Digitaltechnik-Schaltungs-Rätsel

[HannoHupmann]

Hallo liebe Leute,

Hier meine Aufgabenstellung:
Ich will ein Lauflicht bauen mit 16 LEDs welche sich nacheinander ein und wieder aus schalten (klar, ist ja ein Lauflicht). Da sowas ab bischen alber und einfach ist, hier der Zusatz: Es sollen immer drei LEDs gleichzeitig Leuchten.

Also schaut das Digital dann so aus:
0000 0000 0000 0000
1000 0000 0000 0000
1100 0000 0000 0000
1110 0000 0000 0000
0111 0000 0000 0000
usw.

Das Triplet soll also durch die Reihe wandern. Immernoch zu einfach?
Ok nächste Stufe, nach 3mal 0 soll die nächste Sequenz beginnen.
Der entgültige Code schaut dann so aus:



0000 0000 0000 0000
1000 0000 0000 0000
1100 0000 0000 0000
1110 0000 0000 0000
0111 0000 0000 0000
0011 1000 0000 0000
0001 1100 0000 0000
1000 1110 0000 0000
1100 0111 0000 0000
1110 0011 1000 0000
0111 0001 1100 0000
0011 1000 1110 0000
0001 1100 0111 0000
1000 1110 0011 1000
1100 0111 0001 1100
1110 0011 1000 1110
0111 0001 1100 0111
usw


Wenn die erste Sequenze durchgelaufen ist, soll das ganze in einer Endlosschleife weiterlaufen.

Um den Code durchreichen zu können und gleichzeitig auch abgreifen zu können würde ich ein parallels Schieberegister verwenden (entsprechend mit 16 Bit oder mehrere hintereinander mit weniger Bits).

Die Frage ist also: Wie muss eine entsprechende Logik aussehen, die das entsprechende Eingangsignal erzeugt. Und entsprechend dafür sorgt, dass die Schaltung in einen Endlosbetrieb übergeht.

Alternativ kann die Schaltung auch zu einem beliebigen Punkt mit einer Triplet Squenz starten.

Zusatzfrage: Was für parallele Schieberegister gibt es (Typ) und wo bekomm ich sie her?

Hinweis: Über die Ansteuerung der LEDs müsst ihr euch keine Gedanken machen. Geht davon aus, dass die Schaltung für das Taktsignal bereits existiert.

Für Vorschläge bin ich unendlich dankbar.

[hacker]

Ich nehm mal an, mit einem Synchronzähler wäre das viel Aufwand. Aber prinzipiell würde es so gehen. Müsstest halt die J/K - Eingänge entsprechend nach deinen Wünschen für die Ausgangsfolgen beschalten.

[HannoHupmann]

Du verwechselst da was, dein Synchronzähler ist mein Paralleles Schieberegister. Ein Synchronzähler zählt von 0 bis zu einer voreingestellten Zahl. Sprich es ist zwar ein weiterreichen des Signals aber nur bis zum eingestellten Wert.

Es sei den du meinst dass ich damit meine Schaltung initialisieren kann.
Dann erklärs mal bitte etwas genauer.

Allerdings würde ich eine Logikschaltung vorziehen.

[uwegw]

In Anbetracht der Tatsache, dass es einen Tiny2313 für 1,25€ gibt, der diese Aufgabe problemlos erledigen könnte, würde ich an deiner Stelle dafür kein TTL-Grab aufbauen... hätte den Vorteil, dass man die gesamte Logik in einem IC hat, inklusive Takterzeugung, außerdem könne man mit wenig Mehraufwand noch beliebige andere Blinkmuster- und Geschwindigkeiten einbauen, die z.B. über einen Taster umgeschaltet werden könnten.

[Marco78]

Alternativ kann die Schaltung auch zu einem beliebigen Punkt mit einer Triplet Squenz starten.
Damit wird es ja wesentlich einfacher.
Wenn ich das richtig überdacht habe, sind es jetzt nur noch drei Bits, die über sechs Positionen hinweg laufen müssen. Alle weiteren LEDs haben die gleiche Reihenfolge und können parallel zu den ersten angeschlossen werden.

