Flip-Flop

[Das Quadrom]

Hallo zusammen!

Ich bin neu hier und habe gleich etwas Kompliziertes vor. Kennt sich jemand mit RS-Flip-Flops aus?

Es gibt viele Multiplexer (wie der C-MOS IC 4051 DIP), mit denen man durch nur 3 (Binär-)Eingänge ganze 8 Ausgänge ansteuern kann. Der Nachteil dabei ist, dass immer nur durch einen der 8 Ausgänge zur selben Zeit Strom fließen kann. Ich möchte allerdings alle 8 Ausgänge gleichzeitig in Betrieb nehmen können.

Beispiel mit acht LEDs:
Multiplexer am Arduino
Immer nur eine der acht LEDs leuchtet. Um fürs menschliche Auge scheinbar alle LEDs gleichzeitig aufleuchten zu lassen, muss in wenigen Millisekunden reihum jede LED kurz aufblitzen. Sie wird dabei leider nur ein achtel so hell wahrgenommen. Da ich mit mehreren Multiplexer hintereinander arbeite, ist das für mich keine Option mehr (wegen einer Leuchtkraft von nur 1/64 der Originalkraft).

Meine Idee: An jedem der 8 Ausgangskanäle möchte ich einen bestimmten Flip-Flop anschließen, der wie ein Stromstoßschalter (Bistabiles Relais) fungiert. Der Flip-Flop soll ab dem kurzen Zeitpunkt wo durch den Kanal Strom fließt so lange einen Stromkreis aufrechterhalten bis ein erneuter Stromschub erfolgt. So könnte ich alle 8 LEDs tatsächlich gleichzeitig betreiben.
Mit welchem RS-FlipFlop ist das möglich? Wie muss ich ihn anschließen? Bei Conradt meinten Sie, ich solle es mit einem JK-Flip-Flop versuchen...

Vielen Dank schon im Voraus für eure Hilfe!

Viele Grüße

Quadrom

[Besserwessi]

Die etwas einfachere Lösung für 8 LEBs wäre ein Schieberegister IC wie 74HC595. Unter Porterweiterung ist das im RN-Wissen ganz gut beschrieben. Mit 3 Leitungen kann man da mit einem IC 8 LEDs ansteuern und ggf. auch noch ein paar mehr der ICs hintereinanderschalten. Die Ansteuerung kann z.B. über das SPI Interface des µC erfolgen ist damit auch recht schnell und einfach zu programmieren.

Bei sehr vielen LEDs bietet sich sonst auch noch eine LED Matrix an. Auch dazu gibt es was im RN-Wissen unter 7-Segmentanzeigen.

[BMS]

Hallo,
falls es unbedingt Flip-Flops sein müssen: entweder T-Flip-Flops (T steht für "Toggle"=umschalten) oder JK-Flipflops, bei dem du den J und K-Eingang miteinander verbindest (JK steht für Jump-Kill). Würde aber recht aufwändig werden, da du den Multiplexer sowie 8 Flipflops (meist sind 4 in einem IC) brauchst. Das wären 3 ICs.
Sonst: wie von Besserwessi vorgeschlagen, das Schieberegister verwenden, oder du nimmst eine Porterweiterung über I2C, z.B. PCF8574.
Grüße,
Bernhard

EDIT: Außerdem müsste sich bei der Flipflop-Variante der Mikrocontroller stets merken, welchen Ausgangszustand die FF haben, außerdem wie siehts aus mit dem Anfangszustand der FF beim Einschalten. Ist das definiert oder zufällig? Dann bräuchte man noch eine Reset-Leitung.

[Das Quadrom]

Danke für deine Antwort. Einen Multiplexer wie den vorgeschlagenen "IC 74HC595" möchte ich auf jeden Fall nehmen für die acht LEDs.
Nur um das oben beschriebene Problem mit der geringen Helligkeit zu vermeiden, möchte ich zusätzlich zwischen Multiplexer und LED jeweils einen weiteren Flip-Flop einbauen um alle 8 LEDs gleichzeitig in maximaler Helligkeit leuchten zu lassen. (Ich werde deshalb 8 zusätzliche Stromkreise für die LEDs installieren).

