  Wire.write(0x25);// [05]Days(25日)
  Wire.write(0x01);    // [06]Weekdays(月)
  Wire.write(0x12 | 0x80); // [07]Month/Century(21世紀の12月)
  Wire.write(0x17);// [08]Years(2017年)
  Wire.endTransmission();
  delay(10);

  Wire.beginTransmission(RTC8564);
  Wire.write(0x00);
  Wire.endTransmission();
  Wire.requestFrom(RTC8564, 16);
  for (i = 0; i < 16; i++) {
    while (Wire.available() == 0 ) {}
    RegTbl[i] = Wire.read();
  }
  ihour = (BCDtoDec(RegTbl[4] & 0x3F));
  imin = (BCDtoDec(RegTbl[3] & 0x7F));
  isec = (BCDtoDec(RegTbl[2] & 0x7F));

  
  mcp0.begin();
  mcp1.begin(0x01);
  mcp2.begin(0x03);

  mcp0.pinMode(s0_D0_Pin, OUTPUT);
  mcp0.pinMode(s0_D1_Pin, OUTPUT);
  mcp0.pinMode(s0_D2_Pin, OUTPUT);
  mcp0.pinMode(s0_D3_Pin, OUTPUT);
  mcp0.pinMode(s0_Bsy_Pin, INPUT);
  mcp0.pinMode(s0_Str_Pin, OUTPUT);
  mcp0.pinMode(s0_Rst_Pin, OUTPUT);

  mcp0.pinMode(s1_D0_Pin, OUTPUT);
  mcp0.pinMode(s1_D1_Pin, OUTPUT);
  mcp0.pinMode(s1_D2_Pin, OUTPUT);
  mcp0.pinMode(s1_D3_Pin, OUTPUT);
  mcp0.pinMode(s1_Bsy_Pin, INPUT);
  mcp0.pinMode(s1_Str_Pin, OUTPUT);
  mcp0.pinMode(s1_Rst_Pin, OUTPUT);

  mcp1.pinMode(s2_D0_Pin, OUTPUT);
  mcp1.pinMode(s2_D1_Pin, OUTPUT);
  mcp1.pinMode(s2_D2_Pin, OUTPUT);
  mcp1.pinMode(s2_D3_Pin, OUTPUT);
  mcp1.pinMode(s2_Bsy_Pin, INPUT);
  mcp1.pinMode(s2_Str_Pin, OUTPUT);
  mcp1.pinMode(s2_Rst_Pin, OUTPUT);

  mcp1.pinMode(s3_D0_Pin, OUTPUT);
  mcp1.pinMode(s3_D1_Pin, OUTPUT);
  mcp1.pinMode(s3_D2_Pin, OUTPUT);
  mcp1.pinMode(s3_D3_Pin, OUTPUT);
  mcp1.pinMode(s3_Bsy_Pin, INPUT);
  mcp1.pinMode(s3_Str_Pin, OUTPUT);
  mcp1.pinMode(s3_Rst_Pin, OUTPUT);

  mcp2.pinMode(s4_D0_Pin, OUTPUT);
  mcp2.pinMode(s4_D1_Pin, OUTPUT);
  mcp2.pinMode(s4_D2_Pin, OUTPUT);
  mcp2.pinMode(s4_D3_Pin, OUTPUT);
  mcp2.pinMode(s4_Bsy_Pin, INPUT);
  mcp2.pinMode(s4_Str_Pin, OUTPUT);
  mcp2.pinMode(s4_Rst_Pin, OUTPUT);

  mcp2.pinMode(s5_D0_Pin, OUTPUT);
  mcp2.pinMode(s5_D1_Pin, OUTPUT);
  mcp2.pinMode(s5_D2_Pin, OUTPUT);
  mcp2.pinMode(s5_D3_Pin, OUTPUT);
  mcp2.pinMode(s5_Bsy_Pin, INPUT);
  mcp2.pinMode(s5_Str_Pin, OUTPUT);
  mcp2.pinMode(s5_Rst_Pin, OUTPUT);

  init_pin();
}

void loop() {
  Serial.println("LOOP");
  Wire.beginTransmission(RTC8564);
  Wire.write(0x00);
  Wire.endTransmission();
  Wire.requestFrom(RTC8564, 16);
  for (i = 0; i < 16; i++) {
    while (Wire.available() == 0 ) {}
    RegTbl[i] = Wire.read();
  }