Mag sein, das ich da noch einen Denkfehler drin habe. Und das ist auch sicherlich nicht so wie du es haben möchtest, aber eins habe ich in der Digitaltechnik gelernt. Wann immer es möglich ist, sollte die Schaltung vereinfacht werden. Stichwort KV-Tabelle.

[HannoHupmann]

In Anbetracht der Tatsache, dass es einen Tiny2313 für 1,25€ gibt, der diese Aufgabe problemlos erledigen könnte, würde ich an deiner Stelle dafür kein TTL-Grab aufbauen...

Soll nicht umgeschaltet werden und ich muss den Chip dann programmieren, das ist mir eigentlich nicht so recht bzw. gar nicht notwendig.



Wenn ich das richtig überdacht habe, sind es jetzt nur noch drei Bits, die über sechs Positionen hinweg laufen müssen. Alle weiteren LEDs haben die gleiche Reihenfolge und können parallel zu den ersten angeschlossen werden.


Das stimmt, dann ist zwar 16 Bit etwas ungünstigt sondern irgendwas mit 18 besser (3x mal 6).

Gut frage wie bekomm ich jetzt die 6 Bits zustande ?

[hacker]

nahja, dein Signal fängt doch irgentwann wieder von vorne an oder? Also dann geht das doch oder?

[HannoHupmann]

Von vorn schon. Ich werd das 6Bit Parallel Schieberegister also als Ringregister schalten, dann fällt es auf jedenfall in die Endlosschleife. Nur wie bekomm ich jetzt die 6 Bits an den Eingang um das ganze entsprechend zu starten?

Da ist für mich noch das Problem. Ab dem Punkt wo die Sequenz einmal drin ist, kein Thema.

[Marco78]

Gut frage wie bekomm ich jetzt die 6 Bits zustande ?
Google würde sicherlich ein paar Schaltpläne für Lauflichter finden.
Aber Uwe hat mehr als Recht! Ein IC, der viele IC's ersetzt und nicht wesentlich teurer ist (zumindest im Bereich Hobbyanwendung).

Wenn es drum geht, dabei was über die Digitaltechnik zu lernen, wird Google alles beantworten können.

Wenn es jedoch einfach nur drum geht das Problem zu lösen würde ich auf einen µC ausweichen.

Ich habe früher in der Berufsschule auch digitale Schaltungstechnik gelernt. Aber seit dem ich mich mit AVRs beschäftige habe ich vieles davon verdrängt. Sicherlich darf man die Grundlagen nicht vergessen, aber für jede Anwendung die richtigen ICs zu finden, wenn es einen gibt, der (fast) alles kann ist mir zu blöd.

Mir reicht es, die Grundlagen zu verstehen und anwenden zu können, und somit auch mal durch ältere Schaltungen durchsteigen zu können. Aber bei einer Neukonzepierung würde ich sowas nicht mehr diskret aufbauen.

Der Kostenunterschied ist zu gering, der Platzbedarf unterscheidet sich allerdings zum Teil erheblich, und mit µC ist man wesentlich flexibler!

[dwod]

Hi,
ich würde auch einen Atmel nehmen.
Evtl. könnte folgender Ansatz dier helfen :
Der Taktgenerator steuert einen Zähler. Ein BCD-Dezimal-Konverter wandelt die Signale nach dezimal um. Der Ausgang 5 des Konverters wird mit dem Reseteingang des Zählers verbunden. Jetzt hast du einen Zähler bis 6.Die erste drei Ausgänge des Konverters gehen an den Dateneingang des Schieberegisters.
Der Taktgenerator geht über einige Gatter (Verzögerung) zum Takteingang des Schieberegisters.
Der Zähler zählet ja bis 6, es werden aber nur die ersten drei Daten als 1 auf das Register gegeben. Dann wird dieses dreimal leergetaktet und die Sequenz beginnt von neuem.

[HannoHupmann]

Das Problem ist aber, ich hab nix um die Dinger Programmieren zu können. Und ich hab wenig Lust für 24€ mir das dazu passende Programmierzeug zu kaufen.

Daher die Frage gehts auch mit einfachen Mitteln? Ein paar IC's zusammenlöten ist kein Thema und da es sich wahrscheinlich sogar nur um ein 8Bit Schieberegister und bishen Logik davor handelt ist der Kostenaufwand jetzt auch nicht so gigantisch.