Eine LED Matrix kommt für meine Zwecke leider nicht infrage, da ich so etwas Ähnliches wie einen LED-Ventilator baue. Außerdem ist nicht die Ansteuerung der vielen LEDs mein Problem, sondern dass ich nur 54 Ausgänge auf dem Arduino MEGA habe. Dafür nehme ich aber Multiplexer, was mich zu dem oben beschriebenen Problem führt.

EDIT: Gibt es nicht bei dem "Schieberegister IC wie 74HC595" und bei der "Porterweiterung über I2C, z.B. PCF8574" das selbe Problem wie bei anderen Multiplexer, dass immer nur ein Kanal pro Zeiteinheit angesteuert werden kann?

For example:
If S0 and S1 are HIGH and S2 is LOW pin y3 is selected (1+2+0 = 3).
If S0 and S2 is HIGH and S1 LOW pin y5 is selected (1+0+4 = 5).
It is not possible to read or write more than one pin on the 4051 at the same time, because you can only select one pin at a time. But you can read and write to the pins quite fast.
http://www.arduino.cc/playground/Learning/4051

[Besserwessi]

Für die Anwendung wird man vermultlich sogar mehr als die sonst üblichen 20 mA pro LED brauchen. Auch wird da die Geschwindigkeit des Zugriffs hoch sein müssen - deshalb fällt die LED Matrix wirklich aus. Das Schieberegister (über Hardware SPI angesteuert) sollte noch gehen - sonst halt ein µC mit mehr Pins und dann doch je LED ein IO Pin. Ggf. halt sogar mehr als ein µC.

Wenn man am 75HC595 8 LEDs mit knapp 20 mA Strom betreiben will, muss die Hälfte gegen GND und die Hälfte gegen VCC geschaltet werden - damit umgeht man das Limit von 70 mA für die VCC und GND-anschlüsse. Von TI gibt es auch eine ähnliche Version mit stärkeren internen Treibern.

[Das Quadrom]

Hey Besserwessi, vielen Dank schon mal! Entschuldigung, aber wie meinst du das: "Das Schieberegister (über Hardware SPI angesteuert) sollte noch gehen"? Ich kenne mich noch nicht so aus. Was ist ein SPI (wo gibt es den käuflich zu erwerben) und lässt sich der Schieberegler dann auch so nutzen, dass nicht nur ein Ausgang pro Binärcode angeteuert wird (z.B. bei allen drei Eingängen aktiv 1+2+4 = nur Kanal 7) sondern alle 8 Kanäle gleichzeitig?
Wenn du mit "µC" Mikrocontroller wie das Arduino meinst, dann habe ich leider noch kein geeignetes Gerät mit genügend Ausgängen gefunden. Ich möchte um die 1000 LEDs ansteuern.
Was ist denn ein IO Pin? Sry bin echt ein Neuling.
Eigentlich wollte ich mit 5V und ausschließlich mit Batterien arbeiten.

Lieber Bernhard, wenn ich mich für was Günstiges wie den Flip Flop JK-Type Pos-Edge Dual 16-Pin entscheide, bräuchte ich dann zwei oder sogar vier von denen für die acht LEDs? (Um aus drei Kanälen acht zu machen nehme ich zusätzlich noch einen nicht inbegriffenen RS-Flip-Flop).
Eine Reset-Leitung wäre eh ziemlich hilfreich auch fürs Programmieren. Dann müsste ich jede Rotorstellung nur das gezielte Anmachen der LEDs einberechnen wenn im Takt regelmäßig resettet wird - und nicht noch das Ausmachen. Wie lässt sich so eine Reset-Leitung am einfachsten anschließen? Muss ich jeden Flip-Flop an einen einzelnen Resetkreis anschließen?

Thx schon mal!

[Richard]

Für die Anwendung wird man vermultlich sogar mehr als die sonst üblichen 20 mA pro LED brauchen.

Womit eigentlich schon alles erledigt sein dürfte. Gepulste LED's können je nach Pulslänge/Zeit auch mal mit einigen A betrieben werden. Allerdings muss das (Zeit/A) dann auch sicher gestellt sein oder die LED's fackeln ab.

