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x09. TI社 TMS1121 デジタルタイマー

[ 初公開日:2019年4月27日 ]

 米TI(テキサス・インスツルメント)社の 4ビットマイコン時計用LSI "TMS1121NLL" を使用した、7セグメントLED 4桁表示のデジタルタイマーです。 製作時期は 1978年 8月頃の作品で、私は FM放送の音楽番組を、オープンリールのテープデッキで留守録する目的で、専らオーディオタイマーとして使用をしていました。

 製作後、どれくらいの期間使用していたのかはまったく記憶にはないのですが、本機をこのホームページに取り上げるまでは、長期間押し入れで眠っていたものです。 現在では世の中もすっかり変わってしまって、音楽といえば FM放送の音源に頼らなくても(このデジタルタイマーがなくても)、インターネットで好きな時にいくらでも得ることが可能な時代となりました。
    本機に電源を投入した後で キーを押した直後の表示
 本機も、製作をしてから 40年以上も経過をすると多少のガタが来るもので、一部のトランジスタに劣化が見られました。 例によってホームページで公開するにあたって、 動作を確認するために何十年ぶりかに電源を入れてみたところ、7セグメントLEDの表示がおかしいのです。 4桁ともすべて "F" セグメントだけがまったく点灯しないのです。

 さらに調べてみると、単体の "ON" と "FRI" の2個のLEDだけが、点灯をさせても他のLEDと比べてほんのうっすらとしか光りません。 下の回路図を見るとわかるように、これらはすべて、8個あるセグメントドライバ用トランジスタ(2SC509Y)の内の1つ、"F" のエミッタ出力に繋がっているもので、どうやら、この辺りに原因があるようです。

 結果、この "F" のトランジスタを新品(といっても、ここでは未使用という意味。 40数年前に購入した、不良となったものと同一ロットのもの。)と交換して、正常なLED表示に戻りました。(上写真)

 ところが、この交換が思わぬことで大変な作業となりました。 下記の "各プリント基板の写真について" で述べているように、プリント基板をシャーシから取り外して裏向けることが困難なために、 したがって、不良トランジスタをプリント基板のはんだを外して取り出すことができないのです。

 そこで、仕方がなく少々乱暴な方法で新しいトランジスタと取り換えをしました。 プリント基板の部品面側で、不良トランジスタの3本のリード線を残したまま頭だけをニッパーで切り取ってしまい、 その残ったリード線に新しいトランジスタをはんだ付けをする、というものです。 そのため見栄えが少々悪くなりましたがやむを得ません。 以下の写真はすべて交換前のものです。

■ 回路図 ■


 上記の回路図についても、40年以上も経過をすると自分で行った追加回路の目的が、初めは分かりませんでした。 回路図中の右下に位置するプリント基板(6)の LED ADAPTOR と、右上の赤色 X 印が加えられた LED SW1 〜 SW4 (回路図では S1 〜 S4 と記入)の部分です。 これについては、下記の "参考文献等" の資料1 の中に、手書きで私が描いた追加回路がありました。

 LED SW1 〜 SW4 の本来の目的は、下記の "操作方法" で説明をしているようなキー操作をしたときに、どのスイッチ番号かを特定表示するために点灯させる LEDです。 それに対して、タイマーの設定等でその設定時間が経って、 実際に動作したときのスイッチ(リレー)番号は、追加回路を設ける前には、ディスプレイ上では LED表示がされないので特定ができません。

 そこで、それを可能にするために、両者の信号の OR をとって LED SW1 〜 SW4 に加えています。 ただ、この場合に一つの問題が起こります。 それは、既にどれかのスイッチ(リレー)が動作しているときに、同番号スイッチのキー操作をしたときには 判別ができない、ということです。(その点を踏まえてキー操作をすれば大きな問題ではないですが)

 本機の場合には、既に完成をしているところへ、後から追加回路を設けて LED SW1 〜 SW4 を共有したために、このような問題が起こるわけで、できれば作製当初から、リレー動作表示用の別の LED 回路を設けるべきだと思います。

| 回路図 (TI_TMS1121_DegitalTimer.CE3) | ページトップ |

■ ケース外観と内部の様子 ■

ケース正面の斜め上から見たところ (拡大) ケース背面の斜め上から見たところ (拡大)
上蓋をあけてケース正面の斜め上から見たところ 上蓋をあけてケース背面の斜め上から見たところ
上蓋をあけてケース左側面の斜め上から見たところ 上蓋をあけてケース右側面の斜め上から見たところ
フロントパネルの裏面側を見たところ
上蓋をあけて上面を真上から見たところ (拡大) リアパネルの裏面側を見たところ