[Manf]

Wenn es eine Schaltung (am Eingang des Schieberegisters) sein soll die bei 3 Ausgängen auf 1 eine 0 liefert bis drei Eingänge auf 0 sind ...

Die 3 ersten Ausgänge über Widerstände zusammengeführt auf einen invertierenden Schmitt Trigger schalten.

Die Funktion kann man natürlich auch in Logik realisieren.
Manfred

[HannoHupmann]

Hallo Manf, das klingt super einfach, aber ich versteh es nicht ganz.

Irgendwie ist da bei mir der Knoten drin wie ich mein Schieberegister auf die entsprechenden Werte setzte. Sprich die Sequenz starte. Die 111000 einlese zum ersten mal bevor die dann durchwandern.

[Manf]

Der Schmitt Trigger schaltet auf 1 wenn alle der 3 ersten Ausgäne auf 0 sind.
Der Schmitt Trigger schaltet auf 0 wenn alle der 3 ersten Ausgäne auf 1 sind.
Sonst schaltet er nicht.
(Es ist unüblich, ok., aber mehr war nicht verlangt.)
Manfred

[HannoHupmann]

Also irgendwie funktioniert das doch dann aber nicht?

Der Code schaut dann wie folgt aus:




000 000 (Alle Augänge 0 weil ab hier startet das ganze)
000 000 (Schmitt schaltet auf 1)
100 000 (Schmitt weiter auf 1)
110 000 (Schmitt weiter auf 1)
111 000 (Schmitt weiter auf 1)
111 100 (Schmitt setzt auf 0) EDIT1: Hier schon auf 0
111 110 (Schmitt weiter auf 0)
111 111 (Schmitt weiter auf 0)
011 111 (Schmitt weiter auf 0)
001 111 (Schmitt weiter auf 0)
000 111 (Schmitt weiter auf 0)


Da ist doch immer ein Fehler drin?

Allerdings hab ich gerade eine weitere Vereinfachung gefunden:
Die ersten 3 Bits sind gleichzeitig die letzten 3 Bits nur invertiert
also:
000 111
100 011
110 001
uws.

Also brauch ich nur noch ein 3 Bit Schieberegister und einen 3 Bit inverter.
Nur das Problem wie ich meine Folge rein bekomme ist mir immernoch nicht klar.

Bisher konnte auch noch keiner eine Lösung anbieten, dabei handelt es sich doch um so triviale Digitaltechnik.

[HannoHupmann]

Ok eigentlich doch Simpel

wenn man die Register entsprechend bezeichnet (q1,q2,q3 und Sequenz welche vorn in das Register geführt werden soll), kommt folgende Wahrheitstabelle raus:

1 2 3 | Sequenz
0 0 0 | 1
1 0 0 | 1
1 1 0 | 1
1 1 1 | 0
0 1 1 | 0
0 0 1 | 0

Daraus folgt die Funktion:
f = (!q1 * !q2 * !q3 ) + (q1 * !q2 * !q3 )+( q1 * q2 * !q3 )

Entsprechend vereinfacht:
f = ( !q2 * !q3) + (q1 * !q3)
jetzt noch !q3 ausklammern:
f = !q3 * (q1 + !q2)

das lässt sich doch wunderbar mit einem ODER und einem AND realisiern?

Seq
|
AND ----INV--- q3
|
OR --------- !q2
|--------- q1

Mit Inverter damit alle Laufzeiten gleich sind ;-)

Bitte schaut mal drauf ob das jetzt alles richtig ist.

EDIT: Ein Fehler ausgemerzt

[dennisstrehl]

Ich hab mir jetzt nicht alles durchgelesen, aber dein anfängliches Problem wird durch diese Schaltung erfüllt.
Sorry falls ich da jetzt was übersehen / missverstanden hab.

Edit: Falls du nen invertierendes Schieberegister seriell in / parallel out findest, reicht sogar ein IC (oder halt bei weniger als 16bit mehrere hintereinander) E^3dit: Quark, im Grunde reichen ja 6bit und die LEDs im Abstand von 6 LEDs werden dann immer parallel angeschlossen.
E²dit: Gerade gesucht, Ergebnis: Es gibt keine invertierenden Schieberegister. Zumindest nicht unter den 40xx-ern und den 74xx-ern.

