6-42 - Elektor Juni 1982 Zeita nsage

Schon seit einigen Monaten sind Digital-Uhren auf dem Markt, die nicht nur dieaktuelle Zeit anzeigen, sondern aufKnopfdruck diese Zeit auch ansagen.Die Tatsache, daß es solche Uhren gibt,bedeutet für den Hobby-Elektronikernoch lange nicht, daß die Elektronikihm auch ohne weiteres zur Verfügungstehen würde. In den meisten Fällenenthalten solche Uhren nämlich speziel-le ICs, die nirgendwo erhältlich sind, sodaß man den Gedanken an einen Selbst-bau bald wieder aufgibt.Das Sprachgenerator-IC UAA1003 vonITT allerdings hat erfreulicherweiseden Weg in den Elektronik-Fachhandel

.. . . für DCF- und andere Uhren

Die Elektronik lernt immer besser sprechen! Nach der "Sprachplatine",die Computer zum Sprechen bringt, nun die Platine, die Uhren zumSprechen bringt. Dabei besteht die Elektronik im wesentlichen auseinem einzigen IC, das einen vollständigen Sprachgenerator enthält.Die Schaltung läßt sich also besonders leicht aufbauen. Wir haben damitdie DCF-Uhr aus dem Oktober-Heft 1981 zum Sprechen gebracht.Ein solcher Luxus paßt sehr gut zu der ohnehin sehr anspruchsvollenUhr.

Man kann allerdings die Schaltung auch für andere Uhren verwenden.Auf diese Weise hört man direkt, was die Stunde geschlagen hat.

gefunden, so daß es für den Hobby-Elektroniker problemlos erhältlich ist.Dieses IC enthält einen vollständigenSprachgenerator, der speziell für dieZeitansage entwickelt wurde. Man kannes darüber hinaus direkt an die Sieben-Segment-Ausgänge einer (vorhandenen)Digital-Uhranschließen.Eine der komfortabelsten Uhren, dieElektor je veröffentlicht hat, stellt wohl

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die DCF-Uhr aus dem Oktober-Heft1981 dar. Deshalb haben wir dem Kom-fort noch "eins aufgesetzt" und die Uhrmit dem Sprachgenerator verbunden.Sie zeigt die Zeit jetzt nicht nur an,sondern sagt sie auch an. Zweifellos ein.hörbarer Fortschritt!Der Sprachgenerator läßt sich aber auchan "normale" Digital-Uhren mit einem"Common cathode"-Display anschlie-ßen.

Der SprachgeneratorDer Sprachgenerator UAA 1003 ist ineinem 40poligen Gehäuseuntergebracht. rlBild 1 zeigt ein Blockschema dieses ICs.Speicherung und Verarbeitung der"Sprache" erfolgt ausschließlich digital.Durch Anwendung von Daten-Reduk-tion und Redundanz-Verminderungwurde es möglich, einen Wortschatz vonetwa 20 Wörtern samt der notwendigenSteuerung, Dekodierung und DIA-Um-setzung auf einem Chip unterzubringen.Jedes vom Sprachgenerator-IC erzeugteWort besteht aus einer Anzahl treppen-förmiger Impulse. Jeder dieser Impulsebesitzt eine festgelegte Periodendauervon 10 ms. Jede Amplitude kann16 unterschiedliche Werte annehmen,was einer 4-bit-Amplitudenmodulationentspricht. Abhängig von den angebote-nen digitalen Steuer-Signalen werdenunterschiedliche Wort-Teile miteinanderverknüpft.Das IC ist zur Zeit mit zwei Wortschät-zen erhältlich: Deutsch und Englisch.Nach dem Start des Generators ertöntes aus dem Lautsprecher: "Es ist. . . Uhr. . " (bei der deutschen Versionnatürlich!). Die Punkte stehen für diejeweilsaktuelle Zeit.Anhand des Blockschemas in Bild 1möchten wir eine kurze Beschreibungdessen geben, was im IC abläuft. Wirdder Sprachgenerator über einen der bei-den "Start"-Eingänge aktiviert, dann

nimmt das. IC die zu dem Zeitpunkt .,

Start 1Start 2Bu",

Uosc Iref Sprache Ustb

Bild 1. Das Blockschaltbild des UAA 1003. Speicherung und Verarbeitung der "Sprache"geschehen vollständig digital.

