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PICによるLEDドライバボードの設計 (7) |
Claudeに外部仕様を書いてもらったものを以下に示します。
NY_night LED コントローラ 外部仕様
PIC12F1501 による 2ch LED 調光基板（SMD / JLCPCB PCBA 版）
1. 概要
3Dペーパー製ライトボックスの LED モジュール 2 系統を、PWM で独立に調光する。 モードはタクトスイッチ 1 個で巡回切替。消灯時はマイコンが SLEEP に入る。
| 項目 | 仕様 |
|---|---|
| 制御 IC | PIC12F1501（内蔵 4MHz） |
| 出力 ch 数 | 2（L / R） |
| 出力形式 | N-ch MOSFET ローサイドスイッチ |
| PWM 周波数 | 15.6 kHz |
| 調光分解能 | 8 bit（0〜255） |
| 操作系 | モーメンタリスイッチ ×1 |
2. 電源仕様
| 項目 | 値 |
|---|---|
| 動作電圧 | 3.0 〜 5.5 V |
| 想定電源 | 単4 ×3本（4.5V 公称）／ USB・AC アダプタ 5V |
| 動作電流（基板のみ） | 約 1 mA（LED 電流を除く） |
| 待機電流（SLEEP） | µA オーダー |
| 書込み時の最低電圧 | 2.7 V |
- 電源電圧が変わっても LED の明るさ以外の特性は変化しない。MOSFET のオン抵抗は Vgs = 2.5V でも 48 mΩ で、100 mA 通電時の電圧降下は 5 mV。
- 電池と外部アダプタを同時に接続しないこと。 アダプタから電池へ逆流する。電源切替は基板外で行う（スイッチ付き DC ジャック等）。
- 電圧低下時はブラウンアウトリセットで安全停止する（動作中のみ有効、SLEEP 中は無効）。
3. 外部接続
基板右辺に φ1.0 mm スルーホールのワイヤパッドが 6 個、3.81 mm 等ピッチで 1 列に並ぶ。
| 位置 | 名称 | 内容 |
|---|---|---|
| 上から 1 | VDD | 電源入力 + |
| 上から 2 | GND | 電源入力 − |
| 上から 3 | L_N | 左 ch LED カソード側（MOSFET ドレイン） |
| 上から 4 | L_P | 左 ch LED アノード側（VDD に内部接続） |
| 上から 5 | R_N | 右 ch LED カソード側（MOSFET ドレイン） |
| 上から 6 | R_P | 右 ch LED アノード側（VDD に内部接続） |
電源ペアが上、LED 2 系統が下という並び。各ペアが隣接しているので 2 本組で配線できる。
LED 出力の条件
- LED モジュールは X_P と X_N の間に接続する。
- 基板側に電流制限素子は無い。 LED モジュール内部に抵抗が含まれていること。含まれない裸の LED を直結すると破損する。
- 1 ch あたりの最大電流は 1 A（配線幅 0.4 mm / 1oz 銅による制限）。MOSFET 自体の定格は 5.7 A。
- ローサイドスイッチのため、LED のアノード側は常に VDD 電位。カソード側が接地・開放される。
4. ユーザ操作
基板裏面に実装されたロングステムのタクトスイッチ 1 個。PCB を台紙に取り付け、台紙を貫通させて裏側から押す。
モード遷移
ボタンを離した瞬間に次のモードへ進む。
電源投入 → [1] 交互ゆらぎ
押す → [2] 全点灯
押す → [3] 交互点滅
押す → [0] 消灯（SLEEP）
押す → [1] 交互ゆらぎ …以下巡回
| モード | 動作 |
|---|---|
| 1 交互ゆらぎ | L と R が逆位相の台形波でフェード。2 秒ランプ + 両端 600 ms ホールド、全周期 約 5.2 秒。デューティ範囲 5〜250 / 255 |
| 2 全点灯 | 両 ch フルオン |
| 3 交互点滅 | L と R が 300 ms ごとに交互に点灯（片方点灯中はもう片方消灯） |
| 0 消灯 | 両 ch オフ、マイコン SLEEP |
- 電源投入時はモード 1 から始まる。
- ボタン応答は全モードで 10 ms 以内。チャタリング除去は 30 ms。
- SLEEP からの復帰は短いタップでも確実に反応する。復帰時は必ずモード 1 に入る。
5. 書込みインタフェース
基板上辺の 1×6、2.54 mm ピッチのスルーホール（JP1）に、ピンヘッダを直立で常設実装する。
| ピン | 信号 |
|---|---|
| 1 | MCLR / VPP |
| 2 | VDD |
| 3 | VSS |
| 4 | ICSPDAT (RA0) |
| 5 | ICSPCLK (RA1) |
| 6 | N.C. |
MCLRE = OFFかつLVP = OFFのため、高電圧プログラミング（VPP 約 9V）に対応した書込み器が必要（PICkit 4 で実績あり）。- 書込みは基板側電源（電池等）を接続したまま、書込み器のターゲット給電を OFF にして行う。LED モジュール接続状態でツール給電すると過負荷になる。JP1 の 2 番ピンは電圧検出に使うため接続したままにする。
- SLEEP 中でも書込み可能（VPP 印加でリセットがかかる）。
6. 機構仕様
| 項目 | 値 |
|---|---|
| 基板外形 | 23.7 × 24.7 mm |
| 層構成 | 2 層（表: VDD ベタ + 信号 / 裏: GND ベタ） |
| 板厚 | 1.6 mm |
| 表面の最大部品高さ | 2.5 mm（C2、1210 MLCC）。ほかに JP1 ピンヘッダ（約 9 mm）が立つ |
| 裏面 | タクトスイッチのみ（ロングステム） |
| 取付穴 | 無し |
- 固定は両面テープ。PCB 裏面を台紙表面に接着する（取付穴は使わない設計）。
- 台紙には SW1 本体が入る貫通穴（6×6 mm より大きめ）を開け、SW1 本体を穴に沈めて PCB 面で接着する。SW1 上面だけで接着すると不安定になるため不可。
- SW1 の選定条件: 全高（本体 + ステム）が「両面テープ厚 + 台紙厚 + 押下ストローク 0.25 mm」を超えること。すなわち ステム長 ≥ 両面テープ厚 + 台紙厚 + 0.25 mm − 本体高さ。
- 表面の周囲 1.0 mm 以上は銅箔なし。
7. 組立順序
- JLCPCB より基板到着（表面 SMD 10 点実装済み）
- JP1 にピンヘッダをはんだ付け（常設）
- ICSP でファーム書込み
- 最後に SW1 を裏面にはんだ付け
SW1 を先に付けるとステムが干渉して基板が平らに置けず、以降の裏面作業ができなくなる。
8. 制約事項
- 基板・LED モジュールとも電流制限素子を持たない（実測: 5V・デューティ 255 で 240 mA、上昇傾向）。このためファームウェアが全モード共通のデューティ上限 DUTY_LIMIT（既定 150/255、平均約 140 mA）で制限している。上限値はソース冒頭の #define で変更可。
- 逆接続保護が無い。VDD / GND を逆に繋ぐと破損する。
- 電池とアダプタの同時接続は不可。
- モード状態は電源断で失われる。再投入時は必ずモード 1。
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