文頭に構成部品の変更を試すとしていますが、もう一つはWeb上で見つけたアジレントの「エレクトロニック・カウンタの基礎」(January 23.2006)というPDFに「同期ゲーティング」（以下、「同期ゲート」と略す）という解説があり、V4の回路上でもD-F/Fが一つ余っていることから試してみることにしました。
また、表示部と操作ボタンSW部は、以前のデバイスと「TFT DisplayとTouch入力」を排他的に選択できるようにしています。
なお、BDGには入れていませんが、前回まで温度測定で使用を想定していた「AE-BME280」は、温度だけの測定なら勿体ないのでトランジスタ型のセンサーに変更しました。
第１項に書きましたが、アジレント社の資料を読んで精度が上がるなら試してみたいなと思っていたら、たまたまD-F/F(74HC74)の片方が未使用だったので、即採用しました。
回路の解説等に興味のある方は、「エレクトロニック・カウンタの基礎」でWeb検索すると最上位に出現するようですのでご確認ください。
最初本器に取り掛かった時は気づかなかったのですが、OLEDを使ってみると確かにきれいなフォントで表示できますが、欲を言えばカラーで表示したい・もっと文字数を増やしたいと思ってきました。
また、OLEDの価格がそれなりに高価なので、別の物を探しているとTFTディスプレイ デバイスが数多く流通しており、OLEDより安価に入手できそうなため両方に対応するように変更しました。
以前より温度センサーは、シャーシ後部から小さな穴を通して外気を取り入れているつもりにしていましたが、通常の温度計と比べ２度ほど高い値を示すため、シャーシ後部に穴を空けセンサーの頭を出すことにしました。
温度の特性は、最初は氷水と体温で２点間の値を取って合わせようとしましたが、氷水も本当の零度かどうかが分からず、目覚まし時計の温度計を参考に程々の数値に合わせています。
2025/01/12:
V50_66 ■画面の表示位置の調整と平均値(Ave)の分解能を+2桁にそろえる変更を実施。
GATE=10^4S 時の平均値を、小数点以下5桁(+1桁)までだったのを6桁(+2桁)表示させるために
行の左端はそのままとし、右に1桁寄せて「Ave」の分解能を1桁増加させた。
また、GATE=1S〜1000Sまでは小数点以下4桁表示だったのを、+2桁までの表示に変更した。
その他、コメントの誤字等の修正等を実施。
2025/01/27:
V50_67 ■V50_66 での「Ave」の小数点以下の変更部分を一部修正。
有効数字＋2桁とした関係で、GATE時間切替え時のAve表示に、前の残表示が目立つようになったので
スペースで消去するよう変更した。
Vcon機能に関連したUNI.dmHz を小数点以下5桁から6桁に増やす。（開発者(私)限定の機能の更新）
OCXOのVc端子の電圧をADS1115で検出しLOGに出力する処理を追加。（開発者(私)限定の機能の更新）
Adafruit_ADS1X15 ライブラリーを使用してコンパイルエラーが発生するため、
約9年前のライブラリー Adafruit_ADS1015 を探して導入するとコンパイルエラーが消えた。
https://github.com/thingSoC/TSOC_GROVEY_ADC/tree/master/libraries/Adafruit_ADS1X15
解凍したフォルダーを「
スケッチの保存場所フォルダー」の中に入れて、IDEを立ち上げなおすと扱えると思います。
（内容は、STM32_GPSCOUNTER_V50.h と STM32_GPSCOUNTER_V50_5x.ino ファイル）
Arduino IDE環境インストールと、STM32を組み込む方法については、以下に ビデオマニュアルを追加しました。
PIC24FV32KA301側のプログラムに変更は有りません。(念のため、リンクを追加:2020/12/18)
OCXO Calibrator 操作マニュアル TFTタイプ用（簡易マニュアルを添付しておきます。:2021/02/02）
OCXO Calibrator 操作マニュアル TFTタイプ用（ビデオマニュアル） (2022/06/14)
別タブで開きます。（約２分10秒）（BGM付）
別タブで開きます。（約1分49秒）（BGM付）
GPS受信器とUART通信ができないときの操作例（ビデオマニュアル） (2022/06/15)
原因：長時間未使用状態で、内部の乾電池が消耗した時等に発生が考えられます。