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■ 操作方法 ■

(注意)  この項の説明をご覧になるためには、ブラウザの横幅サイズを十分大きく取ってください。 サイズが不十分な場合には、思わぬところで改行されて正確な表示が行われません。
 ↑↑ 上の(注意)の文章が、改行されずに1行で表示される程度以上の、横幅サイズが必要です。↑↑

(余談) このページの "操作方法" の項を書き(作り)ながら、 ― PICを使用して CPU "TMS1121NLL" をシミュレートしてみたい ― という思いがすごく募ってきました。
"TMS1121NLL" は、40年以上も前に販売されたものですから、当然ながら現在となっては、一般的には新たな入手は不可能と思われます。
"TMS1121NLL" が入手できなくても本ページのデジタルタイマーが再現できるように、将来的にこのシミュレート構想をぜひ実現させてみたい *、と思っています。

* この度、シミュレータを作製しました。 詳細は "181. TMS1121 デジタルタイマー・シミュレータ" を参照してください。 ( 2019/8/1 追記 )

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■ 各プリント基板の写真について ■

 本機では、既に上記の "ケース外観と内部の様子" の写真で示したように、たくさん(6枚)のプリント基板に分割をして構成をしています。 そして、それらの各プリント基板には、基板間を接続するための接続ピンが取り付けてあって、それらの配線にはΦ0.5 の単線を使用してラッピング配線をしています。

 使用しているこの接続ピンの断面が "□" ではなく "○" のため、ラッピング後にはんだ付けも行っています。 したがって、これらの配線を外すのは容易なことではありません。 また、基板間の配線長もそれほどの余裕があるわけでもないため、基板をシャーシから取り外して裏向けることも相当に困難です。 無理をすれば配線が単線のために折れて(切れて)しまうことも考えられます。

 (3) DISPLAY UNIT 基板と (4) KEYBOARD UNIT 基板については、シャーシ前側の垂直面(パネルの裏面側)に取り付けてあるのですが、これがまた、簡単には取り外しができません。 下記の "ケース加工図" において、垂直面の加工図も必要なことから取り外しを一旦は試みたのですが、本機を壊してしまいそうだったので途中であきらめました。 (そのため垂直面の加工図も未完成)

 そのような訳で、本ページに載せるための各プリント基板の写真の内、半分はまったく撮ることができず、また、撮れたものでも私が何とか満足ができたような写真は、そのまた半分でした。

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■ プリント基板(1)パターン図 (部品面) ・・・ TIMER CPU BOARD ■

 (拡大)

| プリント基板(1)パターン図 (部品面) (TI_TMS1121_DegitalTimer1PC.CE3) | ページトップ |

■ プリント基板(1)パターン図 (ハンダ面) ■

(写真なし)

| プリント基板(1)パターン図 (ハンダ面) (TI_TMS1121_DegitalTimer1PC1.CE3) | ページトップ |

■ プリント基板(2)パターン図 (部品面) ・・・ RELAY UNIT ■

 (拡大)

| プリント基板(2)パターン図 (部品面) (TI_TMS1121_DegitalTimer2PC.CE3) | ページトップ |

■ プリント基板(2)パターン図 (ハンダ面) ■

(写真なし)

| プリント基板(2)パターン図 (ハンダ面) (TI_TMS1121_DegitalTimer2PC1.CE3) | ページトップ |

■ プリント基板(3)パターン図 (部品面) ・・・ DISPLAY UNIT ■

(写真なし)

| プリント基板(3)パターン図 (部品面) (TI_TMS1121_DegitalTimer3PC.CE3) | ページトップ |

■ プリント基板(3)パターン図 (ハンダ面) ■

奥側にあるのが DISPLAY UNIT 基板、手前側は LED ADAPTOR 基板

| プリント基板(3)パターン図 (ハンダ面) (TI_TMS1121_DegitalTimer3PC1.CE3) | ページトップ |

■ プリント基板(4)パターン図 (部品面) ・・・ KEYBOARD UNIT ■

(写真なし)

