UHR - Mega 7 Segment DCF - data.stefpro.infodata.stefpro.info/examples/spm2001-example.pdf ·...

© StefPro Stefan Nannen 2005 - 2012 www.stefpro.de [email protected] Datum: 07.11.12

UHR - Mega UHR - Mega

7 Segment DCF7 Segment DCF

SPM2001 + PCB2001

Version: Hardware 2.67, Software 01.24

Example circuit -Beispielschaltung

spm2001-example v.8 Seite 1 von 26

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White page





Contents- InhaltsverzeichnisAnwendung und Funktionsbeschreibung.............................................................................................4

Anwendung: ....................................................................................................................................4Funktionsbeschreibung:...................................................................................................................4Technische Daten:............................................................................................................................4

Aufbau der Platine................................................................................................................................5Schaltpläne.......................................................................................................................................5Ausführliche Funktionsbeschreibung:...........................................................................................11BOM – Bauteilliste:.......................................................................................................................12Bestückungsplan:...........................................................................................................................13Bohrplan:.......................................................................................................................................15Verdrahten der Platine:...................................................................................................................16

Hinweise zum Ätzen und Aufbau der Platine.....................................................................................17Hinweis zum Drucken der Ätzvorlage (des Layout):....................................................................17Kleben der zwei Platinenteile:.......................................................................................................17Hinweise zum Aufbau der Platine:................................................................................................18DCF-Modul Eigenschaften:...........................................................................................................18Erste Inbetriebnahme:....................................................................................................................18

Bedienungsanleitung.................................................................................................................19Spannungsversorgung:.........................................................................................................20Aufstellen und stellen der Uhr:............................................................................................20

7 segment characters - 7 Segment Zeichen....................................................................................22Haftung, Urheberrechtlicher Hinweis und Garantie...........................................................................23

Definitionen...................................................................................................................................23Haftung..........................................................................................................................................23Sicherheithinweise.........................................................................................................................23Garantie..........................................................................................................................................24Urheberrechtlicher Hinweis...........................................................................................................25

Disposal information - Entsorgungshinweise.....................................................................................26Impressum..........................................................................................................................................26

English - Englisch

German - Deutsch





Anwendung und Funktionsbeschreibung

Anwendung:

Auswerten des DCF77-Signal und anzeigen der Sekunden genauen Uhrzeit auf großer Anzeige.

Funktionsbeschreibung:

„UHR – Mega 7 Segment DCF“ ist mit dem IC SPM2001 (Atmel® 89C2051 programmiert) aufgebaut.Mit dieser Schaltung wird das DCF77-Signal ausgewertet und angezeigt. Das DCF77-Signal wird in Frankfurt am Main von der dortigen Atomuhr abgeleitet und mit der Trägerfrequenz von 77,5 kHz gesendet. Der Empfänger demoduliert das DCF77-Signal und vom SPM 2001 wird es dann ausgewertet und auf die große Anzeige gebracht.

Technische Daten:

• Spannung: 8,5 V – 10 V (mit der Betriebsspannung kann die Helligkeit der 7 Segment Display's beeinflusst werden)

• Maximaler Strom:

bei LED Strom 20 mA ca. 280mA

bei LED Strom 40 mA ca. 560mA

• Maximale Leistungsaufnahme:

bei 10 V und LED Strom 20 mA ca. 2,8 W

bei 10 V und LED Strom 40 mA ca. 5,6 W

• Platine: 320x100x20 mm (LxTxH)

• Für Display SA23 und SA40 vorgesehen, für Displays mit nur einer Leuchtdiode pro Segment ist die Schaltung des SPM2000 zu empfehlen.

• Bei dieser Schaltung sind auch SC 23 Möglich, es muss nur INO (Pin 19) des SPM2001 auf Masse gelegt werden und Kathode des 7 Segment Display muss ebenfalls mit Masse, statt mit VCC verbunden werden.