別タブで開きます。（約55秒）（BGM付）
ArduinoIDE へのSTM32の導入 TFTタイプ用（ビデオマニュアル） (2022/10/27)
■．Arduino IDEのボード設定 (STM32duino)
使用しているSTM32F103C8T6(Blue pill)は、公称64k Flashですが、私の手元に有る品は多くのWeb上の情報通り128k Flashまで使用できます。
特にTFTディスプレイを使用する設定の場合は、プログラム容量が64kを超えており、日常的に128k Flashの設定にしています。
ほとんど前回と同じになりますが、パーツリストとして書きだしておきます。
このほか、ディスプレイ デバイスの選択・GPS受信器の選択・ケーブル・ケース・ビスナット類等々必要になりますが、省略しています。
また、本器の調整ポイントを簡単に記録しておきます。
| 分類 |
Reference |
数量 |
Value |
手配先 |
品番等 |
注単位 |
| メイン基板用 |
C1,2,4,5,7,8,9,12,14,15,16,18,19 |
13 |
0.1u |
Amazon等のパック品
0805(2012)
計17個 |
| 13,17 |
2 |
10u |
| C11 |
1 |
1u |
| C10 |
1 |
470p |
| D1 |
1 |
LED_AK |
秋月 |
I-11577 |
1 |
| D4 |
1 |
LED_AK |
ピンヘッダーで取り出し |
| J1 |
1 |
Conn_Coaxial |
秋月 |
C-13195 |
1 |
| J4 |
1 |
USB_Type-C |
秋月 |
C-14356 |
1 |
| L1,2 |
2 |
2uH |
秋月 |
P-11179 |
5 |
| Q1 |
1 |
2SK241 |
Amazon等の品 |
| Q2 |
1 |
2SC3355 |
秋月 |
I-09742 |
1 |
| Q3 |
1 |
2SC1815 |
秋月 |
I-04268 |
10 |
| R21 |
1 |
10k |
Amazon等のパック品
0805(2012)
計23個 |
| R7,13,22 |
3 |
1k |
| R5 |
1 |
1M |
| R4 |
1 |
2.2k |
| R8,9 |
2 |
22k |
| R2,3,12,15,16,20,23 |
7 |
22R |
| R10 |
1 |
330R |
| R18,19,25 |
3 |
4.7k |
| R14,17 |
2 |
5.1k |
| R6 |
1 |
680R |
| R11 |
1 |
82R |
| U1 |
1 |
74HC74 |
秋月 |
I-10879 |
1 |
| U2 |
1 |
74HC00 |
秋月 |
I-10856 |
1 |
| U3 |
1 |
PIC24FV32KA301 |
RS-Online |
742-1170 |
1 |
| U4 |
1 |
STM32F103(BP) |
Amazon等の品 |
| U5 |
1 |
CAT24C256 |
aitendo |
BL24C256A-PA |
1 |
| U6 |
1 |
LM61CIZ |
秋月 |
I-11160 |
1 |
| VR1 |
1 |
RV50k |
秋月 |
P-03281 |
1 |
|
2 |
ICソケット14P |
秋月 |
P-00028 |
1 |
|
1 |
ICソケット20P |
秋月 |
P-00031 |
1 |
|
1 |
分割ピンソケット(細)40p |
秋月 |
C-10073 |
1 |
| P1(RF_in) |
|
CONN_2(PH) |
秋月 |
C-00167 |
1 |
| OLED選択時 |
P7(A_SW) |
|
CONN_3(PH) |
| P5(OLED) |
|
CONN_7(PH) |
| TFT選択時 |
U7(TFT) |
|
CONN_9(PH) |
| U8(touch) |
|
CONN_5(PH) |
| 必要時 |
U9(SD) |
|
CONN_4(PH) |
| GPS用５ピン |
P2(GPS) |
1 |
CONN_6(PS-5p) |
|
C-02762 |
|
| OLED選択時の操作ボタンSW |
SW1,2,3,4 |
4 |
SW_Push |
秋月 |
P-09825 |
1 |
| R1 |
1 |
10k |
Amazon等のパック品 |
| R2,3,4 |