| プリント基板(4)パターン図 (部品面) (TI_TMS1121_DegitalTimer4PC.CE3) | ページトップ |

■ プリント基板(4)パターン図 (ハンダ面) ■

| プリント基板(4)パターン図 (ハンダ面) (TI_TMS1121_DegitalTimer4PC1.CE3) | ページトップ |

■ プリント基板(5)パターン図 (部品面) ・・・ NOISE FILTER ■

 (拡大)

| プリント基板(5)パターン図 (部品面) (TI_TMS1121_DegitalTimer5PC.CE3) | ページトップ |

■ プリント基板(5)パターン図 (ハンダ面) ■

(写真なし)

| プリント基板(5)パターン図 (ハンダ面) (TI_TMS1121_DegitalTimer5PC1.CE3) | ページトップ |

■ プリント基板(6)パターン図 (部品面) ・・・ LED ADAPTOR ■

| プリント基板(6)パターン図 (部品面) (TI_TMS1121_DegitalTimer6PC.CE3) | ページトップ |

■ プリント基板(6)パターン図 (ハンダ面) ■

(写真なし)

| プリント基板(6)パターン図 (ハンダ面) (TI_TMS1121_DegitalTimer6PC1.CE3) | ページトップ |

■ ケース加工図 ■

 使用したケースは、メーカー、型番ともに不明です。 ケースに関しての資料が残っていませんでした。 しかし、恐らく "リード"、または "アイデアル" の製品か、と思われます。

 図中の(下シャーシ上面図)に示す四隅にあるゴム足の取り付け用の穴は、メーカー加工のもので M4 のタップが切ってあります。 同様に、(下シャーシ上面図)の上縁と下縁のそれぞれの左右中央には、 上蓋の固定用として M3 のタップが1個ずつ切ってあります。

 その他の小さな○穴で指定のないものについては、各プリント基板、電源トランス、横型ヒューズホルダ、ACコンセント等、それぞれの取り付け用の穴で、すべてΦ3.2 のサイズです。 また、(下シャーシ後側内面図)に示す太線の○穴は、左からそれぞれ、コードストッパー用と筒型ヒューズホルダ用のもので、現物合わせでの穴開けを要します。

| ケース加工図 (TI_TMS1121_DegitalTimerCS.CE3) | ページトップ |

■ 使用部品表 ■

(主要部品: IC, トランジスタ等)

(データシート)
マイコン・タイマーIC .................... TMS1121NLL
C-MOS IC .................... MC14071B
三端子レギュレータ .................... MC7808
トランジスタ .................... 2SC372
トランジスタ .................... 2SC509
トランジスタ .................... 2SC945
トランジスタ .................... 2SC982
トランジスタ .................... 2SC1940
ダイオード .................... 1S1588
ダイオード .................... 10D1
7セグメントLED .................... TLR308
LED 3φ赤 .................... TLR102
LED 矩形 赤 .................... GL-9PR2

| 部品表 | Excel ファイル (TI_TMS1121_DegitalTimer_parts.xls) | ページトップ |

■ 参考文献等 ■

雑誌 「初歩のラジオ」 1978年* 8月号 P.83-89 「週間メモリ・タイマーの作り方」 大河忠一氏
雑誌 「初歩のラジオ」 1978年* 9月号 P.125-129 「週間メモリ・タイマーの作り方」 大河忠一氏
  *: "19??年" と記してあったのですが、このページをご覧になった方から "1978年" に間違いがない、と教えていただき訂正(2022年11月30日)をしました。)
雑誌 「ラジオの製作」 19??年 2月号 P.109-121 「週間予約も可能な マイクロコンピュータ・クロックの製作」 丹治佐一氏
雑誌 「ラジオの製作」 19??年 2月号 P.85-89 「4bit マイコン内臓 高機能ウイークリー・タイマー」 飯村弘氏
雑誌 「不明」 1978年 5月号 P.273-277 「ユニバーサル・タイム・プロセッサーの設計と製作 設計編」 柴崎功氏
雑誌 「不明」 1978年 6月号 P.169-175 「ユニバーサル・タイム・プロセッサーの設計と製作 製作編」 柴崎功氏

残っていた私の手書きの古い資料(回路図、プリント基板パターン図等) 資料1、 資料2、資料3

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初版:2019年4月27日、初公開:2019年4月27日、最終更新:2023年10月27日