Aufbau der Platine

Schaltpläne

Abbildung 1 Schaltplan - Blockdiagramm






Abbildung 2 Schaltplan - Steuerung

Pin 19: ist nun mit der INO-Funktion ausgeführt, ist an diesem Pin eine Null werden die Ausgänge Invertiert.





Abbildung 3 Schaltplan - Display SEK





Abbildung 4 Schaltplan - Display MIN





Abbildung 5 Schaltplan - Display STD





Abbildung 6 Schaltplan - Spannungsversorgung




Ausführliche Funktionsbeschreibung:Das IC SPM2001 (programmierter Atmel® 89C2051) ist das Herz der Uhr. Im SPM2001 wird das von der Antenne demodulierte DCF77-Signal ausgewertet, eine aussage über die Verwertbarkeit getroffen und die Uhrzeit eingelesen.

Vom SPM2001 werden auch die Displaysignale, für die Auswahl der Anzeige und das Segment der Anzeige erzeugt. Durch den multiplex-Speicher-Betrieb kann mit nur 15 Leitungen die 6 mal 7-Segment-Anzeigen und die 2 Doppelpunkte betrieben werden. Je 7 Segment-Anzeige werden 7 Widerstände Benötigt, somit werden 7⋅6=42 Widerstände für die 6 Anzeigen Benötigt.

Der Strom durch die Leuchtdioden der 7-Segment-Anzeigen wird nach I LED=U V +LED−U LED

RX

berechnet und beträgt I Stoß=10V −7V

330Ω=9 mA .

U V+LED=Eingangsspannung−U Diode=Eingangsspannung−0,7 VU LED=7 Volt bei 10Volt Anliegend und 9mA Strom

RX =einer von R11 bis R52

Für die Doppelpunkt-Leuchtdioden wird der Stoßstrom nach I Stoß=U VCC−U LED

R2berechnet

und beträgt I Stoß=5V−2∗1,5V

100Ω=20 mA für 19 ms.

Die Spannungsversorgung ist mit dem µA7806 IC15 aufgebaut und liefert ungekühlt maximal 200mA. C4 ist der Ladekondensator und C5 ein Siebkondensator für mittlere Frequenzen, C6 bis C13 für hohe Frequenzen. Diode D5 ist als Verpolungsschutz, nicht als Gleichrichter, eingebaut.Weitere Bauteile sind der Quarz Q1, für die Quarzgenaue Takterzeugung des programmierten Microcontroller SPM2001. Der Kondensator C7 für die Reset Erzeugung während des Einschaltvorgangs.





BOM – Bauteilliste:


Pos Anzahl Name Wert Gehäuse

1 2 Stk. C1,C2 Kerko 33pF C1 Kerko 33p2 9 Stk. C3,C6,C7,C8,C9,C10,C11,C12,C13 Kerko 100nF C2 Kerko 100n3 1 Stk. C4 Elko 100µF / 16V, RM 2,5 ELKO1 Rad 100/164 1 Stk. C5 Tantal Elko 10µF 16V, RM 2,5 ELKO1 Tan 10/165 4 Stk. D1,D2,D3,D4 LED ROT 5mm LED_5MM SLK 5mm rt6 1 Stk. D5 1N4001 D6 1N40017 1 Stk. IC15 µA7806 TO220 µA78068 6 Stk. IC16,IC17,IC18,IC19,IC20,IC21 74HC573 DIL20 74HC5739 1 Stk. IC2 SPM2001 DIL20

10 1 Stk. IC3 74HC238 DIL16 74HC238

11 6 Stk. IC4,IC6,IC8,IC10,IC12,IC14 ULN2003 DIL16 ULN2003A12 6 Stk. LD1,LD2,LD3,LD4,LD5,LD6 SA-23-12 S_23-12 SA 23-12 rt13 1 Stk. Q1 Quarz 6MHZ HC18 6,0000-HC1814 2 Stk. R1,R2 100Ω 1/4W Kohleschicht, RM 10 R-1016 1/4W 10015 42 Stk. R11 – R52 330Ω 1/4W Kohleschicht, RM 10 R-1016 1/4W 33016 2 Stk. R9,R10 1k Ω 1/4W Kohleschicht, RM 10 R-1016 1/4W 1k17 1 Stk. SL1 Anschluss für Antenne 03P18 1 Stk. SL2 Anschluss für Betriebsspannung 02P

Reichelt Bestellnummer




Bestückungsplan:

Abbildung 7 Bestückungsplan


ACHTUNG

Zuerst alle Brücken einsetzen!