Zeitansage Elektor Juni 1982 - 6-43

anliegende Eingangsinformation auf.Anhand der vorliegenden Informationenlegen Dekodierungs-ROMund Steuerungdie Wort-Reihenfolge fest und adressie-ren die entsprechenden Wort-Parameter.Daraufhin sorgt die Adressierungs-Logikdafür, daß die Sprachteile aus demSprachdaten-ROM ausgegeben werden.Die ausgegebenen digitalen Informatio-nen werden von einem Daten-Regenera-tor verarbeitet und schließlich demD/A-Umsetzer zugeführt, der das eigent-liche Sprachsignalausgibt.Eine Besonderheit des ICs erwähntenwir schon: Die Zeit-Information wirdaus den Sieben-Segment-AnschlüssenderUhr genommen. Die Daten-EingängedesICs sind jedoch so ausgelegt, daß diesesVerfahren nur dann funktioniert, wennes sich bei der Uhr um ein Display mitgemeinsamer Katode handelt, das nichtgemultiplext wird.Zur Dekodierung der Zeit werden nichtalle Sieben-Segment-Anschlüsseverwen-det. Die Zehner-Stunden-Informationnimmt man an den Anschlüssenc und dab; die Stunden-Information an denAnschlüssena, b, e, fund g; die Zehner-Minuten an d, e und f; die Minutenschließlich an a, b, e, fund g. Die Daten-Eingänge des IC sind mit Pull-down-Widerständen versehen, so daß man siedirekt mit den Segment-AusgängenderUhr verbinden kann.Die unterschiedlichen Anschlüsse desICs haben folgende Funktionen: Es gibtzwei Start-Eingänge, Pin 14 und Pin 15.Ein positiver Impuls an Pin 14 läßt diezuvor beschriebenen Vorgängeablaufen.Ein positiver Impuls an Pin 15 gibt da-vor noch einen Weckton mit einer Dauervon etwa 1 s ab. Der Busy-Ausgang(Pin 12) ist eine Art Open-Collector-Ausgang, der während der Zeitausgabeniederohmig wird. Diesen Ausgangkannman also zur Steuerung externer Schal-tungen verwenden.An Pin 18 wird eine Gleichspannungge-legt, die die Oszillatorfrequenz des ICs

einstellt. An Pin 16 (auch eine ArtOpen-Collector-Ausgang)steht die ein-gestellte Frequenz für Messungen zurVerfügung.Pin 34 muß einen Referenzstrom erhal-ten. Die Höhe dieses Stromes bestimmtdie Stärke des Ausgangssignals. DerSprache-Ausgang (Pin 33) liefert einenAusgangsstrom, der mit Hilfe einesexternen Widerstands in eine Spannungumgesetzt wird.Die Anschlüsse 17 und 19 bilden dieBetriebsspannung-Zuführung im Stand-by-Betrieb. Auf diese Weise kann mannämlich das ICauf "Sparflamme" schal-ten, wenn keine Zeit angesagt werdensoll. Das ist besonders sinnvoll bei Bat-terie-Betrieb. Allerdings gehen wir andieser Stelle auf diese Betriebsart nichtein.Die übrigenAnschlüssenbedürfen sicher-lich keiner ausführlichen Erklärung. DiePins 20, 1 und 35 stellen die Betriebs-spannungs-Zuführungen dar. Die rest-lichen Anschlüsse bilden die Daten-Eingänge.

