Hobby-Elektronik: Digitaluhr mit LED-Anzeige und Uhren-IC MM5387AA/N und anderen

MM5387AA/N von National Semiconductor ist eine digitale Alarm-Uhren-Schaltung in CMOS-Ausführung in einem 40-poligen DIL-Gehäuse mit Treibern für direkten Anschluß von LED-Displays mit gemeinsamer Kathode. Das schon betagte IC (Anfang 70er Jahre) ist auf dem Bauteilmarkt nicht mehr erhältlich, findet sich aber noch in älteren Weckeruhren und Uhrenradios zahlreicher Hersteller, die auf Flohmärkten und auf dem Sperrmüll (nicht die Hersteller sondern die Geräte ;-))zu finden sind. Das IC ist für Bastler immer noch interessant, da es sich wegen des DIL(Dual Inline)-Gehäuses zum Experimentieren in eine entsprechende Fassung setzen läßt und für den Anschluß aller gängigen LED-Siebensegment-Anzeigen mit gemeinsamer Kathode geeignet ist. Ein Teil des Datenblattes findet sich unter http://xgistor.ath.cx/files/Electronics/mm5387.pdf
Identische oder ähnliche ICs, die pinkompatibel mit dem MM5387 sind, sind (soweit mir bisher bekannt geworden) die folgenden:
TMS1943NL (Texas Instruments) = MM5387AA/N
S1998A (AMI American Microsystems Inc.) = MM5387AA/N.
S1998B zum direkten Anschluß von Gasentladungs-Displays.
S1998C = MM5316 = TMS1951 (Texas Instr.) mit Treibern für direkten Anschluß von Fluoreszenz- und LCD (Liquid Crystal)-Displays.
S1998 (AMI) mit Treibern für direkten Anschluß von LED-Displays mit gemeinsamer Anode.