3 |
1k |
Amazon等のパック品 |
| 未使用品 |
C3,6 |
0 |
10u |
|
|
|
| F1(リード線でショート) |
0 |
Fuse_Small |
|
|
|
| R1 |
0 |
51R |
|
|
|
| R24 |
0 |
100k |
|
|
|
SDカードを使用する場合は、ベゼル上端より14mmの高さが必要になります。
2台目に採用したケース(CU-14N)では、この高さを確保しましたが、CU-13Nでは難しいと思います。
■．RFアンプの調整
RFアンプの調整は、無信号時にQ2(2SC3355)のコレクターの電圧を、理論的には2.5Vに調整すれば良いのですが、私は次のようにして追い込みました。
１．ある程度周波数とその出力レベルが安定している発信源を用意する。
２．ステップアッテネータ等でその信号レベルを落とながら連続して測定する。(GATE=1秒)
３．出力される周波数値が安定するような位置にVR1を調整する。（調整範囲はだんだん狭くなります）
４．上記の２．３．を繰り返して、最小信号レベルで安定した測定ができたところでテスターで電圧値を読み取る。
５．
2台調整した結果は、OCXO(出力レベル:約+4dBm) に ATT(20dB) を挿入し、2.17Vと2.31Vになりました。
2020/07/25現在、2台とも2.50Vに調整しています。
６．L1(GNDA-GND間)をジャンパーでのショートに変更(2022/06/05)
一つ前の掲載でも手持ちOCXOの周波数合わせを書きましたが、ここでは同OCXOを２台の較正器(周波数カウンタ)で測定してみました。（文頭の写真）
「同期ゲート」を使ってスタートSWも同時に押し、同じ条件のはずですが±1カウントほど違う計測数を記録することが有ります。
これは1000秒の間に、百億カウントしたか・百億１カウントしたかの違いで、測定のバラツキとして容認する必要があると思いますが、3カウント以上のバラツキが出た場合は、測定上のトラブルや調整の不良を疑うことに成ります。
ここでは、前回も使ったOCXOを2台の較正器で測定した状況と、新たに手配したOCXO(Double Ovenらしい？)が入手できましたら追加して測定を予定しています。
■．手持ちOCXOの2台同時測定時のLOG(OLED側とTFT側)
画像を左右に並べましたが、画面によっては縦の展開となっていると思います。
同時にスタートしていても、微妙にカウント数が違うのが現状です。
■．手持ちOCXOの2台同時測定時のLOG ２(OLED側AE-GNSS と TFT側NEO-M8N)
２台とも同じころにカウントが大きく減少(値は違う)しています。
GPSアンテナから入ってくる電波の減衰なのか、外来ノイズなのか、OCXO出力のディップなのか、PC（共通）のUSB電圧の変動・低下なのか、原因は特定できません。
その後：3つ目のNEO-M8Nを入手してNEO-M8Nを交換しながら2台の平行測定をしていると、GPS受信器の個体差によって一方にカウント増減が発生するような傾向がありそうですが、証拠となるようなデータは取れていません。(追記：2020/09/05)
■．新規入手OCXOのイメージ (2020/07/12:追記)
■．新規入手OCXOのLOG (2020/07/12:追記)
１．入手当初は、約300mHzほどプラスの周波数を発振していましたが、±20mHz以内には調整できました。
２．これ以上調整しようとすると、多回転ボリュームでも非常に合わせにくい為、あきらめました。（追記：少しチャレンジして差が開いてしまいました）
３．上記LOGの5番目の記録で、その前のカウントから18mHz分マイナスを示し、この後12時間以上にわたって2mHz以内の変化に収まっています。
これは、以前から手持ちのOCXOでも同じような傾向が有り、PCを分離(デスクトップとノートPC)したり、OCXOの電源を交換して切り分けを試みましたが、明確な答えが見つかっていません。
OCXOを2台用意して、同じような傾向を示すことからOCXO個別の問題ではなさそうです。
■．OCXO最近の較正方法(2020/12/31:追記)
本器（OCXO Calibrator）を使って気長に手持ちのOCXOを調整していましたが、多回転ボリュームを微少量回していくだけでは思った量の変化も無く、逆方向に変動することも有り難しく感じていました。
そこで、ボリュームの中点の電圧を取り出せるようにソケットをハンダ付けし、電圧計(テスター)で読み出すことにしました。
