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LED-Uhr

Diese LED-Uhr ist kein normale Uhr mit einer kleinen 7-Segment-Anzeige, auch keine mit einer riesigen 7-Segment-Anzeige. Ich hatte schon vor langem mal die Absicht eine Uhr zu bauen, die richtige Zahlen anzeigt. Also als 1 nicht nur einen einzelnen Strich, sonder einen Strich mit einem kleinen Haken oben dran, einer runden Acht...

Die Grafik zeigt, wie die normalen 7-Segment-Zahlen dargestellt werden sollen.

Auf diesen Zeichnungen kannst du sehen, wie ich das gemeint habe. Um dieses zu schaffen, konnte ich nicht auf standard ICs zurückgreifen. Allerdings stand für mich auch feste, dass ich keine programmierbaren ICs verwenden wollte. So blieb mir nach langem Überlegen nichts anderes übrig, als den Codierer mit unzähligen Dioden aufzubauen. Um die Übersicht nicht zu verlieren habe ich das ganze in einzelnen Etappen gemacht. Als erstes habe ich mir natürlich überlegt, welche LEDs bei welcher Zahl leuchten sollen. Dadurch konnte man schon ein mal Gruppen von LEDs bilden, die immer gleichzeitig an sind(rot eingerahmt). Die nächsten Verknüpfungen werden so erstellt, dass es Gruppen (c) gibt, die immer an sind, wenn andere an sind (d). Es aber andersherum nicht so ist, also wenn Gruppe c an ist, dann ist d trotzdem aus. Die so entstandenen Anschlüsse werden nun mit weiteren Dioden auf die einzelnen Zahlen codiert. Also so, dass es einen Anschluss für die z.B. 8 gibt und dort dann mit Dioden das Signal auf die einzelnen Gruppen geleitet wird. Wenn das Signal, wie z.B. bei der Eins an die LED geht, die den Haken bildet(q), dann muss keine Diode verwendet werden, weil diese LED nur bei der 1 verwendet wird.

Man sieht wie die LEDs zu Gruppen zusammengefasst werden und welche dieser Gruppen mit einer Diode mit einer anderen Gruppen verschaltet werden.

Beim Aufbau habe ich die LEDs zuerst in eine durchbohrte PVC-Platte gesteckt und die Masse-Anschlüsse mit einzelnen Widerständen mit Minus verbunden. Also Jede LED einen Widerstand. Nun kam dort eine Platine drüber, auf dieser wurden die einzelnen LED-Gruppen verschaltet. Dann bekam jede LED-Gruppe so viele Kabel, wie die Anzahl der Zahlen ist, bei denen sie benötigt wird. In einem nächsten Schritt wurden dort drüber wieder Platinen angebracht. Auf diese kamen nur die Dioden für die Zahlen. Das ganze sah dann sehr unordentlich aus:

Das Foto zeigt den Schichtaufbau der Schaltung.

Hier siehst du den Schichtaufbau von der Seite. Die weiße Platte ist aus PVC. In ihr stecken die LEDs, die alle einen eigenen Widerstand haben. Darunter die Platine fasst die LEDs zu den Gruppen zusammen. Die Platine darunter ist mit den Dioden bestückt, die bestimmen welche Gruppen bei welcher Zahl angehen.

Ansicht der LED-Anzeige

Vorne die Zahlen sind für die Stunden sie gehen bis 24. die Ziffer ganz vorne muss also nur die 1 oder 2 anzeigen können. Die hinteren zwei sind für die Minuten. Auch dort muss die vordere nur von 0-5 zählen können. Die LEDs unten sind für die Sekunden, jede LED entspricht 5 Sekunden.

Ich gebe hier mal als Beispiel für einige Zahlen an, welche LED-Gruppen ich verwendet habe:

1)    K, L, V, P, (Q)
3)    G, C, J, (L), S, N
7)    B, A, P, O, (R), S, V, T, (U), I
4)    K, E, B, S, V

Jeder Buchstabe steht für eine LED-Gruppe, die Buchstaben in Klammern können ohne zusätzliche Diode an den Treiber angeschlossen werden, da diese Gruppe nur einmal verwendet wird.

Nachdem das erledigt war habe ich noch den Treiber aufgebaut. dazu habe den BC 548 C verwendet. An die Basis kommt das Signal, der Kollektor kommt an Plus und die Anzeigen kommen an die Emitter.

Den Takt für die Zähleinheit entnehme ich einer Quarz-Uhr-Platine, die ich aus einem mechanischen Quarzwerk ausgebaut habe.

