DCF 77 Funkuhr (Diplomarbeit)
Meine Diplomarbeit, wie konnte es anders sein, war natürlich auch eine Funkuhr. Da die technische Entwicklung schon etwas forgeschrittener war, hatte ich gerade das letzte Semester "Digitale Elektronik" in dem mit dem Prozessor 8085 gearbeitet wurde. Der damalige Dozent war sehr an digitaler Signalverarbeitung interessiert und hatte ein neues Konzept für die Vorlesungen erarbeitet. Es wurde ein Experimentierboard mit einem Mikrocontroller HD 63701 benutzt, an dem ein Terminal angeschlossen war, über welches man Maschinencodes in das RAM schreiben konnte, um kleine Programme zu testen.
Als ich dann bei dem Dozenten meine Diplomarbeit
machen wollte, bestand er darauf, diesen Microcontroller zu
benutzen. Außerdem sei dieser auch dazu geeignet digitale Filter
nachzubilden, da das Rechenwerk (ALU) mittels Hardware zwei 8-Bit
Zahlen multiplizieren kann. Zur Implementierung eines digitalen
Filters zur Störunterdrückung bin ich dann auch noch verdonnert
worden. Über die RS 232 Schnittstelle des Microcontrollers könne
man dann noch externen Rechnern ermöglichen, die Zeit abzufragen.
Später habe ich dann erfahren, dass dieser Microcontroller in
einer Maskenprogrammierten Version in Keyboards von PC's
eingesetzt wurde, um die Tasteneingaben in serielle Daten
umzuwandeln.
Nun einiges zum Aufbau der Uhr:
Als Mikroprozessor ist die progammierbare Version
des HD 63701 verwendet worden. Dieser enthält ein 4 K EPROM und
ein 192 Byte RAM. Zusätzlich enthält er noch einen
programmierbarer Timer, eine serielle Schnittstelle und vier
parallele Ports. Da ich noch viele Ideen hatte, was die Uhr alles
können sollte, habe ich das Microcontrollersystem so aufgebaut,
dass noch Erweiterungen möglich waren. Dazu war es auch
erforderlich, Daten und Adressbus extern verfügbar zu haben,
wodurch ein paralleler Port nicht mehr als solcher zur Verfügung
steht und den Daten- und einen Teil des Adressbus bilden. Extern
ist ein 2 K RAM vorhanden und noch zwei 74 LS 373 (Flip Flops),
um parallele Daten auszugeben.
Die Anzeige wird nicht mehr durch den Microcontroller betrieben (Wie
bei der anderen Funkuhr), sondern besteht aus einem 16 Caracter
LCD Displaymodul. An dieses müssen nur die Zeichen parallel
gesendet werden, die angezeigt werden sollen. Das Modul bietet
neben der starren Darstellung auch eine Reihe von anderen Möglichkeiten
der Anzeige, wie z. B. Laufschrift.
Da sämmtliche Zeitabläufe durch den
integrierten Timer gesteuert werden, ist bei dieser Uhr auch eine
echte Senderausfallüberbrückung in die Software implementiert.
Wenn das Empfangssignal ausbleibt, läuft die Uhr mit dem
Systemtakt weiter. Heute empfängt eine Funkuhr sowieso nicht
mehr ununterbrochen das DCF 77 Signal. Der Grund dafür ist, dass
die Emfänger, obwohl diese Heute nur noch aus einer
Feritantenne, einem IC und einem 77,7 KHz Quarz mit wenigen
externen Bauelementen bestehen, relativ viel Energie verbrauchen.
Bei Funkweckern z.B. wird nur einmal in der Stunde die Uhr auf
das Empfangssignal synchronisiert, bei Armbanduhren einmal am Tag.
Die Bringschuld, die Nachbildung des digitalen Filters, war am
schwierigsten zu realisieren, mußte aber gemacht werden.
Trotzdem man einen Effekt auf die Störfestigkeit nachweisen
kann, hat dieses den einzigen Sinn der Existens, weil der Dozent
das so wollte. Durch das Filter werden Störimpulse des DCF 77
Signals unterdrückt. Besser jedoch wäre es, die Störunterdrückung
schon im Empfänger vorzunehemen.
Der Empfänger ist eine Diplomarbeit eines
anderen Studenten gewesen, der diesen ein paar Jahre vorher
entwickelt hatte. Dieser ist noch durch einige Kleinigkeiten von
mir verbessert worden.
Die Entwicklung des Empfängers war deshalb eine eigene
Diplomarbeit, weil dieser ein besonderes Quarzfilter besitzt,
welches die Störungen von Fernsehern herausfiltert. Damals übliche
Empfänger wurden stark von Fernsehern gestört, weil die fünfte
Oberwelle der Horizontalablenkfrequenz nahe bei 77,5 KHz liegt.
Der Betrieb in der Nähe von eingeschalteten Fernsehern war
nahezu unmöglich. Ein Heute üblicher Empfänger in
Miniaturformat ist jedoch auch gegen diese Störstrahlung
resistent.
Vor mir hatte ein Student auch eine Funkuhr gebaut, die nicht mit einem Mikroprozessorsystem, sondern nur mit digitalen Schaltgliedern (TTL Bausteinen) realisiert wurde. Diese bestand aus vielen Platinen mit bestimmt hundert IC's und zeigte nur Stunde, Minute und Sekunde an.
Die Schaltpläne kann man sich hier herunterladen:
Schaltplan des Mikrocontrollersystems
