Beschreibung der Analoguhr, überarbeitete Version mit ATMEGA8515

 

Die LED-Analogfunkuhr verwendet eine ungewöhnliche Art der Zeitdarstellung:
Es sind jeweils eine LED-Zeile für die Stunden (12 Stk.), die Minuten und die Sekunden ( je 60 Stk.) untereinander angeordnet.
Die Stunden und Minuten werden als Balken dargestellt, wobei jede zusätzlich aufleuchtende LED eine zusätzliche Stunde bzw. Minute darstellt.


Die Sekunden werden als “laufenden” Punkt in der unteren LED-Zeile angezeigt.
Als “Zehnermarkierung” sind in der Minuten-Zeile die LED’s Nr. 0, 10, 20, 30, 40 und 50 als Duo-LED ausgeführt. Die Markierungen leuchten rot, und erleichtern damit das Ablesen der Uhr. Alle 132 LED’s finden auf einer ca 320 * 30 mm grossen Platine Platz. Die Ansteuerelektronik mit dem AT90S8515 und den Treibertransisoren sind ebenfalls auf einer 320 * 30 mm Platine angeordnet. Die Platine mit der Ansteuerung wird deckungsgleich hinter der Anzeigeplatine montiert, wodurch ein sehr kompaktes Gehäuse möglich wird.
Als DCF77-Empfänger wird die Einheit von Conrad-Elektronik verwendet. Der Empfänger wird kann wahlweise in der Zuleitung zur Uhr (in einem kleinen Modulgehäuse) oder separat untergebracht werden.
Dadurch ist es möglich, den Empfänger an unauffälliger Stelle auf besten Empfang auszurichten.
Als Empfangskontrolle dient die 50-er Markierungs-LED, die solange im Takt des DCF-Signales blinkt, bis die Uhrzeit korrekt dekodiert wurde.
Zur Überbrückung von kurzen Phasen mit schlechtem Empfang besitzt die Uhr eine zweite, intern frei laufende Zeitbasis, die während Empfangspausen oder Störungen die Anzeige der Uhrzeit übernimmt. Kehrt das DCF-Signal wieder, so wird die Uhr automatisch wieder mit dem Funkuhrsignal synchronisiert.

1. Überblick

Die hier vorgestellte LED Uhr ist eine Weiterentwicklung der vorherigen Version, die auf einem Atmel 90S8515 basierte. Dieser Prozessor wird jedoch nicht mehr hergestellt, was eine Überarbeitung der Uhr notwendig machte.

Die wesentlichen Änderungen sind die

  • Spannungsregelung, die nun mit auf der Uhrenpaltine untergrbracht wurde. Dies ermöglicht den Einsatz von beliebigen Steckernetzteilen mit Gleich- oder Wechselstromausgang <= 10V >= 500mA. Hat man ein stabilisiertes 5V Netzteil zur Verfügung (z.B. ein ausgedientes Handy-Ladegerät), sind entsprechende Drahtbrücken im Layout (R54 / R55) vorgesehen (siehe Anmerkungen im Schaltplan).
  • Der Verzicht auf den Quarz. Der nunmehr verwendete ATMEGA8515 hat einen internen Oszillator, und kann daher ohne Quarz betrieben werden. Da hier ja eine Uhr beschrieben wird, die sich auf das DCF Signal stützt, wird keine quarzgenaue Taktung benötigt. Der interne Oszillator muss auf 4MHz eingestellt werden.
  • Zwei zusätzliche Pfostenleisten, um eine Parametrierung des Anzeigemodus (Balken / Punkt) zu ermöglichen.

Alle Bauteile für die Analoguhr finden auf zwei 320*30mm grossen Huckepack-Platinen Platz. Es wurden auch für diese Version ausschliesslich bedrahtete Bauteile eingesetzt, was den Nachbau für mit einem handelsüblichen Elektronik-Lötkolben und normalen Lötkenntnissen erlaubt.