Anpassung an die DCF-UhrBei der Anpassung an die DCF-Uhrtrittein kleines Problem auf. Wie bei denmeisten Digitaluhren mit LED-Anzeigewird das Display gemultiplext. Unddafür ist das UAA1003 nicht geeignet.Was tun? Einige ICs sorgen dafür, daßsich das Sprachgenerator-IC letztlichdoch an gemultiplexte Displays mit ge-meinsamer Katode (!) anschließen läßt.In Bild 2 sind die unterschiedlichenSignale zur Display-Steuerungder DCF-Uhr dargestellt. Die Segmente werdenvon PA0. .. PA6 angesteuert. DasMulti-plexen der 4 Sieben-Segment-Anzeigengeschieht über die Leitungen PB3... . PB6; Mittels einiger D-Flipflops mußman also die Segment-Information fürdie unterschiedlichen Anzeigenzunächstspeichern, so daß schließlich alle Infor-mationen gleichzeitig an das Sprach-

generator-IC gelangen. Um die richtigeInformation auch in die richtigen Flip-flops zu bekommen, kann man diePB-Signaledazu verwenden, die Infor-mation auf den PA-Leitungen einzu-lesen. Das bedeutet: Die Flipflops fürdie Segmente von beispielsweise An-zeige 6 müssen einen Taktimpuls vonLeitung PB6 erhalten.Betrachten wir das Signalauf PB6 etwasgenauer (siehe Bild 3). Die ansteigendeFlanke auf PB6 tritt gleichzeitigmit derInformation PA0... PA6 (für LD6) auf.Diese Flanke muß etwas verzögert wer-den, damit sichergestellt ist, daß dierichtigen Signale in die Flipflops gelan-gen. Aus diesem Grunde enthält dieSchaltung in Bild 4 jeweilsein RC-Netz-werk für die PB-Leitungen.Im Schaltbild erkennt man die FlipflopsIC2 . . . IC6. An deren Ausgängenstehtalso die Sieben-Segment-Informationgleichzeitigzur Verfügung.Deshalbkannman im Prinzip die Flipflop-Ausgängemit den Daten-Eingängendes ICsverbin-den. Es gibt jedoch ein Problem: DieInformation auf den PA-Leitungen istim Vergleich zu den Segment-Informa-tionen invertiert. Glücklicherweise läßtsich dieses Problem leicht lösen. Manbraucht nur die Q-Ausgänge(statt derQ-Ausgänge) der Flipflops mit dem ICzu verbinden.Die Gatter N1, N2, N4 und N6 sorgendafür, daß die auf den PB-Leitungenvor-handenen ASCII-Informationen nichtals "Takt-Signale" an die Flipflopsgelangen.Außer IC1, dem Sprachgenerator-IC,enthält die Schaltung noch das End-stufen-IC LM386. Zwischen IC1 undIC10 liegt ein Bandfilter (R10, C5, R11,C6, C7 und P2). Mit P2 kann man dieLautstärke einstellen.Die stabilisierte 5-V-Spannungwird vomSpannungsregler IC11 zur Verfügungge-steilt. Die Stromaufnahme beträgt etwa150 mA.Es gibt einen Abgleichpunkt in dieser

2 3PA3~

PA2~

PB6

N9 Jf2

N9 Jf3

~CLK FF3, FF4

äFF3~

82121-282121-3

äFF4~

Bild 2. Die Signale für die Display-Steuerung der DCF-Uhr. Sie steuernauch die "sprechende Platine".

Bild 3. Der Signalverlauf zeigt die notwendige Verzögerung derPB-Signale. Auf diese Weise gelangt das Taktsignal erst dann an dieFlipflops, wenn dort bereits alle Daten anliegen. In diesem Fall steht

eine 2 aufLD6.