E^4dit: Zumindest wenn beim Reset alle Ausgänge auf 0 oder auf 1 sind funktioniert's, ansonsten kann Müll rauskommen :\

MfG

[kalledom]

Ab dem 4. Schieberegister-Parallel-Ausgang auf Oder-Gatter. Ein 13-er gibt es nicht, also 2 x 8-fach OR und dann auf ein 2-fach NOR, oder so.
Ist ab dem 4. Schiebe-Ausgang alles Low, kommt am 'Ende' der 'Veroderung' ein High, welches zum seriellen Schieberegister-Eingang gegeben wird; dann wird High 'reingeschoben'.
Wird ab dem 4. Ausgang ein Bit High, kommt Low 'hinten' raus und folglich zum Schiebe-Eingang; dann wird Low 'reingeschoben'.

[Manf]

Der Schmitt Trigger schaltet auf 0 wenn alle der 3 ersten Ausgäne auf 1 sind.

111 000 (Schmitt weiter auf 1)
Das ist schon ein Unterschied.
Manfred

[HannoHupmann]

@kalledom meinst du meine Schaltung oder die von dennisstrehl?
EDIT: Da war doch tatsächlich ein Fehler drin. Danke Kalledom. Das q1 Signal muss natürlich nicht invertiert genommen werden. Ich hab die Schaltung oben entsprechend geändert. jetzt müsste es passen.

Bei "C" hab ich bereits ein 8Bit Parallel Schieberegister gefunden, welches seriel einliesst und parallel ausgiebt. Sprich ich kann dort eigentlich die ersten 3 Bits abgreifen für meine Logik und die gesamten 6 für meine LEDs. Mehrere LEDs parallel ergeben entsprechendes Lauflicht.

[HannoHupmann]

Das ist schon ein Unterschied.


Hallo Manf, vielleicht liegt einfach daran, dass ich bisher noch nix mit Schmitt Triggern zu tun hatte. Google hat mich dan ein wenig schlau gemacht über die Dinger. Aber nicht schlau genug, dass ich wüsse wann er wie schaltet. Daher ist mein Code oben bestimmt nicht richtig.

Du meinst das Funktioniert, dass wenn ich den an die Bits 4-6 hänge, dass er bei Sequenziellen eingang ensprechende Werte hinein schiebt?

Mir geht es ja nicht (nur) darum wie es funktioniert, sondern auch wie man es komfortabel zusammenlöten kann.

Parallele Schieberegister hab ich (8Bit), jetzt fehlt mir noch der Sequenzer sozusagen.

[Marco78]

- Der AVR könnte jetzt schon längst programmiert sein ;)
- Wofür 24€? Es reichen auch drei Widerstände. Oder ein IC für unter 1€ + Buchse für LPT.
- Wer viel bastelt kommt öfters in die Situation, das eine Aufgabe mit einem µC einfacher und evtl besser zu lösen ist.

[HannoHupmann]

@all mit AVR: Sicher ist es sehr viel einfacher mit nem µC.
Problem ist, ich kenn mich mit den Dingern null aus. Sprich ich müsste mich da erst einarbeiten mir entsprechendes Equipment basteln. Webseiten mit Infos suchen. Mir die Programmierung überlegen (dann ist das ganze nicht in C++ oder OOPic-C sondern wieder anders, also nochmal dafür umlernen)

Ergo ich hab etwa 20 - 40 Stunden Arbeit bis ich weis was bei AVR gespielt wird. Und nur eine LED zum leuchten bekomme. Das ist mir bischen zuviel Aufwand für ein Lauflicht.

Ich hab gänzlich andere µC für meine Roboter verwendet und so einen werd ich für die einfache Aufgabe sicher nicht verschwenden, die kosten nämlich zuviel ^^.

Ein anderer Punkt ist, die Schaltung sollte reproduzierbar sein für jemand der einfach nur Bauteile kauft und dann zusammenlötet. Sprich auch keinerleich µC zur Verfügung hat.

