Bauanleitung: LED-Uhr Binary Clock
Die Zeit lässt sich auf vielfältige Weisen anzeigen. Schon in der Antike entwickelten die Griechen die Sonnenuhr, später folgten mechanische Uhren, wie die Räderuhr und die Sanduhr. Schließlich folgten Uhren mit Zeigern und Ziffernblatt, wie wir sie heute kennen. Von den ditigalen Uhren sind fast ausschließlich solche bekannt, welche die Zeit im Klartext ausgeben. Weniger bekannt sind digitale Uhren, deren Zeitanzeige etwas spezieller ist. Eine solche Uhr soll hier gebaut werden.
Die Uhr, um die es geht, zeigt die Zeit im Binärformat an und nutzt dafür 20 Leuchtdioden. Vorbild ist die LED Binary Clock von ThinkGeek.
Funktion der Schaltung
Herzstück der Uhr ist der Mikrocontroller ATmega 16 von Atmel. Dieser ist für wenige Euro zu haben und ein Programmiergerät für diese Chips ist mit minimalem Bauteilaufwand herstellbar oder für knapp 16 Euro fertig zu erwerben.
Die LEDs sind über Vorwiderstände an die Ports B (Sekunden), D (Minuten) und C (Stunden) angeschlossen. Port A dient dem Anschluss von Tastern zum Einstellen der Uhr.
Ein Quarz sorgt dafür, dass die Uhr sehr genau läuft. Die Frequenz des Quarzes kann in der Software eingestellt werden.
C4 zund R15 sorgen für einen sicheren Reset nach Anlegen der Betriebsspannung. C3 und C5 helfen dem Quarz beim Anschwingen. Der Brückengleichrichter sowie der Spannungsregler 7805 mit C1 und C2 bilden ein kleines Netzteil, das mit Gleich- und Wechselspannungen von 9-15 Volt problemlos betrieben werden kann.
Aufbau
Aufgrund der wenigen Bauteile kann die Schaltung problemlos auf einer Euro-Lochraster- oder Streifenplatine aufgebaut werden. Wer eine Ätzausstattung zur Hand hat, kann die Platine auch selbst ätzen, hierzu biete ich das Platinenlayout zum Download an. Achten Sie beim Ausdruck des Layouts darauf, die Originalgröße (100%) einzustellen.
Platinenlayout (PDF-Datei, 36 KB)
Die Positionen der Bauteile sollten sich weitgehend von selbst erklären. Die Polarität der Leuchtdioden sowie des Gleichrichters und des Elko zeigt der Bestückungsplan:
Bestückungsplan (PDF-Datei, 24 KB)
Beginnen Sie mit den Widerständen, löten Sie dann die 100nF- und die 22pF-Kondensatoren ein. Danach sind der Gleichrichter, der Spannungsregler, der IC-Sockel und anschließend die Leuchtdioden an der Reihe. Die Schalter und die Klemme sowie der 470µF-Elko kommen zum Schluss.
Da unter dem AVR-Mikrocontroller einige Bauteile (Widerstände, Kondensatoren) untergebracht sind, muss dieser Baustein gesockelt werden. Hierfür sollte ein Präzisionssockel verwendet werden.
Die beiden Lötaugen neben dem Quarz dienen dazu, eine Drahtbrücke zur Befestigung um den Quarz herumzuführen und anzulöten.
Die fertige Platine sieht dann so aus:
Programm
Bevor die Platine in Betrieb genommen werden kann, muss zunächst das Programm übersetzt und auf den Chip gespielt werden.
BinClock Assembler-Quellcode (Zip-Archiv, 1 KB)
BinClock Intel-Hex-Datei für 8 MHz-Quarz (Zip-Archiv, 1 KB)
Achten Sie darauf, die Fuses so einzustellen, dass der externe Quarz verwendet wird und setzen Sie die Variable xtal auf die Frequenz des Quarz-Bausteins.
Anschließend können Sie den AVR in die Schaltung einsetzen und diese in Betrieb nehmen.
Limitierungen und Probleme
Am Programm müssen noch diverse Verbesserungen vorgenommen werden. So lässt sich die Uhr derzeit noch nicht mit den Tastern verstellen. Zudem ist eine Option geplant, welche die LEDs so leuchten lässt, wie in der originalen Binary Clock (jede Ziffer einzeln kodiert). Mit dem vorliegenden Programm werden jeweils die Stunden, Minuten und Sekunden komplett kodiert.
25 Kommentare »
RSS feed for comments on this post · TrackBack URI
Zita sagt:
19. November 2006 @ 21:17
Wie genial
bin total begeistert… möchte auch sowas haben 
lg
Mima sagt:
27. Dezember 2006 @ 21:08
Auf dem Bild ist ein 12MHz Quartz zu sehen, in der Zeichnung jedoch 8 MHz, was ist da richtig?
Daniel Schuhmann sagt:
29. Dezember 2006 @ 1:05
Es funktioniert jeder Quarz bis maximal 16 MHz, lediglich der Eintrag in der Software muss entsprechend angepasst werden.
Sutschi sagt:
12. Januar 2007 @ 18:27
Kann ich in die Uhr auch einen Wecker und dcf 77 einbauen.
Bitte stellt mir eine Bauplan dazu zur Verfügung.
Maries sagt:
22. Januar 2007 @ 22:20
Hi! bin beeindruckt und versuche gerade die Bauteile fürs Nachbauen aufzutreiben. Probleme habe ich mit der Programmierung des Controllers… ich finde überall nur Baupläne für eine Programmier-Platine für den Atmel 8…..