  ihour = (BCDtoDec(RegTbl[4] & 0x3F));
  imin = (BCDtoDec(RegTbl[3] & 0x7F));
  isec = (BCDtoDec(RegTbl[2] & 0x7F));
  h1 = ihour / 10;
  h2 = ihour % 10;
  m1 = imin / 10;
  m2 = imin % 10;
  s1 = isec / 10;
  s2 = isec % 10;

  write_display0(h2);
  write_display1(h1);
  write_display2(s2);
  write_display3(s1);
  write_display4(m2);
  write_display5(m1);

  delay(100);
}

時計の動作と完成

プログラムにより、各LCDに時刻が出力されるようになります。

実際に時計が動いている様子はこのようになります。

基板以外はいい感じですね。

基板は変なところから吊るされているし、配線がごちゃごちゃと露出していて大変美しくないです。（哀）

哀しい回路の模様はこちらです。

ということで、この時計回路をプリント基板化してすっきりさせていきたいと思います！

プリント基板の作成

KiCadを使って、回路図から基板レイアウトを設計します。

回路図と部品配置

時計の回路をすっきりさせるために作成するプリント基板の、回路図と部品配置図です。

基板の設計ですが、実際に時計を作ってみてから、いろいろと欲が出てきてしまいました。追加の機能として目覚まし機能を付けようと思います。なので回路にブザーとランプを組み込みました。電源は24Vの直流電源を使用して、その電源をリレーを介して、ランプの点灯をさせてみます。

作成した回路図が以下になります。

この回路図を基に作成した部品配置図が以下になります。

綺麗に配置させるのにはなかなか苦労しました。

そして、実際に配線を行った基板の3Dモデルが以下になります。

うーん、カッコいいですね！！この基板が実際に手元に来ると思うとワクワクします！！

ガーバーデータの生成

発注用データの作成をしていきます。

KiCadの上部アイコンよりPLOTを選択して、「製造ファイル出力」ウィンドウを選択します。

KiCadから以下のレイヤーを選んでガーバーデータを出力：

レイヤー名	内容
F.Cu	表面の銅箔面
B.Cu	裏面の銅箔面
F.SilkS	表面のシルク印刷
B.SilkS	裏面のシルク印刷
F.Mask	表面のレジストマスク
B.Mask	裏面のレジストマスク
Edge.Cuts	外形レイヤ

レイヤーを選択して製造ファイル出力ボタンを押すことでガーバーデータが生成されます。

正常に生成されると、出力メッセージに以下のような文言が出力されます。

次にドリルファイルを生成します。

マップファイルのチェックが「ガーバー」になっている事、ドリル単位が「mm」になっていることに注意して「ドリルファイルを生成」ボタンを押して、ドリルファイルを生成します。「xxxxxxxxxxxxx.drl」ファイルが生成されます。

作成した計8つのファイルから2つのファイルの拡張子を変更します。

「xxxxxxxxxxxxx.drl」→「xxxxxxxxxxxxx.txt」| 「xxxxxxxxxxxxx.gm1」→「xxxxxxxxxxxxx.gml」

拡張子の変更が行えたら、上記で生成したデータが入っているフォルダをZIPで圧縮します。

これで、発注用データの作成は完成です。実際に発注していきましょう。

JLCPCBでの発注

JLCPCBで基板の発注を行っていきます。

JLCPCBにアクセスして、「Order now」を選択します。

「Add gerber file」を選択して先ほど作成したzipファイルをアップロードします。

正常にアップロードされると以下のように作成する基板が表示されます。

今回作成する基板は5枚作製して7.90ドルで作れるみたいですね。

「SAVE TO CART」を押して、作成基板を買い物かごに入れておきます。

買い物かごに移動して、「Secure Checkout」ボタンを押して購入画面に進みます。

そこで、住所、運輸方法、支払い方法を選択すると発注完了でした。

これで、発注作業は完了です。基板の到着が待ち遠しいですね。

自分でプリント基板を作れるなんていい時代になりました。電子工作の幅も技術もレベルもどんどん上がっていきそうです。

まとめと次回予告

初めての基板設計ということで多少の不安もありましたが、無事に発注できてよかったです。
届いた基板を実装して、次回は組み立てまでをご紹介します。

→ 続編：【ESP32で電子工作】デジタル時計の作成(2)【プリント基板への実装】

それでは、良き電子工作ライフを！
See You…

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