[PicNick]

@hanno ? die Sache mit dem 3.Out invertiert auf den Daten-eingang ist doch einfach genug ? Irgendein mehrfach Schmitt dazu, einer zum negieren, einer zum takten ist doch alles ?

btw: Ich beschalte gerne 74xx374 auf schieberegister, da sie auch die Power für ein paar LEDs haben.

[kalledom]

Korrigierend zu meiner 'Veroderung':
Ausgang 4...5...6 vom Schieberegister auf ein NOR mit 3 Eingängen und den NOR-Ausgang auf den Seriell-Eingang.
Dann wird immer 3 x 1, 3 x 0, 3 x 1, 3 x 0, .... 'durchgeschoben'

[HannoHupmann]

@PicNick, wenn ich mir deine Schaltung so anschau, müsst das Tatsächlich die simpelste Lösung sein. Immerhin macht er ja genau das was ich brauche immer wenn ne 0 durchkommt wirds ne 1 und immer wenn ne 1 kommt macht er ne 0 und das nach 3 Zyklen. Perfekt ^^.

Ok jetzt zur nächsten Frage:
Wie baut man den Schmitt entsprechend auf, dass er invertiert oder gibt es invertierbausteine bereits?

Für den Taktgenerator hab ich ne Schaltung welche mir einen über Poti variabel einstellbaren Takt liefert (das einstellbare würde ich gerne übernehmen).

@kalledom so gehts auch^^ aber stimmst du zu, dass die mit nur einem Inverter Vorgeschlagene Lösung die einfachste ist?

Es sei den man bekommt ein NOR einfacher als ein INV was ich nicht glaube.

@PickNic Welche IC's kannst du mir empfehlen? Ich suche also einen Inverter und ein Paralleles Schieberegister mit 8 Bit.
Falls es welche gibt die auch den Strom von zwei parallelen LEDs überleben dann nur her damit. Sonst hätte ich mit entsprechenden Transistoren gearbeitet.
Inverter könnte man ja auch aus nem NAND aufbauen. Weis aber nicht ob es diese Bauteile nicht sogar schon fertig gibt.

[PicNick]

@Hanno: Ich wühle mich kurz durch die Datenblätter, wegen der Belastbarkeiten. Wieviel mA verbraten denn die LED ? Oder Flutlicht ?
Shiften wie schnell ?
Invertierer /inv. Driver gibts in massen, meist zu 6 in 14-DIL Gehäusen
(74..04 z.B)

[PeterPan]

Hallo,

@dennisstrehl
wenn Du willst das das Schieberegister aus jeder beliebigen Ausgangskombination immer wieder das selber Muster macht, müssen die drei Ausgänge vollständig kodiert werden.

Schieberegister 74LS164
NOR-Gatter 74LS02

Bis bald,
Peter Pan

[HannoHupmann]

@PeterPan stimmt so kann man es auch aufbauen ist einfacher weil man dann mehrmals das gleiche NOR verwenden kann.

Aber mit nur einem Inverter gehts docht auch so wie das weiter vorn vorgeschlagen wird.

@PicNick 8Hz ist der Takt, damit wechselt LowHigh in 125mS
Als Schieberegister empfiehlt sich ein 74LS164 denk ich aber das hat nicht genug Saft für 8 LEDs.

Eine Schaltung für den RESET hab ich auch schon gefunden, dafür brauch ich aber wieder ein AND Gatter.

So an jeden Ausgang des Registers von 0 - 6 sollen 8 LEDs hängen á 20mA. Sprich 160mA pro Ausgang ich denke da werd ich mit Transistoren arbeiten müssen.

Entsprechende Schaltung denk ich kann ich zusammenbauen

[PicNick]

Irgendwie hat jeder recht. Bei der (anfangs) Situation
Qa=0
Qb=1
Qc=0
und
Qa=1
Qb=0
Qc=1
passiert ein Desaster.
Also entweder wie Peter sagt, denn die NOR's gibt's eh nur vierfach, wär also egal
oder eben ein verzögertes /CLR (mit R u. C)

[PicNick]

Der 74HC595 sollte pro ausgang maximal 35 mA treiben können.
Dafür braucht man eine Latch Signal extra, könnte man aus der invertierten Clock kriegen

[HannoHupmann]

jupp das reicht doch um nen Transistor zwischen zu schalten, aber vielleicht nehm ich sogar für einen teil andere LEDs die sind dann mit 2mA.