6-44 - Elektor Juni 1982

Schaltung. Mit dem Potentiometer P1stellt man nämlich die interne Taktfre-quenz und damit die "Stimmlage" desSprachgenerator-ICs ein. Diese Einstel-lung auf guten Klang erfolgt einfach"nach Gehör" oder so, daß an Pin 1Sdes ICs eine Frequenz von 25,S kHz zumessen ist.

Anschlußder Schaltung. . .Die Schaltung in Bild4 kann man so-wohl an die DCF-Uhr als auch an dieComputer-Schaltuhr aus dem März-Heft1982 anschließen. Zu diesem Zweckverbindet man die AnschlußpunktePA0. . . PAS und PB3... PBS der"sprechenden Platine" mit den entspre-chend bezeichneten Anschlüssenauf derBasis-Platineder Uhr. Die unstabilisierteBetriebsspannung für den Sprachgenera-tor kann einfach am Ladekondensatordes Uhren-Netzteils abgenommen wer-den. Den ALARM-Eingang kann manmit einem der Schalt-AusgängeTO,T1,T2 oder T3 verbinden. Wird der ent-sprechende Ausgang "1", dann erklingtein kurzer Weckton und danach dieZeitansage. Normalerweise muß manerst auf den Taster S1 drücken, damit"etwas passiert". Der Weckton bleibt indiesem Fall aus.

. . . und anderer UhrenDer Anschlußder Schaltungan andereUhren ist selbstverständlichebenfalls

4ALARM Jl

QR8....

5V

möglich. Er kostet allerdingsetwas mehrMühe und eventuell (noch) mehr Bau-teile.Am einfachsten läßt sich die Schaltungan nicht-gemultiplexte Displays mitgemeinsamer Katode anschließen. Dafürwurde das UAA1003 schließlich ent-wickelt. Die Bauteile IC2 . . . IC9, R1 . .. . R4 und C1 . . . C4 können dann ent.fallen. Die Eingängevon IC1 (die PunkteA . . . P) werden direkt mit den entspre-chenden Display-Anschlüssen der Uhrverbunden. Segment c der Zehner-Stunden-Anzeige also mit Punkt P, Seg-ment d derselben Anzeige mit Punkt Nund so weiter.Die Signale von der Uhr müssenfolgen-de Anforderungen erfüllen:

o V":;;U, ..:;;0,3 V (Segmentaus)1,5 V ..:;;Uh":;; 5 V (Segmentein)Da die Eingängedes UAA1003 mit Pull-down-Widerständen versehen sind, wirdder "Low"-Pegel in den meisten Fällenrichtig liegen. Auch der "High"-Pegelwird stimmen, da die "Brenn"spannungeines Segments mindestens 1,S V betra-gen muß.Der Anschluß der Schaltung an Uhrenmit gemultiplextem Display ist nichtohne weiteres möglich. Da in diesemFall die Platine vollständig bestücktwird, muß man die Segment-Anschlüssewie zuvor erwähnt mit den EingängenPA0. . . PAS und PB3... PBS verbin-den. Die Eingänge reagieren jedochauf TTL-Pegel (0 V ..:;;UI ..:;;0,8 V und

"01 Q113

'.1.1 13 02 IC2 Q203 74

'''IS 12 tM LS Q3

- 176 In8~CLK Q4

~LR,..'''''~""'20--PA3o--:

0.-"Al5o--"A'o--"'0-'''0-1'850--,..

~ D' Q'

~

p," 02

PAI 12 03 IC3 Q2 8, 74

LS 11175 Q3

o-0-@

@

o

Zeitansage

Stückliste

Widerstände:

R 1 . . . R4 = 560 nR5 = 22 kR6 = 470 kR7 = 1 MRS,R9,R13= 10 kR10 = 6S0 nR11 = 1 kR12=10nP1,P2= 10k

Kondensatoren:

C1 ... C4,C10,C12= 100 n MKTC5 = 150 n MKTC6=33nMKTC7 = 56 n MKTCS=47nMKTC9 = 220 jl/1 0 VC11 = 330 n MKTC13,C14= 10jl/10V

