ebps.de.vu > Schaltungen > mit ICs > TTL-Netzfrequenz-Uhr

TTL-Netzfrequenz-Uhr mit Multiplexing

Beschreibung

Diese Uhr entstand, genau wie die TTL-Quarzuhr mit Wochentagsanzeige mit dem Ziel, ein paar der hier herumoxidierenden TTL-ICs loszuwerden. Leider hatte ich zu dem Zeitpunkt, zu dem ich diese Uhr gebaut habe, jedoch nicht genügend Anzeigedekoder, weshalb diese Uhr die Anzeige multiplext. Das spart zwar Verdrahtungsaufwand bei den Anzeigen und macht es möglich, intern für Multiplexing-Betrieb verdrahtete Anzeigen zu verwenden, macht den Rest der Schaltung aber dafür etwas aufwändiger.

Funktion

Diese Schaltung verwendet die 50 Hz-Netzfrequenz als Zeitbasis, welche zwar auf kurze Zeit gesehen immer etwas schwankt, im Durchschnitt über lange Zeit aber sehr genau ist. Die Sekundenanzeige sollte man deshalb bei einem Nachbau besser weglassen, da sie sowieso keinen genauen Wert anzeigen wird. Der Takt wird direkt hinter dem Gleichrichter abgegriffen, so dass man ein 100 Hz-Signal erhält und mit Transistor und Schmitt-Trigger-Inverter zu einem Digitalsignal verarbeitet. Zusätzlich ist eine Art RC-Tiefpass hinter dem Transistor verbaut, um Störungen auf der Netzspannung herauszufiltern. Anschließend wird das Signal mit zwei ladbaren Zähler-ICs zweimal durch 10 geteilt, um eine Frequenz von 1 Hz zu erhalten. Dazu werden die ICs mit dem fest eingestellten Wert 5 geladen, sobald sie 15 erreichen (alternativ kann natürlich auch ein gewöhnlicher Dezimalzähler verwendet werden). Da bei 15 schon der "Reset" erfolgt, zählen sie also zwischen 5 und 14, was genau 10 Werte sind. Die Taktfrequenz kann auch schon vor dem Gleichrichter abgegriffen werden (die Diode vor dem 7805 entfällt dann), auf diese Weise erhält man eine Frequenz von 50 Hz, an einem der beiden Vorteiler-ICs muss an den Ladeeingängen also eine "10" (1010) statt einer "5" (0101) angelegt werden. Legt man eine "9" (1001) an, kann man die Uhr auf diese Weise auch in Ländern mit 60 Hz Netzfrequenz verwenden.

Die Zähler für die Zeit sind ebenfalls programmierbare Zähler, die aber hier abwärts zählen! Das mag auf den ersten Blick seltsam erscheinen, hat aber die Reset-Logik am Stundenzähler vereinfacht und macht die Schaltung nicht komplizierter. Die Zähler beginnen hier mit 15 (binär 1111) und zählen dann abwärts bis zum gewünschten Wert. Den eigentlichen Zählerstand bekommt man, indem man die Ausgangsbits invertiert betrachtet (1111 wird also zu 0000 = 0, gefolgt von 1110 wird zu 0001 = 1 usw, bis 0110 entspricht 1001 = 9). Da der als Reset verwendete LOAD-Eingang invertiert ist, besteht die Reset-Logik aus einem OR-Gatter, dessen Ausgang erst Low wird, wenn beide Eingänge auch Low sind (das Äquivalent bei einem Aufwärtszähler wäre ein NAND-Gatter). Für die Stunden ist die Reset-Logik etwas komplizierter, da hier der Zähler für die Einer sowohl bei Zählerstand 10 als auch um Mitternacht zurückgesetzt werden muss. Für beide Fälle existiert ein eigenes OR-Gatter, wobei das für Mitternacht auch gleich die Stunden-Zehner zurücksetzt. Die beiden OR-Gatter werden über ein übriges XOR-Gatter verknüpft, da maximal eines der beiden OR-Gatter den Ausgang auf Low haben kann. Der Ausgang des XOR-Gatters wird 1, wenn die beiden Eingänge unterschiedlich sind (was hier passiert, wenn eines der OR-Gatter Low ausgibt, also ein Reset erfolgen soll), deshalb muss der Ausgang nochmals invertiert werden, bevor er auf den LOAD-Eingang des Zählers gegeben werden kann. Die Logik zum Stellen ist genau wie bei der TTL-Quarzuhr aufgebaut, eine genaue Beschreibung ist dort zu finden. Die Kondensatoren für die Tasterentprellung sind hier allerdings sehr klein gewählt, für manche Taster kann ein Wert von 1 µF notwendig sein.

Jetzt wird es interessant: die Ausgänge der Zähler gehen nicht wie bei einer normalen Uhr direkt auf Anzeigedekoder, sondern auf vier Multiplexer-ICs (eines für jede Bit-Wertigkeit, also A bis D) mit parallelgeschalteten Adresseingängen, so dass immer eine der sechs möglichen Ziffer am Ausgang erscheint. Ein von einem Oszillator aus einem einzelnen Schmitt-Trigger-Inverter getakteter Zähler schaltet nacheinander alle 6 Ziffern durch und wählt gleichzeitig über einen ebenfalls angeschlossene Demultiplexer-IC die dazugehörige Anzeige aus, indem ihre Anode mit +5 V verbunden wird. Der Anzeigedekoder ist mit den invertierten Ausgängen der 4 Multiplexer-ICs verbunden (hier wird die Rückwärtszählung kompensiert!). Auf diese Weise werden die Anzeigen nacheinander eingeschaltet und erhalten über die Multiplexer die dazugehörige Ziffer. Die Frequenz des Oszillators ist natürlich so gewählt, dass dieser Vorgang so schnell abläuft, dass es aussieht als würden alle Anzeigen gleichzeitig aufleuchten. Wenn Ihnen die Anzeige mit den angegebenen Werten noch zu flimmerig erscheint, können Sie einen kleineren Kondensator im Oszillator verwenden. Hinter dem Anzeigedekoder befindet sich noch ein Transistor-Treiber-IC, damit die Anzeigen hell genug sind - schließlich müssen die Anzeigen sechsmal so hell wie gewöhnlich leuchten, da sie ja nur ein Sechstel der Zeit eingeschaltet sind!

Fotos

[Foto]
800 | 1280
Die fertig aufgebaute Uhr in Betrieb. Ich habe stehende Doppelanzeigen aus einem Pollin-Sortiment verwendet, die intern bereits für Multiplexing verschaltet sind. Die beiden gelben Kabel gehen zum Trafo, die schwarzen zu einer zweiten Platine, die die Stelltaster enthält. Der Kühlkörper um den 7805 ist recht klein dimensioniert, mehr als 9 V (hinter dem Gleichrichter!) sollten also auf keinen Fall anliegen.
[Foto]
800 | 1280
Unterseite der Platine.