Informationen zum Be-stücken von Platinen finden Sie auf http://www.stefpro.de/ unter Elektronik, Wissen, Grundlagen der Bestückung von Platinen


http://www.stefpro.de//electronics/knowledge.php?knowledge_id=gbp

http://www.stefpro.de//electronics/knowledge.php?knowledge_id=gbp




Abbildung 8 Bestückungsplan getrennt





Bohrplan:

Abbildung 9 Bohrplan

Es werden 3 Bohrer benötigt:

585 x 0,800 mm (31,5 mil): Punkt.

10 x 1,200 mm (47,2 mil): Leeres DreiEck.

4 x 3,100 mm (122,0 mil): X.

Insgesamt 599 Bohrungen.





Verdrahten der Platine:

In Abbildung 10 ist die komplette Verdrahtung der Platine abgebildet. Auf der rechten Seite wird die Betriebsspannung angeschlossen und auf der linken die DCF77-Antenne. Bei der Antenne ist es wichtig auf die Polarität zu achten, ES GIBT meist KEIN VERPLOLUNGSSCHUTZ auf der An-tennenplatine.

Bitte benutzen Sie für die Verbindungen von Platine zu Antenne folgende Farben:

VCC = rot

GND = schwarz

Signal = grün

und für die Spannungsversorgung:

+UB = rot

-UB(GND) = schwarz.


Abbildung 10 Verdrahten der Platine zur Antenne




Hinweise zum Ätzen und Aufbau der Platine

Hinweis zum Drucken der Ätzvorlage (des Layout):

Abbildung 11 Beispiel Layout (nicht maßstäblich)

Die Ätzvorlage finden Sie in der PDF-Datei „SPM2001 – UHR – Mega 7 Segment DCF – Layout“ oder Sie benutzen die Target3001-Datei. Diese können Sie auch bearbeiten. Abbildung 11 Zeigt die Ätzvorlage (Layout) als Beispiel.

Mit Laserdrucker zu drucken, KEIN Tonersparmodus und Schwärzung beim Druck DUNKEL!!! Mindestens 400 dpi! Zu verwendendes Papier, ist Hochtransparentes Zeichenpapier (keine Folie). Keine SEITENANPASSUNG, beim Drucken!!

Beim Belichten muss die Schrift auf der Platine zu lesen sein.

Wegen der Breite der Platine ist es nötig zwei Folien zu drucken und auf zwei Euro Platinen zu ät-zen, diese können dann einfach zusammengelötet werden.

Kleben der zwei Platinenteile:

In Abbildung 12 ist die Klebestelle der beiden Platinenteile zu sehen. Diese wurden im ersten Schritt mit einem Sekundenkleber zusammengeklebt und im zweiten wurden die Leiterbahnen mit Lötzinn verbunden. ACHTUNG beim zusammenlöten treten eventuell Giftige Bestandteile des Kle-bers aus. Daher ist bei dem Kleber zu beachten das dieser KEINE giftigen Anteile enthält.


Abbildung 12 Klebestelle der Platinenteile




Hinweise zum Aufbau der Platine:

Bei dieser Platine ist nicht viel zu beachten, die Antenne muss allerdings etwa 3cm vom Platine entfernt montiert werden. Die Antenne darf nicht in einem abschirmenden Gehäuse untergebracht sein.