Der Schaltplan, zum Verstärken der Signale des Quarzwerkes

Die 1,5Volt Batterie versorgt den IC auf der Platine mit Energie. An den beiden Ausgängen, an denen die Spule angeschlossen war, werden nun im Sekundentakt kurze Impulse ausgegeben. Es wird immer abwechselnd einer der beiden Ausgänge nach Minus gezogen, während der anderen Zeit sind beide Ausgänge auf Plus (dies kann je nach Platine Variieren!). Dadurch fließt dann immer ein kleiner Strom durch eine der beiden Basis-Emitter-Strecken der Transistoren und so ist im Sekundentakt immer einer der beiden Transistoren durchgeschaltet. Der Ausgang sollte noch mit einem 1kΩ Widerstand belastet werden.

Schaltplan des Sekunden-Zählwerkes.

Das Zählwerk für die Sekunden besteht aus drei ICs. Es soll auch gleich den Doppelpunkt mit bedienen. Dieser soll immer 1 Sek. lang leuchten und dann 1 Sek. lang aus sein. Der erste IC zählt von 0-9 im Sekundentakt. Jeder zweite Anschluss ist mit Dioden auf den Treiber des Doppelpunktes geführt. Nun ist jeweils jede zweite LED der 12 Reihe mit einem IC verbunden, der nur bis 6 Zählt. Die anderen 6 LEDs sind mit dem dritten IC verbunden, der auch bis 6 zählt. Nun bekommt der eine der beiden sein Signal, wenn der IC1 auf 0 Springt, der andere, wenn 1 auf 5 Springt. Dadurch stellen die 12 LEDs einen Leuchtstrich aus 2 LEDs dar, der alle 5 Sekunden ein Stück weiter läuft.

Schaltplan des Minuten-Zählwerkes.

Das Zählwerk für die Minuten besteht aus zwei ICs. Der vordere zählt von 0 bis 5, der hintere von 0 bis 9.

Das Zählwerk für die Stunden besteht ebenfalls aus zwei ICs. hier gibt es eine Besonderheit, denn hier müssen, nachdem 23 erreicht ist, gleich zwei ICs resetten. Damit ich dafür keine weiteren Bauteile brauche habe ich es so gemacht, dass wenn vorne keine 1 ist (eine Zwei), und hinten der IC auf 4 Springt, dann wird der hintere resettet. Dies geschieht, indem die 4 einen positives Resetsignal über einen Widerstand schickt, die 2 aber nicht negativ ist und dieses Signal nicht unterdrücken kann. Dadurch, dass der hintere nun auf Null gesprungen ist, springt der vordere einen weiter auf 3, und somit wird auch dort ein Reset durchgeführt. Das geht so schnell, das man weder die 4 hinten, noch die 3 vorne sehen kann.

Verwendung des NE555 als Elektronik für die Sensortasten.

Zum einstellen der Zeit wurden zwei Sensortasten eingebaut. Diese bestehen aus zwei Nieten. Die Nieten dienen als Sensorkontakte. Hinter der Niete ist ein Timer NE555 zur Entprellung und als Verstärker. Wenn man die Niete berührt, dann gibt der Timer ein Signal an die Zähl-ICs weiter. Ich habe keinen Wert darauf gelegt auch die Sekunden verstellen zu können. Sollte die Minuten gerade weniger als 10 Minuten sein, also z.B. 07 Min., dann kann man die Stunden nicht verstellen, weil dann der Eingang sowieso noch high ist.

Bild der Nieten, die als Sensorkontakte dienen.

Ansicht der Schaltung von Hinten mit den einzelnen Gruppen.

Auf dem oberen Bild siehst du die zwei Nieten, die ich als Sensortasten verwendet habe. Diese Nieten müssen natürlich wegen der Empfindlichkeit isoliert am Holz montiert werden. Dazu habe ich Schrumpfschlauch und Plastikunterlegscheiben verwendet. Auf dem Bild darunter ist die Uhr von hinten zu sehen. Die einzelnen Gruppen sind beschriftet.

Foto der fertigen Uhr

Ach ja und wenn Du sie nachbauen willst, dann spare lieber nicht an dem Quarzwerk. Das erste Quarzwerk aus einem 1€-Wecker kam mit den erhöhten Temperaturen in der Uhr nicht zurecht und lief pro Tag einige Minuten zu schnell. Wenn man die Spannung der LEDs etwas herabsetzte, und dadurch auch den Stromverbrauch, war die Temperatur nicht so hoch und das Uhrwerk war nicht mehr ganz so stark zu schnell. Ein anderes aus einem besseren Uhrwerk läuft trotz der Temperatur scheinbar richtig.

Interesse an einer anderen Uhr? Dann schau mal auf die Seiten von Arne Rossius, dort findest du eine LCD-Uhr(externer Link), eine einfache Funkuhr(externer Link), auch mit Datum(externer Link) oder eine Netzfrequenz-Uhr(externer Link).

Erstellt im Juli 06