Funktionsbeschreibung
Die Standard- Beschaltung des MM5387 zeigt das vorstehende Bild. Die Beschaltung ist für den in Europa üblichen 24-Stunden-Anzeigemodus und eine Taktfrequenz von 50 Hz eingerichtet.
Spannungsversorgung
Die Betriebsspannung des ICs Vss = + Ub (bezogen auf Vdd = 0 V) kann zwischen 8 und 26 V betragen. Es wird üblicherweise ein Netztrafo mit symmetrisch geteilter Sekundärwicklung mit 2 x 8 V~ bis 10 V~ verwendet (im Bild ist nur die Sekundärwicklung gezeigt). Die hier gezeigte Gleichrichtung ist zweifach: Die Dioden D1, D2 bilden einen Zweiweggleichrichter für die Spannungsversorgung des relativ viel Strom ziehenden LED-Displays. Die Spannung entspricht also dem gleichgerichteten Wert einer Sekundärwicklungs-Hälfte (Näheres siehe unten). Die Diode D3 liefert als Einweg-Gleichrichter nach Glättung mit C1 die Versorgungsspannung für das nur wenige Milliampere verbrauchende IC, deren Größe dem gleichgerichteten Spannungswert der ganzen Sekundärwicklung entspricht.
Eingänge
50 Hz-Takteingang (Pin 35)
Der Zeittakt von 50 Hz kann im einfachsten Fall, wie hier gezeigt, über eine 100k-Widerstand von einem Ende des Trafos abgegriffen werden. An Pin 35 kann auch ein anderer Taktgenerator, z.B. ein Quarzoszillator mit Teiler auf 50 Hz angeschlossen werden. Als gemeinsamer Bezugspunkt (GND=Ground) ist Vdd (Pin29) zu wählen. Die Größe der Taktimpulse darf Vss nicht überschreiten.
Steuereingänge (Pins 24, 26, 30 bis 34 und 36 bis 38)
Diese Eingänge sind enteder mit Vss (+ Ub) verbunden oder bleiben offen. Ein interner pull down-Widerstand ist vorhanden.
Pin 37 (blanking) an Vss: LED-Display eingeschaltet, Pin 37 offen: Display dunkel.
Pins 36, 38 an Vss: 50 Hz- bzw. 24-Stunden-Modus, Pins offen: 60 Hz- bzw. 12 Stunden-Modus (Der 12-Stunden-Modus erfordert auch eine andere Beschaltung des Zehner-Stunden-Displays).
Pins 34, 33: Uhrzeit schnell bzw. langsam setzen. Im gezeigten Beschaltungszustand wird immer die Uhrzeit angezeigt. Wird nun S1 und gleichzeitig S2 oder S3 betätigt, so kann die angezeigte Uhrzeit schnell bzw. langsam verstellt werden.
Pins 31, 30: Wird S4 oder S5 gedrückt, so wird statt der Uhrzeit die Alarmzeit (Weckzeit) bzw. die timer(sleep)-Zeit (ein rückwärts laufendes 59-Minuten-Zeitintervall, ähnlich einer Eieruhr) angezeigt. Gleichzeitig wird über die Dioden D4 bzw. D5 Vss an S2, S3 gelegt, so daß die Alarmzeit bzw. das timer-Zeitintervall eingestellt werden können.
Pin 32: Sekunden-Anzeige: S6 gedrückt: die Sekunden werden angezeigt.
Pin 26: Alarm aus: Wird S7 geschlossen, so ist der Alarmausgang deaktiviert. Wird bei anstehendem Alarm S7 kurzzeitig geschlossen, wird der Alarm abgeschaltet.
Pin 24: snooze = Schlummerzeit: Wird bei anstehendem Alarm S8 kurz betätigt, wird der Alarm für einige Minuten unterbrochen um dann erneut zu ertönen; mehrfache Wiederholung möglich.
Alarm- und timer-Ausgänge (Pins 25 und 27)
Erreicht die Uhrzeit die eingestellte Alarmzeit, so schalten die Ausgänge Pins 25, 27 von Vdd (Bezugspunkt) nach ca. Vss (Strombelastbarkeit einige Milliampere). Diese Ausgänge können zum Einschalten eines Weckton-Generators, eines Radios oder eines anderen Gerätes verwendet werden. Bei größerem Strombedarf ist zunächst eine Verstärker-Transistor, wie im Bild für Pin 27 gezeigt, oder eine andere Interface-Schaltung zwischenzuschalten.
LED-Treiber-Ausgänge
Die restlichen, noch nicht beschriebenen und im Bild nicht dargestellten IC-Pins sind die open drain-Anschlüsse der Display-Treiber (p-Kanal-FETs). Wie diese mit den einzelnen Anoden der LED-Segmente zu verbinden sind, ist in der Tabelle unter dem Bild dargestellt. Das c-Segment der Zehner-Stunden-Anzeige ist über einen 1,2 kOhm-Widerstand mit Pin 2 zu verbinden. Ein Dezimal- oder Doppelpunkt zwischen der Stunden- und Minuten-Anzeige ist über einen Vorwiderstand (ca. 3,3 kOhm) mit Pin 23 zu verbinden. Die gemeinsame Kathode des LED-Displays ist an R1 anzuschließen.
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Während MM5387 (austauschbar mit S 1998 A) für den Betrieb mit LED-Displays mit gemeinsamer Kathode vorgesehen ist, ist S 1998 (ohne Zusatz-Buchstabe !) von AMI (National Semiconductor-Äquivalent ist mir nicht bekannt) für den Betrieb von LED-Displays mit gemeinsamer Anode vorgesehen.
Die Beschaltung des S1998 ist mit der im obigen Bild gezeigten identisch mit der Ausnahme, daß die Verbindungen von Pin 23 (common source) und R1 zu vertauschen sind, wie in nebenstehendem Bild gezeigt ist.
(Der einzige Unterschied zwischen S1998 A und S1998 liegt vermutlich darin, daß die LED-Treiber beim ersten vom p-Kanal-, beim anderen vom n-Kanal-Typ sind.)

20.12.2003