~

i,

Halbleiter:

T1 =BC557IC1 = UAA 1003-1 liTT)

IC2,IC3.1C4 = 74LS175IC5,IC6 = 74LS74IC7,ICS = 74LSOOIC9 = 74LS132IC10= LM386IC11 = 7805

außerdem:LS= Mini-LautsprecherS n/O,5 WS1 = Taster

5V

FF1,FF2-ICS. 74LS74FF3.FF4 .ICG.74LS74N1 ...N4 . IC? . 74LSOON5 .., Na . Ice .74LSOOHg ...N12 -ICg. 74LS132

"'LI.n..w

Bild 4. Die Schaltung der sprechenden Uhr. Die Flipflops setzen die gemultiplexte Displav-Steuerung der DCF-Uhr in eine parallel und gleich-zeitig anliegende Information um.

Zeitansage

5

Elektor Juni 1982 - 6-45

Bild 5. Layout und Bestückungsaufdruck der "sprechenden Platine".

6a

b

2 V ~ Uh ~ 5 V). Außerdem muß manbedenken, daß bei einigen Eingängen(unter anderen PA5) bei einer "0" amEingang1,2 mA (3 x LS-TTL-Last)nachMasse fließen. Diese Voraussetzungerfüllt die Segment-Steuerung einersolchen Uhr meistens nicht. Jedem Ein-gang der Schaltung muß man aus diesemGrunde ein kleines "Interface" vorschal-ten.Die Verbindungen mit der Uhr sind fol-gendermaßen hEfrzustellen:

PA0 - Segment aPA1 - Segment b

PA6 - Segment gPB6 - gem. Katode der Stunden-ZehnerPB5 - gem. Katode der Stunden-EinerPB4 - gem. Katode der Minuten-ZehnerPB3 - gem. Katode der Minuten-Einer

Die Interface-Schaltung ist in Bild6 an-gegeben. Für die PA-Eingänge gilt dieSchaltung in Bild 6a. Diese Stufe sorgtnicht nur für die richtige AnpassungderEingangs- und Ausgangspegel, sonderninvertiert das Signal auch noch. Das istdeshalb erforderlich, weil die DCF-Uhrdie Segment-Signale bereits invertiertliefert (und darauf ist auch die

Bild 6. Die Interfaces für den Anschluß anUhren mit gemultiplextem Display mitgemeinsamer Katode. Bild 6a gilt fürPA-Leitungen und Bild 6b für PB-Leitungen.

82121

"sprechende Platine" abgestimmt). DieSchaltung in Bild 6b gilt für die PB-Ein-gänge. Sie sorgt ebenfalls für die Pegel-anpassung und die Invertierung desSignals. Normalerweise werden die ge-meinsamen Katoden von einem Transi-stor gesteuert. Wenn das Steuersignalvom Transistor "hoch" ist, dann leitetder Transistor. Dasfunktioniert also aufdie gleiche Weise wie die PB-Leitungenmit den nachgeschalteten Puffern/Inver-tern für die Katoden in der DCF-Uhr.Den Eingang jedes PB-Interfaces mußman deshalb auch an den Kollektor(= gem. Katode der Anzeige) des zuvorbeschriebenen "CC"-Transistors an-schließen.Die Eingangsempfindlichkeit des PA-Interfaces:

OV~UL~1V1,5-V~ UHDie Eingangsempfindlichkeit des PB.Interfaces:

o V ~ UL ~ 0,6 V0,6 V ~ UH (oder offener Eingang)Schließlich gibt es noch eine letzteMöglichkeit: Man besitzt eine Digital-Uhr mit "Common anode"-Display. Damüssen wir leider passen. Die Besitzereiner solchen Uhr werden sich auch inZukunft mit der Zeitansage aus demRadio und/oder Telefon begnügen müs-ren. "