1Hz Zeitbasis
Auf die Sekunde genau!
Die Voraussetzung für eine funktionierende Uhr ist ein möglichst genauer Zeittakt, insbesondere dann wenn sie nicht den DCF77 Sender empfangen kann oder soll. Denn das kann ja jeder obschon es eine Herausforderung ist das DCF Telegramm auszuwerten um eine Uhr sich immer wieder synchronisieren zu lassen, aber eine unabhängige Uhr finde ich auch sehr reizvoll. Da ich nicht gleich in die Vollen gehe war meine erste Hürde die der Entwicklung einer Schaltung zum Generieren eines vernünftigen und möglichst genauen Ein-Sekunden-Taktes.
Nur woher bekommt man den?
Die Tatsache das es sogenannte Uhrenquarze gibt machte mich neugierig was es mit der krummen Frequenz jener Quarze auf sich hat. Aber so krumm ist die gar nicht wenn man binär denkt. Denn was muss man mit der Quarzfrequenz machen, die im Übrigen 32768 Hz beträgt? Richtig, man muß sie durch sich selbst Teilen um 1 Hz zu erhalten. Da ich aber keinen Teiler mit diesem Wert zur Verfügung hatte musste zunächst Zettel und Stift her um das nötigste zu berechnen.
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Es gibt wurnderbar einfache Binärzähler mit 14 Bit, z.B. den HCF4060. 14 Bit, ... das bedeutet man kann damit bis zum Wert 16384 zählen. Wenn ich also am Eingang 16384 Takt-Zyklen hinein gebe kommt am Bit-14-Pin des Binärzählers erst eine 1 heraus. Vorher nicht. Aber was fällt hier auf außer das 16384 auch wieder eine so krumm erscheinende Zahl ist?
Eben, es ist exakt die Hälfte von 32768.
32768 : 16384 = 2 ; Also 2Hz (...weil der Uhrenquarz ja mit 32768Hz schwingt.)
Das war ja einfach. - Aber nun müssen wir nochmal durch 2 Teilen damit wir 1 bekommen.
Also:
(32768 : 16384) : 2 = 1 : Ergo 1Hz
Klar das weiß jeder, das geht mit einem Flip-Flop, oder einem Schieberegister. Meine Wahl fällt auf den alt bewährten Dekadenzähler HCF4017. Bei Clock kommen die 2Hz hinein, und beim Ausgang 1 kommt 1Hz heraus. Der Ausgang 1 ist der zweite Ausgang, denn der erste Ausgang heisst 0!. Das ist wichtig, denn sonst erreicht man nicht das gewünschte Ergebnis. Nun muss man natürlich den Dekadenzähler nachdem er bei 2 angekommen ist wieder zurücksetzen, das erfolgt ganz einfach mit dem Ausgang 2 den man auf den Reset-Eingang schaltet. Fertig!
| BIT | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 |
| WERT | 2 | 4 | 8 | 16 | 32 | 64 | 128 | 254 | 512 | 1024 | 2048 | 4096 | 8192 | 16384 |
Das hat doch gar nicht weh getan,
und das schöne an dem Binär-Zähler ist, das er an seinen Pins 10 und 11 einfach einen Quarz angeklemmt bekommen kann und schon schwingt das Ding. Natürlich mit den entsprechenden kleinen Kondensatoren an Masse. Aber das habe ich in meinem Falle etwas anders gemacht. Da gibt es nämlich etwas ganz Feines ... Das war jetzt genug Mathe. Nun geht es an die Praxis. Hier ist nun die Genauigkeit von höchster Bedeutung oder man könnte auch die Frage stellen: Wie Genau schwingt der 32768 Hz Quarz auf seiner Nennfrequenz?
Meine erste Wahl sah diesen wunderbaren, temperaturkompensierten Oszillator DS32KHZ von Maxim vor. Ein geniales Ding. Laut Datenblatt hat der eine Ganggenauigkeit von +- 1 Minute pro Jahr. Für Atomuhrfreaks ist das natürlich nichts. Er ist etwas kompliziert zu beschaffen und man muß ein wenig bohren, aber wieviel er kostet sage ich nicht.
So sieht mein erster selbstgebauter Ein-Hertz-Generator aus. Die 5V Spannungsversorgung habe ich gleich mit auf der Platine untergebracht inclusive einer hochohmig angschlossenen LED die im 1Hz Takt blinkt.
Hier die Schaltung. Um es vergrößert sehen zu können bitte einfach auf das Bild klicken.
Somit ist die Grundlage einer Uhr geschaffen. Alles Andere sind Zähler oder Schalter. Zumindest kann man hierdrauf gut aufbauen. Eine ein Hertz Zeitbasis.