Die Helligkeit der Doppelpunkt-LEDs wird von R1 bzw. R2 bestimmt, minimal 82 Ω. Achtung bei Verkleinerung der Widerstandswerte, ist eine Überlastung der Treiber möglich. Siehe Datenblätter

Die Helligkeit der 7 Segment Anzeigen kann durch die Betriebsspannung, sowie durch verändern der Widerstände R11 bis R52. Formel zu Berechnung finden Sie in der Ausführlichen Funktionsbe-schreibung.

DCF-Modul Eigenschaften:

• Betriebsspannung muss mindestens 6V aufweisen

• Der Ausgang muss einen CMOS-Eingang, mit 10kΩ Eingangswiderstand, treiben können

• Der Ausgang muss Invertierend sein, der Low zustand muss für 100ms oder 200ms anliegen

Erste Inbetriebnahme:

Vor der ersten Inbetriebnahme ist zu Kontrollieren, ob alle Bauteile richtig eingesetzt wurden (Pola-rität), keine Lötzinn Reste Kurzschlüsse verursachen können (an besten nichtmal vorhanden).

Wenn Sie die Betriebsspannung anschließen, erscheint auf der Anzeige „no Sig“ oder „SEArCH“. Wie in Abbildung 13 zu sehen. Nun können Sie die Antenne wie in der Bedienungsanleitung be-schrieben aufstellen.


Abbildung 13 Die ersten zwei Bilder die bei der Inbetriebnahme auftauchen sollten




UHR - Mega UHR - Mega

7 Segment DCF7 Segment DCF

Version: Hardware 2.67, Software 01.24

Bedienungsanleitung





Spannungsversorgung:

Spannung: 8,5 V – 10 V

Aufstellen und stellen der Uhr:

Die externe Antenne empfängt das DCF77-Signal und sollte wie auf Abbildung 14 zu sehen, nach Frankfurt zeigen.

Die Antenne sollte min. 1m von einem Monitor, Computer oder sonstiges störendes elektrisches Gerät entfernt platziert werden.


Abbildung 14 Ausrichtung der Antenne




Beim Aufstellen kann der Mittelstich vom g bei „no Sig“ bzw. vom H bei „SEArCH“ als Orientierung der Empfangsqualität genutzt werden. Das Blinken muss etwa 1 sec. Abstand haben. Zu sehen in Abbildung 15.

Ist die Antenne richtig ausgerichtet und das Signal stark genug, so ändert sich die Anzeige von „no Sig“ (Kein einwandfreies DCF77-Signal) in „SEArCH“ (Suche nach der 59. Sekunde). Wurde die 59. Sekunde gefunden, so erscheint nun „rEAd60“ (Einlesen der DCF Zeit) von nun an dauert es noch 60 Sekunden bis die Uhrzeit angezeigt wird.Wenn die Uhr nicht Synchron zur DCF77 UHR läuft, wird jede 59. Sekunde der Doppelpunkt dunkler geschaltet (Gangreserve im Betrieb).Ändert sich die Anzeige nicht in „SEArCH“ so kann es sein das die Antenne von einem anderen Gerät gestört wird.


Abbildung 15 Aufgebaute UHR




7 segment characters - 7 Segment Zeichen

The symbolism of each character:Die Symbolik der einzelnen Zeichen:





Haftung, Urheberrechtlicher Hinweis und Garantie

Definitionen

• „programmierte IC“: IC welches von StefPro entwickelt wurde und nur mit einer Schaltung zur Funktion gebracht werden kann.

• „Beispielschaltung“: Beispielschaltung die von StefPro entwickelt für den grundsätzlichen betrieb eines „programmierte IC“.

• „Hersteller des gesamten Gerätes“: Der Hersteller des gesamten Gerätes ist die natürliche oder juristische Person die ein Gerät montiert, welches ohne besonderem Fachwissen zur Funktion gebracht werden kann. Z.B. einfacher Anschluss an das Netz über einen Euro , Schutzkontaktstecker oder durch Anschluss eines Netzteils.

