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Lauflichtschaltung : Taktgenerator, Schieberegistor Um ein Lauflicht überhaupt in Gange zu bekommen, benötigen wir einen Taktgenerator. Da fällt uns glatt ein Quarz ein - aber einen Quarz mit 8 Hz habe ich noch nicht gesehen. Wir müssen also einen bauen. Warum 8 Hz ? Damit es 1 Sekunde dauert, bis alle LED leuchten, dann eine weitere Sekunde, bis alle LED wieder aus sind. Der Taktgenerator So ziemlich jeder, der etwas intensiver mit Elektronik zu tun hat, ist ihm begegnet: Der NE555. Kaum ein IC ist so weit verbreitet wie dieses Teil. Tatsächlich ist der NE555 elektronisch gesehen ein echtes Fossil: Er wurde 1978 entwickelt. Im wesentlichen besteht so ein NE555 aus einer Reihe OpAmps, eingebaut in ein Gehäuse mit 8 Pins. Wenn wir nun geschickt mit ein paar Bauteilen die OpAmps zusammenschalten, erzeugen wir damit eine sogenannte Astabile Kippstufe (oder auch astabiler Multivibrator). Eine Astabile Kippstufe zeichnet sich dadurch aus, das sie eine gewisse Zeit einen Hi-Pegel am Ausgang zeigt (Hi-Pegel = Versorgungsspannung), und dann von allein auf einen Lo-Pegel am Ausgang "kippt" (Lo-Pegel = Masse). Nach einer weiteren Weile kippt sie von allein wieder auf Hi-Pegel und so weiter. Wir bekommen am Ausgang der Kippstufe also ein Rechtecksignal mit einer gewissen Frequenz, die wir selbst bestimmen können. Tatsächlich bestimmen wir sogar, wie lange sie Hi und wie lange sie Lo zeigt. Dies ist eine Standardschaltung für eine Astabile Kippstufe mit NE555. Grob erklärt funzt das ganze in etwa so: Im Einschaltzustand ist C1 leer, am Ausgang (Pin 3) sehen wir Lo-Pegel (=Masse). Legen wir nun Spannung an, lädt sich der Kondi über R1 und R2 langsam auf. Ist er weit genug geladen, springt der Ausgang auf Hi-Pegel und der Kondensator entlädt sich allmählich wieder über R2 und Pin 7 des NE555. Ist er weit genug entladen, kippt Pin 3 wieder auf Lo und das ganze geht von vorne los. Wie lange das ganze nun jeweils dauert, kann man wie folgt ausrechnen: Te = 0.69 * (R1 + R2) * C1 -> Dauer des Hi-Pegels Nun soll unser Taktgenerator ziemlich genau 8 Hz ausspucken. Wissen wir die Frequenz, kennen wir die Periodendauer (1 kompletter Lo-Hi-Zyklus): 1/8 Sekunde, also 125 ms. Der einfachheit halber möchten wir Lo und Hi so gleich wie möglich machen (ist ohne den Trick mit der Diode NICHT möglich), also sind Te und Ta jeweils die Hälfte der 125 ms. Macht 62.5 ms. Wie kommen wir nun an die Bauteilwerte ? Zuerst werfen wir einen prüfenden Blick in unsere Schachtel mit Elkos. Oh, 2.2uF, wie interessant. Mit den 2.2uF können wir losrechnen: Ta = 0.69 * R2 * C1 | Umstellen, denn wir wissen R2 nicht So einen Widerstand gibt es nicht - ein Trimmer muß her. Da wir kein 100% gleichförmiges Te/Ta hinbekommen, nehmen wir für R2 auch gleich einen Trimmer, anstelle R2 einen 100K und für R3 einen 25K. Ich empfehle dringend, hier Mehrgangtrimmer zu nehmen, da der Abgleich recht kniffelig werden kann. Mit einem einfachen 270°-Trimmer könnte man Probleme bekommen. Nach dem Aufbau auf einem GROSSEN Stück Lochraster müssen wir unsere 8Hz einstellen. Also stellen wir unseren R1 auf einen Wert im unteren drittel ein. R2 stellen wir auf Maximum und messen nun mit dem Frequenzzähler am Ausgang. Da wird irgendwas stehen, das größer als 8 Hz ist. Wir drehen R2 langsam runter, bis wir ungefähr 8Hz erreicht haben. Mit einem Oszilloskop kann man luxuriöserdings sich auch das Signal selbst ansehen. Drauf achten, das der Hi-Pegel lang genug dauert und nicht nur einen Nadelimpuls darstellt. Arme Schlucker wie ich erfahren später, ob unser Hi-Pegel lang genug ist oder nicht... Das Schieberegister Ein Schieberegister ist ein cooles Teil. Es hat einen (Daten-)Eingang, diverse Ausgänge (das hier verwendete 74LS164 hat 8 davon), einen Clock- und einen Reset-Eingang. Bei einem Pegelwechsel am Clock-Eingang werden die Werte der Ausgänge eine Position zum größten Ausgang hin verschoben (der Wert des höchsten Ausgangs geht verloren), dann wird der Dateneingang gelesen und dessen Wert in den niedrigsten Ausgang geschrieben: Ausgang 1 2 3 4 5 6 7 8 Kommt nun unser Clock-Pegelwechsel, ändern sich die Ausgänge: Ausgang 1 2 3 4 5 6 7 8 Der Datenwert wird gelesen und in Ausgang 1 geschrieben: Ausgang 1 2 3 4 5 6 7 8 Coole Sache, wie ich finde. So kann man prima einen Seriell-nach-Parallel-Wandler bauen. Nun nehmen wir unser Schieberegister und klemmen an jeden Ausgang eine LED. Beim ersten Clock legen wir eine 1 an den Eingang - und LED1 leuchtet. Legen wir nun den Eingang stets auf 0 und lassen die Clocks weiterlaufen, wandert die 1 durch das Register - LED1 verlöscht, LED2 geht an... Led2 verlöscht, LED3 geht an... Bis unsere 1 praktisch "hinten runterfällt". Weiter mit: Lauflichtschaltung - Kleine Modifikationen 1&2
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