Naja das kann nicht sein PickNic, denn das Register wird per Reset komplett auf Null gesetzt. Das ist kein Problem. Dann Funktioniert es mit der 1 Inverter Schaltung.

[kalledom]

Für den Power-On-Reset brauchst Du nur 100nF von GND zum Reset-Eingang und weiter über 1...10k nach Plus. Im Einschaltmoment ist der C leer = 0 Ohm = Low = Reset und wird nach kurzer Zeit aufgeladen sein = High = kein Reset mehr.
Als Treiber würde ich 2 x ULN2803 hinter die Schieberegister-Ausgänge setzen = 16 x 500mA !!!

[HannoHupmann]

@Kalledom, so ist das in etwa auch geplant mit dem Power on Reset.

Das mit dem Treiber gemeint ist? Was sind ULN2803. Achja und ich such noch einen inverter um Ausgang 3 invertiert wieder einspeisen zu können.

Es werden 2 6er LED Blöcke untereinander gehängt, sowie nochmal 2 6er in die entgegengesetzte Richtung (aufeinander zulaufend) dazu kommen nochmal die gleiche Anzahl auf der anderen Seite. Also insgesamt auf jeder Seite 24 LEDs insgesammt 48 Stück (á 8 Blöcke).

Leuchten tun maximal 3 pro Block also leuchten immer 24 Stück, 489mA die ein Anschluss antreiben muss (nur LEDs, keine Verluste in den Widerständen eingerechnet).

Ich hab eine entsprechende Schaltung gefunden in dem aus jedem Qx Anschluss über einen 1kOhm Widerstand ein BD135 Transistor getrieben wird. An diesem hängen wiederrum die LEDs welche mit einem 220Ohm Widerstand gegen Masse betrieben werden.

http://www.modding-faq.de/moddingfaq/projekte/o_case/warpcore/warpcore5_2_th.gif


Nur fehlt mir jetzt noch ein Inverter zu meinem Glück :-)

[dennisstrehl]

An Q3 wird ja auch ein Treiber hängen, so einer wie du ihn da gezeichnet hast. An der Stelle, wo das LED1-Label ist, hast du !Q3.

Edit: Wenn du dir sicher bist, dass du nicht irgendwann nochmal dreimal so viele LEDs dranhängen willst, dann nimm BC337, die kosten bei Reichelt deutlich weniger.

[kalledom]

Im ULN2803 sind 8 Darlington-Transistoren mit Basis-Vorwiderstand zur direkten Ansteuerung aus 5V TTL/CMOS-Ausgängen. Die Emitter sind alle zusammen, die Collektoren ..... Lade Dir einfach mal ein Datenblatt.
Wenn Du Transistoren nimmst, bedenke bei Nicht-Darlington-Typen, daß bei fast 500 mA Last der hFE groß genug sein muß. Bei hFE = 50 brauchst Du mindestens 20mA Basis-Strom, damit der Transistor sauber in die Sättigung kommt.
Mit einem Basis-Vorwiderstand von 1kOhm bleibt der Transistor im Regelbereich und wird heiß (5,0V - 0,7V = 4,3V / 1kOhm = 4,3mA !!!)
Daher sind Darlington-Transistoren mit einem hFE über 1000 besser. Die kannst Du auch mit 1,0...4,7kOhm ansteuern.

Einen Inverter kannst Du einfach mit einem Transistor realisieren: Basis über 1...4,7kOhm ansteuern, Emitter an GND, Collektor über 1kOhm nach Plus; am Collektor ist das invertierte Signal.

[dennisstrehl]

Uups, hab mich beim Strom verlesen. Bei knapp 500mA wären Darlingtons wirklich angebrachter.
Aber ich glaube, bei 500mA / Kanal wird nen ULN auch nen bisschen warm.

Logic-Level MosFETs wären auch noch ne Möglichkeit, aber dann kostet's min. noch 0,35€ / Kanal.

MfG

[HannoHupmann]

Jupp so langsam nimmt das alles Gestalt an und ich kann mir die Teile bei Reichelt bestellen. Muss ich mir nur noch mal genau aufmahlern wie der Schaltplan nachher sein muss, aber ich denke es sollte so schon funktionieren.