Gruß Richard

[Richard]

Ich möchte um die 1000 LEDs ansteuern.
Was ist denn ein IO Pin? Sry bin echt ein Neuling.
Eigentlich wollte ich mit 5V und ausschließlich mit Batterien arbeiten.

1000 x 0,02 A = 20A was für Batterien willst Du da nehmen.....I/O steht für IN (Eingang) OUT (Ausgang) und einen µC mit 1000 I/O Pins (Anschlüssen) wirst Du nicht finden! Aber es gibt spezielle Bausteine IC's welche 256 RGB = 3 Farben LED's ansteuern können wobei die Helligkeit jeder LED programmiert werden kann. Leider habe ich vergessen wie die Teile genannt werden, war hier aber vor kurzem im Forum (wo?) zu lesen. Ob ein Anfänger solche Bauteile noch Löten kann? Mit Schieberegister als Matix angeortnet kann man so etwas bauen, die Reset Anschlüsse z.B. bekommen alle (eine) gemeinsame Leitung ist also nicht so aufwändig. √1000 = ca 32 8 Bit Schieberegister sollten reichen, aber das wird eine Menge Arbeit.......Google "LED matrix treiber" hilft sicher auch.

Gruß Richard

[Besserwessi]

@Richard:
So viel höher als den Nennstrom von 20 mA kann man bei den meisten LEDs auch nicht gehen. Bei den meisten LEDs geht es noch ganz gut bis zum etwa 10 fachen Strom (also 200 mA) - darüber ist nur noch bei sehr kurzen Pulsen und sehr geringem Tastverhältnis möglich. Um bei sehr vielen ( z.B. 1000) LEDs noch genug Helligkeit zu bekommen kann man die also nur in Gruppen bis vielleicht 10, höchstens 20 Ansteuern. Von 1000 LEDS sind dann immer 100 zur gleichen Zeit Ausgewählt. Als Matrix braucht man dazu auch schon 100 Ausgänger für z.B. 100 mA und 10 Ausgänge für 10 A.
Als Neuling sollte man auch eher kleiner Anfangen, z.B. mit 25 oder 64 LEDs - das bleibt auch finanziell noch im Rahmen. Bei einer 5x5 Matix geben 20 mA an Strom auch noch eine Annehmbare Helligkeit. So sind dann Software Fehler nicht mehr schädlich für die Hardware und es wird vom Aufbau deutlich einfacher.

@Das Quadrom:
SPI ist eine Schnittstelle, die eigentlich alle der AVR µCs (und fast alle anderen µCs) haben. Die Schnittstelle kann man aber auch einfach in Software realisieren. In der Regel sind die PINs für SPI mit Hardware Unterstützung beim den AVRs die Pins für den Programmieranschluss (ISP). Es macht aber in der Regel nichts wenn da auch noch die zusätzlichen eigenen Schieberegister dran hängen. Es ist auch möglich die Schaltung einfach an den ISP Stecker anzuschließen - man muss dann nur zum Programmieren umstecken.

Das Schieberegister (74HC595) verhält sich dann ähnlich wie zusätzliche Anschlüsse am µC. Man kann da also an den 8 Ausgängen beliebige Kombinationen ausgeben, also auch mehrere LEDs. Einfach unter http://www.rn-wissen.de/index.php/Portexpander_am_AVR nachlesen. Das Schieberegister ist etwas anderes als eine Multiplexer.

[Klebwax]

Meine Idee: An jedem der 8 Ausgangskanäle möchte ich einen bestimmten Flip-Flop anschließen, der wie ein Stromstoßschalter (Bistabiles Relais) fungiert. Der Flip-Flop soll ab dem kurzen Zeitpunkt wo durch den Kanal Strom fließt so lange einen Stromkreis aufrechterhalten bis ein erneuter Stromschub erfolgt. So könnte ich alle 8 LEDs tatsächlich gleichzeitig betreiben.
Mit welchem RS-FlipFlop ist das möglich? Wie muss ich ihn anschließen? Bei Conradt meinten Sie, ich solle es mit einem JK-Flip-Flop versuchen...

Könnte ein HC(T)259 "8-bit addressable latch" hier passen?

MfG Klebwax