電圧測定のための電極ソケット
赤色熱収縮チューブの線がボリュームの中点、黒がアース電位になります。（ちなみに、ボリュームのホット側は7.266V)
小数点以下3桁表示のテスター
この値が平均で 9,999,999.9998Hzに収束する値になります。
この値を見ながらでないと、ボリュームのツマミネジだけの調整ではほんの少し回しただけでも大幅な変化をしたり、多めに回したつもりでも逆に変化しなかったりします。
OCXOの較正方法は、オシロスコープでリサージュ図形を出して合わせる方法など色々あると思いますが、最終的にはVconの電圧を微調整して合わせることに成ると思います。
この値を計測結果からコントロールしてやることにより、短時間に最適な電圧値を求めることができるのではないかと考えるようになりました。
上手くいけばGPSDOに発展させられるかという希望？？を抱きながら新年を迎えたいと思います。
多くは有りませんが、「このような機能が有ったら良いな」ということを思いつくままに追加していく予定です。
■．BEEP 音 (2020/06/18)
TFTディスプレイをTouch操作していると押す感覚がはっきりせず、操作しにくいと感じていました。
そこで、取り出せるようにしていた汎用ポートを使って、操作音を出してみることにしました。
（１）回路
5V駆動で回路は書きましたが、R27は3.3V時に330Ωでも十分聞き取れる大きな音が出ています。(ケースに収めた状態で)
（２）SUB基板を組んで設置
PB0を取り出せるようにしていた位置へSUB基板で垂直に設置しました。
BUZZERは、秋月電子 [P-09704] 電子ブザー １２ｍｍ ＵＤＢ−０５ＬＦＰＮを使用しました。
■．BEEP 音２ (2020/08/31)
BUZZERの駆動電流からトランジスタ(2SC1815)を入れるほどでもないので、簡易的な回路に変更しました。
STM32のHIGH出力が3.3Vで200Ωを直列に入れて、鳴動時の電流値は2.4mA〜2.7mA(2個作って実測)ぐらいになりました。
■．GPIOリセット (2021/02/02)
これも以前からケースに収めたら「リセットSWを取付けないといけないかな？」と思い、ピンソケット用のパターンは付けていましたが、別テーマで掲載している
OCXO 較正自動化のための「Vcon I/F」の製作 で設定ソフト等を追加するついでがあった関係で、画面タッチから実行できるリセットを組み込んでみました。
（１）GPIOリセット 回路図
SM32F103の外部リセット(NRST)とPB0を同じピンソケットのパターンにしてあったため、ピンヘッダを通して外部に上記回路を組み入れています。
（２）GPIOリセット 実装小基板
▲表裏面です。いつものハサミで切れる基板を切って使っています。
（３）GPIOリセット 実装場所
黄色のピンソケットが二つ見えますが、右は「GPIOリセット」用で使います。
そのため、右側のソケットに入れていた「BUZZER」は、左側のピンソケットに移動しています。
（４）GPIOリセット 実効時間の測定
実装したまま測定しても実リセットがかかると測定ができなくなるので、NRST端子から切離し10KΩの抵抗でプルアップして、矩形波の連続を入れて測定してます。
データシートでは、NRSTピンを内部の各リセット要因*1発生からパルス生成(最小パルス20μS)して駆動しているとなっていましたので、この回路(約700μS)で十分と言えます。
なお、操作関係とプログラムは、 ７．各デバイスの切り換えとソース(スケッチ)ファイル にV50_60eとして追加しました。(2021/02/08)
*1WWDG リセット・IWDG リセット・電源リセット・ソフトウェアリセット・低電力管理リセット
一段落ついた後は、継続的に検証や調整を続けていますが、その中で気づいたことを記録していきます。
■．OLED表示の構成で温度センサー値が変動する (2020/10/18)
2台同時に測定していると温度変化がそろわないことが少し気になっていましたが、グラフにしてみると片方の変化が大きいことが分かります。
OLED表示(LM61)とTFT表示(MPC9700A)の温度変化の測定
TFT_MPC9700Aに比べて
OLED_LM61側の変動が大きいのが分かります。
センサーの不良等かと、LM61をMPC9700Aに交換してみましたが変わりません。