Haftung

• Obwohl die in diesem Dokument enthaltenen Informationen mit größter Sorgfalt auf Richtigkeit und Vollständigkeit überprüft wurden, kann für Fehler und Versäumnisse keinerlei Haftung übernommen werden. StefPro behält sich das Recht vor, zu jeder Zeit unangekündigte Änderungen an den hier beschriebenen Hardware- und Softwaremerkmalen vorzunehmen.

• StefPro liefert lediglich das „Beispielschaltung“ und diese „programmierte IC“, diese sind allerdings keineswegs auf CE und EMV geprüft. Der „Hersteller des gesamten Gerätes“ ist verpflichtet die gültigen VDE, CE und EMV Vorschriften einhalten.

• Es besteht keine Haftung für Schäden, die unmittelbar durch oder in Folge der Anwendung der „Beispielschaltungen“ und des „programmierten IC“ entstehen, sowie für Schäden aus chemischen oder elektrochemischen Einwirkungen von Wasser oder allgemein aus anomalen Umweltbedingungen.

• „Beispielschaltungen“ und „Programmierte IC's“ von StefPro dürfen nicht in kritischen Geräten genutzt werden. Bei missachten haftet ausschließlich der „Hersteller des gesamten Gerätes“.

Dazu zählen:• medizintechnische Geräte zum Implantieren oder leben erhalten.• Kritische Geräte für die Raum und Luftfahrt, sowie Straßenverkehr.• Sonstige Lebens wichtige Komponenten oder Systeme, wo ein Fehler lebensbedrohlich

ist.• Alle mit einem „programmierten IC“ von StefPro entwickelten Module und Geräte müssen in

Verantwortung des „Hersteller des gesamten Gerätes“ ausreichend getestet werden, um mögliche Fehler zu entdecken.

Sicherheithinweise

Da für den Betrieb der „Beispielschaltungen“ eine Leiterplatte benötigt wird, im folgenden Modul genannt, müssen folgende Sicherheitshinweise für den sicheren Betrieb eingehalten werden. Da der Aufbau des Moduls außerhalb unseres Einflussbereichs liegt. Es kann keine Haftung, von uns als Lieferanten des „programmierten IC“ und der „Beispielschaltungen“, für Personen- und Sachschäden die durch Missachtung von gültigen VDE-Vorschriften und Fehlern beim Aufbau entstehen, übernommen werden.





Da das aufgebaute Modul mit einer elektrischen Spannung betrieben wird, müssen die gültigen VDE-Vorschriften eingehalten werden.• Bauteile und Module gehören nicht in Kinderhände!• Schaltungen mit Spannungen größer 24 Volt AC und 48 Volt DC dürfen nur von Fachpersonal

aufgebaut werden und müssen in einem geeigneten Gehäuse eingebaut werden, wo Schutz vor Berührung der Spannungsfrühenden Teilen gewährleistet ist. Siehe VDE Norm 0100. Beispielschaltungen mit Spannungen größer 24 Volt AC und 48 Volt DC sind nicht für Kinder, Jugendliche oder Personen ohne entsprechende Ausbildung gedacht!

• Wenn das Modul der Schutzklasse III ( Schutzkleinspannung) entspricht, darf auf keinem Fall Netzspannung ( > 24 Volt ) an dem Modul angelegt werden! Lebensgefahr!

• Wenn anzunehmen ist dass ein gefahrloser Betrieb nicht mehr möglich ist, so ist das Modul / Gerät außer Betrieb zu setzen und gegen unabsichtlichen Betrieb zu sichern. Diese Annahme ist berechtigt,• wenn das Modul / Gerät sichtbare Beschädigungen hat,• wenn das Modul / Gerät lose Teile enthält,• wenn das Modul / Gerät nicht mehr arbeitet• nach längerer Lagerung unter ungünstigen Verhältnissen ( z.B. im Freien oder in feuchten

Räumen)• Die aufgebaute Schaltung darf keinen hohen Temperaturen, Vibrationen, extremen Eisen /

Metall Staub, Feuchtigkeit, hohen Spannungen oder ähnliches ausgesetzt werden. Außer Sie bauen das Module in ein Gehäuse, das für die Extremfälle ausgelegt ist!