Das Kabel ist kein Problem…
würde mich über Hilfe freuen.
mit freundlichen Grüßen
Maries
Maries sagt:
22. Januar 2007 @ 22:29
Ich habs gefunden… nach 7h suche *g*
dann werde ich mich mal daran versuchen *g*
Trotzdem Danke.
mfg maries
trnd-ware.com sagt:
9. Juni 2007 @ 10:25
Das ganze gibts auch als Armbanduhr bei http://www.trnd-ware.com
Agent sagt:
12. Juni 2007 @ 21:38
Nicht schlecht!
Würde das ganze gerne nachbauen, welche LEDs werden verwendet? Low Current? Würde das ganze auch mit ultrahellen LEDs (20mA) funktionieren ohne Transistoren einzusetzen?
Daniel Schuhmann sagt:
12. Juni 2007 @ 21:47
In der Schaltung sind Standard-LEDs verbaut, auch die Widerstände sind entsprechend dimensioniert. Somit funktionieren auch ultrahelle LEDs mit der gleichen Beschaltung, der Atmel schafft das.
DARAS DIMITRIOS sagt:
6. August 2007 @ 21:55
I REQUEST I WANT THE HEX FOR LED-Uhr Binary Clock
Kili sagt:
2. Oktober 2007 @ 21:39
Hallo
Ich will die Binäruhr auch gern nachbauen, jedoch versteht uch nicht sehr viel von dem Thema, deshalb wollt ich fragen ob es auch eine Bauteilliste gibt, die mir das Bestellen der Teile vereinfachen würde?
Mfg
Ludwig sagt:
14. Oktober 2007 @ 20:56
Seas,
hätt ne Frage wegen dem IC:
Ich such mir grade die Bauteile zusammen und jetzt find ich aber x unterschiedliche ATmega16, is das irgendein bestimmter?
thx,
Greetz
Ludwig
Daniel Schuhmann sagt:
15. Oktober 2007 @ 8:57
@Ludwig: Die ATmegas werden nach der Bauform unterschieden. Du brauchst den in PDIP-Ausführung, “ATMEGA 16-16 DIP”. Gibts beispielsweise bei Reichelt.
Sebastian sagt:
19. Oktober 2007 @ 20:17
Wirklich super!
Ich hab davon zwar keine Ahnung, aber ich werde versuchen es nachzubauen.
Für welche Spannung sind denn die Kondensatoren und der Elko ausgelegt? Bei Reichelt gibt’s so viele, da weiß ich nicht genau welche ich nehmen soll.
Daniel Schuhmann sagt:
19. Oktober 2007 @ 21:02
Für den Elko bietet sich ein Modell mit 35 Volt an, die kleinen Kondensatoren haben eh alle eine höhere Spannungsfestigkeit.
Cedric Lawson sagt:
9. November 2007 @ 23:04
Gibts dazu auch eine *.hex datei?
Daniel Schuhmann sagt:
9. November 2007 @ 23:21
Die Hex-Datei (Intel-Hex-Format, für 8 MHz Quarz) habe ich nun ebenfalls hochgeladen.
Sebastian sagt:
12. November 2007 @ 22:19
Hey,
hab’s tatsächlich geschafft die Uhr nachzubauen obwohl ich keine Ahnung von dem Thema hatte.
Ich habe dann allerdings eine Änderung an der Schaltung durchgeführt. Die Taster sind jetzt am D-Port um den externen Interrupt nutzen zu können.
Zudem habe ich mir ein eigenes Programm geschrieben, mit dem sich die Uhr nun auch stellen lässt.
Das einzelne “codieren” der Ziffern fand ich von Anfang an doof und wurde auch nicht durchgeführt.
rIC sagt:
13. November 2007 @ 17:16
hi;
Build::
Operand(s) out of range in ‘ldi r18,0×100′
(ldi prescaler, debounce)
Was ist das problem? :-S
Daniel Schuhmann sagt:
13. November 2007 @ 17:54
In den Einstellungen vom AVR Studio die Assemblerversion von 2 auf 1 umstellen.
Erni sagt:
21. Januar 2008 @ 13:38
Hallo Sebastian, bzw. Daniel
ich will mir auch die Uhr nachbauen, kannst Du mal genau beschreiben was Du an der Schaltung geändert hast.
Und vielleicht auch das Programm zum Uhr stellen mal hochladen?
lara sagt:
11. Februar 2008 @ 18:00
Helllo,
Ich möchte auch die Uhr nachbauen,können Sie mir sagen die namen von die Bauteile und wie funktioniert diese Uhr??????????
michael sagt:
14. April 2008 @ 10:21
hallo,
ich würde die uhr gern nachbauen. wenn ich das programm herunterlade, kann ich von der datei den prozessor programmieren lassen? ich selber habe keine programmiermöglichkeit. die bauteile sind nicht das problem, nur eben die software
Sebastian sagt:
27. April 2008 @ 17:05
Zum Programmieren braucht du ein Programm (zB PonyProg) und einen Programmierer (zb http://s-huehn.de/elektronik/avr-prog/avr-prog.htm)
Meine Änderung war, dass ich die Ports getauscht habe, sodass ein Taster am externen Interrupt landete.
Manu sagt:
20. Juni 2008 @ 21:07
Hi,
würde sich hier wohl wer finden lassen, der mir die Uhr bauen möchte?
Greets