原因：温度センサー(PB1)と同様に、OLED表示時はキー入力SWをアナログポート(PA1)で読み取っていますが、その影響(PA1=通常3.3V)で温度センサー読取に影響が出ているものと推測しています。
対策：読取方法を変えてみましたが、決定的な解決策が見いだせず『
OLED使用時は温度センサーは使用しない』ことにしました。（割り切り）
TFT表示構成を2台用意して温度変化の測定
センサーの変動倍率やオフセットは調整していませんが、両センサーとも異常と思えるような変動が無くなりました。
両センサーの変動幅が違うのは、出力の傾き・オフセットを独自に変更したためで、上昇・下降の傾向は揃ってきています。
■．「NMEAフォーマット崩れ」についての実験 (2020/11/25)
5項 「GPS受信器の選択」 で触れた、GPS受信器から出力されるNMEAフォーマットが崩れる件は、特に9600bpsの時にデータ量が多すぎて1秒の間に受信できない関連もあると思いますが、比較的新しいModuleに多い傾向が有るような状況のため、F/Wの書込み（書き替え）を実施してみることにしました。
対象となるGPS受信器は、自作PCBの品を使います。（書込みは前日の24日に実施）
（１）元のF/W情報モニタ画面
F/Wは、3.01を示しており、u-bloxのpdf資料に出てくる画面イメージと同じ情報が読み取れました。
この状態で、9600・38400bpsでほぼ100%「データ崩れ」が発生し、115200bpsでも時々発生することが有りました。
（２）UBX_M8_301_SPG.911f2b77b649eb90f4be14ce56717b49.bin 書込み後のF/W情報モニタ画面
F/Wのファイル名からみて、V3.01だと思いますが、u-centerで手順通り書込みができます。
元の状態と同様に、9600・38400bpsでほぼ100%「データ崩れ」が発生し、115200bpsでも時々発生することが有りました。
（３）UBLOX_M8_201.89cc4f1cd4312a0ac1b56c790f7c1622.bin 書込み後のF/W情報モニタ画面
F/Wのファイル名から、V2.01だと思いますが、u-centerで手順通り書込みができます。 （バージョンダウン）
この状態で、他のF/W V2.01のモジュール基板と同様に、9600bpsではデータ量の関係でほぼ100%「データ崩れ」が発生します。
しかし、38400・115200bpsでは正常にNMEA信号を受信できています。
必要とするNMEA信号は、$GNGGAと$GNRMCだけで、38400bpsでは両信号は含まれていますが他の信号が少なくなっております。
一方、115200bpsでは両信号と他の信号も漏れなく受けきれています。
（４）NMEAフォーマット崩れのイメージ （Tera Term画面の切り抜き）
画面中央付近の「Num,YYMMDD,HHMMSS,StMin,StMax,Freq,(+-),gpsLoss,ppsLoss,picLoss,TEMP」行より上が正常受信時のLog出力で、下側は「データ崩れ」時のLog出力です。
上側は、「
12,12」又は「
11,12」という部分が有りますが、受信した
$GNGGAの使用衛星数をモニターし、計測時間(上側1000秒)の間の最小数と最大数を記録しています。
下側は、その部分が「
99, 0」となっており、
$GNGGAが受けられないのでそれぞれの初期値（最小=99、最大=0）しか記録できていません。
また、
$GNRMCが受信できない関係で年月日が確定できていません。（2000/00/00 部分）
尚、
のタイプのGPS受信モジュールは、ラベルが当てにならず新しいものに見えてもV2.01が多く存在します。
V2.01品の方は、「データ崩れ」については発生していないようです。
「NMEAフォーマット崩れ」についての結論(2022/11/01)
「データ崩れ」の問題が残されたままのような実験経過のままになっていたため、本項目に対してのまとめを記述しておきます。
発生の要因は、毎秒ごとに送出するNMEAデータの量とタイミングが、FWバージョンや個体ごとにばらつくことと思われます。
それまではNEO-M8Nを選別していましたが、2022/09/16:V50_62 のバージョンアップによる「NMEAデータを受けきるために表示処理を遅らせる遅延を挿入」したことで、 115200bps で常用している状態において、どのFWバージョンも「データ崩れ」は発生していません。