• Der Einsatz in Räumen mit brennbaren oder ätzende Gase, Dämpfe oder Staub ist untersagt, sofern Sie das Gerät nicht für diesen Zweck anpassen.

• In den Zuleitungen der Stromversorgung ist eine Sicherung gegen Kurzschluss einzubauen. Bei Kurzschlüssen ist das Gerät vom Netz zu trennen, es besteht BRANDGEFAHR!

• Die Schaltung ist unbedingt bei folgenden Fällen vom Netz zu nehmen:• vor Reinigung• vor Anschluß- oder Servicearbeiten• wenn die Schaltung unbeaufsichtigt ist• bei Gewitter oder anderen unmittelbaren Gefahren

• Der Aufbau im Freien ist nur mit entsprechendem Gehäuse welche dicht gegen Feuchtigkeit sind.

• Elektrische Schaltungen sollten nur mit einem Pinsel gereinigt werden. Auf keinen Fall aggressive Reinigungsmittel oder andere chemische Lösungsmittel verwenden, da hierdurch die Schaltung beschädigt werden kann.

Achten Sie auf richtiger Betriebsspannung und Anschluss der „Beispielschaltungen“. Spannungs- und/oder Anschlussfehler liegen außerhalb unseres Einflussbereichs. Dadurch können wir leider keinerlei Haftung für Schäden übernehmen, die daraus entstehen..

Garantie

• StefPro gibt nur eine Garantie auf das programmierte IC und deren Firmware. Die Garantie und/oder Gewährleistung beschränkt sich ausschließlich auf den Austausch des IC's innerhalb der Garantie- bzw. Gewährleistungsfrist bei offensichtlichen Defekten der Hardware, sowie fehlerhafter Programmierung.

• Garantie- und/oder Gewährleistungen bewirken weder eine Verlängerung der Garantie- bzw. Gewährleistungsfrist noch setzen sie eine solche Frist neu in Lauf.

• Weitergehende oder hiervon abweichende Ansprüche sind ausgeschlossen, insbesondere solche auf Schadensersatz für außerhalb des Produktes entstandene Schäden. Unberührt davon





bleiben Ansprüche, die auf unabdingbaren Vorschriften im Rahmen der gesetzlichen Produkthaftung beruhen.

Urheberrechtlicher Hinweis

Die Schaltungen und die Firmware auf den programmierten IC's von StefPro ist Urheberrechtlich geschützt. Unbefugte Vervielfältigung oder unbefugter Vertrieb programmierter IC's mit diesem Programm oder eines Teils davon sind strafbar. Dies wird sowohl straf- als auch zivilrechtlich verfolgt und kann schwere Strafen und Schadensersatzforderungen zur Folge haben.

Stand 21.09.2012





Disposal information - EntsorgungshinweiseEnglish:

Do not dispose devices in household garbage!This modules or devices comply with the EU directive on electronic and electrical equipment (WEEE regulation) and therefore may not be disposed of with household waste. Dispose of the device over your local collection center for electronic equipment!

Deutsch:

Gerät nicht im Hausmüll entsorgen!Dieses Module bzw. Geräte entsprechen der EU-Richtlinie über Elektronik- und Elektro-Altgerä-te (Altgeräteverordnung) und darf daher nicht im Hausmüll entsorgt werden. Entsorgen Sie das Gerät über Ihre kommunale Sammelstelle für Elektronik-Altgeräte!

WEEE-Reg.-Nr.: DE 78089358

ImpressumStefPro™ - Softwareentwicklung für Prozessoren

Dipl. Ing. (FH) Stefan Nannen 26345 Bockhorn – Germany

Phone: +49-4452-709175 Web: http://www.stefpro.de/

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