Auf der Platine mit der Ansteuerelektronik befinden sich je eine Pfostenleiste für die Versorgung (POWER), und eine zum Anschluss des DCF-Empfängers (DCF). Ausserdem findet man zwei Pfostenreihen (SV1), auf die beim normalen Betrieb drei Junper gesteckt werden. Für die Programmierung des Prozessors müssen die Jumper entfernt werden, und die Signale zur seriellen In-Circuit Programmierung eingespeist werden.Bei der Verwendung eines fertig programmierten µC können hier auch drei Drahtbrücken eingelötet werden. Die Pfostenleisten SV2 und SV3 sollen mit einer späteren Version der Firmware der Parametrierung des Anzeigemodus der Uhr dienen.
Auf der Ansteuerplatine ist ein Bereich mit Lochraster aufgebracht, um die Möglichkeit zu schaffen, kleinere Anpassungen oder Ergänzungen an der Schaltung vornehmen zu können.

2. Inbetriebnahme

Die Inbetriebnahme der Uhr ist denkbar einfach:

Nach der Bestückung der Platine(n) und sorgfältiger Kontrolle der fertigen Platine auf eventuelle Bestückungsfehler, kalte oder vergessene Lötstellen, kann das Programm auf den 8515 übertragen werden. Für die korrekte Funktion der Firmware muss nun noch der interne Oszillator auf 4MHz eingestellt werden. Dies geschieht durch setzen der Fuses CKSEL3..0 auf die Werte 0011 (Siehe auch das Datenblatt des 8515).
Nach anlegen der Versorgungsspannung läuft die Sekunden-Markierung los, und die 50’er Markierungs-LED blinkt im Takt des empfangenen DCF-Signales. Falls die LED nicht "sauber" blinkt oder nur flackert, muss der Empfänger anders plaziert werden. Der Empfänger sollte nicht in der Nähe von “Störsendern” wie Fernsehgeräte oder Computermonitore angeordnet werden.
Ist alles in Ordnung, so stellt sich nach ca 2 Minuten die Anzeige auf die genaue Uhrzeit ein, und die Uhr läuft!

3. Steckerbelegungen

3.1. Stecker Power:

Nr.

Text (ohne Spannungsregler)

mit Spannungsregler (Polarität nicht relevant)

1

+5V DC (VCC)

>=6VAC oder >=7VDC

2

0V (GND)

>=6VAC oder >=7VDC

3

nicht Verbunden

nicht verbunden

3.2. Stecker DCF

Nr.

Text

Conrad-DCF-Modul

1

+5V (VCC)

2

2

0V (GND)

1

3

DCF

4

3.3. Stecker SV1

Nr.

Text

 

1

Spalte 6

 

2

PB5 (MOSI)

 

3

Spalte 7

 

4

PB6 (MISO)

 

5

Spalte 8

 

6

PB7 (SCK)

 

7

GND

 

8

/Reset

 

Zum normalen Betrieb werden die Kontaktpaare 1/2; 3/4 und 5/6 mit drei Jumpern verbunden. Diese Jumper können zum Programmieren entfernt, und auf die Kontakte 2,4,6 und 8 das Programmierkabel aufgesteckt werden.

4. Schaltung

Schaltplan LED Uhr

5. Layoutvorschlag

5.1 Bestückungsseite

LED Uhr Layout Bestückungsseite

5.2 Lötseite

LED Uhr Layout Lötseite

5.3 Bestückungsplan

Layout LED Uhr Bestückungsplan

6. .HEX-Datei für den ATMEGA8515
Die Datei liegt fertig übersetzt im .HEX-Format vor. Dieses Format wird vom SP12 akzeptiert. Damit kann der Chip direkt in der Schaltung programmiert werden.

7. Fragen und Anregungen
Das hier ist hoffentlich nur der Anfang...
Falls also Fragen zu der Uhr auftauchen, oder falls Sie Anregungen loswerden wollen, dann schicken Sie einfach eine Mail an
avr[at]endi-online.de. Falls Sie sich entschliessen, die Uhr nachzubauen, oder zu erweitern, dann teilen Sie uns doch bitte Ihre Erfahrungen mit. Ausserdem: Wir hören zwar nicht gerne Kritik, aber schicken können Sie natürlich trotzdem welche ;-).

8. Platine und Bauteile für die Analoguhr

Wenn Sie möchten, dann können Sie bei uns Bauteile und die Platine für die LED-Uhr bestellen.

9. Links
http://www.dcf77.de/ einige Erläuterungen zum DCF-Signal und zu Funk-und Atomuhren
http://www.ptb.de/ Betreiber der DCF-Atomuhr