９． OCXO較正の実際 のところでも、２台とも「カウント値が減少する」ことについて記述しましたが、未使用基板に部品を取付けて追加で基板を用意していると、その頻度が極端に発生するような基板ができてきました。
その原因の一つかなと「Q2：2SC2255」のhFEのバラツキにより、次段の74HC00への入力レベルが変化するのではないかとか、色々実験を繰り返していましたが、その中から原因らしきものが見つかりました。
発生の状況 （ログで記録しているTeraTermの画面コピー）
色々実験をしている過程での再現実験の画面ですが、RFグランドとデジタルグランド間に有るインダクター(L1)をショート状態にした時と、ショートを開放したときの比較で、特に発生しやすい個体ではほぼ５０％以上の頻度で「カウント値の減少」が発生しています。
原因と処置 （青丸で囲ったところ）
原因は、L1
ここのL1が怪しいのではと「L1ショートジャンパー」を付けて実験している途中ですが、L1をショートすると２４時間カウントを続けても現象が発生しません。
波形で見る原因
プローブの先端を「GNDA：RFグランド」、プローブのアースを「GND：デジタルグランド」に接続した状態でL1の両端の電圧を測定中。
原因を特定した後でここの波形を見て分かったことですが、グランドラインが2.0Vpp変動していたことが分かりました。
これにより次段の74HC00等への信号レベルが変動して、十分なドライブがかからなかったためと思われます。
処置
L1をジャンパーでショート、または取り外してショートする。
■．2.8 "TFT LCDディスプレイ J1 について（2022/08/27)
久しぶりに秋月電子のホームページで表記 TFT LCD を見ていると、いつからかは分かりませんが「
メーカーページのJ1設定記載に誤りがございます」との注意書きが書かれていました。
どうやら3.3Vで使用するときは
J1をショートするらしいことが分かりました。
当ページで紹介している使用方法は、
J1オープンのまま3.3V給電で使用していたので３端子レギュレータ(U1)をショートする
J1の両端の電圧を確認してみました。
入力側電圧：3.275V・出力側電圧：3.122V で電圧降下はわずかのようですので、私はこのまま使用することといたします。
頒布やオークションで落札された方で気になる方は
J1ショートの処置をお願いいたします。
■．その他 ()
追加していきます。
V5.0のPCBの残りが無くなりましたが、手元にGPS受信器やSTM32F103(Blue Pill)128KB品（STM32F103CBT6相当）が少し残っており、他に活用する予定も無いので使い切る目的でPCBを追加発注し、少しの修正を加えてV5.1を作成しました。
主な内容は、今まで組み立てる度に修正していたハンダジャンパーのデフォルトを変更、別基板で用意していたブザーを載せるようにしたぐらいで、ハードウェアー・ソフトウェアー的にも以前のV5.0と互換を持たせています。
GPS受信器は手持ちもあり、AliExpressから追加で手に入れることが出来そうですが、STM32(Blue Pill)128KB品の手持ち品が残り僅かとなり、このPCBを使い切ることは難しいかもしれません。
この Blue Pill は、多分今注文すると正規の64KB品しか手に入らず、どうしても欲しい時は128KB品はCPUチップを購入して載せ替えるしかないように思います。
クリックでpdfファイルが開きます。
１．できるだけ元の回路を残したままで、一部を追加・削除しています。
２．TFTディスプレーの回路シンボルを修正し、SD-CARDポートを廃止しました。
３．温度センサー(LM61CIZ or MCP9700A)への給電をI2Cと同じ系列とし、3.3V/5V(Default)切換にしました。
■．PCBの3Dビューアー（表面）
１．一番眼につく変更点はブザーを基板上に載せたところです。
２．SD-CARDのポートを削除した関係で、余ったPB5をブザーの駆動でも使えるようにジャンパー切換を入れています。（PB0を他の用途で使う場合）
２．また、TFTディスプレイのヘッダーピンを9Pin・5Pinに分けていたのを一体物として連結しました。
３．使う予定は今のところ無いですが、念のために用意していたパターンも前回同様に残しています。
■．PCBの3Dビューアー（裏面）
中ジャンパーブリッジも不要と思われるものは削除しました。
STM32F103でOCXO Calibrator Part4（構成部品の変更編）
