Aufbau der elektronischen Schaltung

Letztmalig dran rumgefummelt: 19.06.19 14:06:18

	Sowohl zur Entwicklung als auch zur Zusammenfassung logischer Schaltungen existieren Werkzeuge, welche den Weg von der Idee bis zur fertigen Schaltung wesentlich verkürzen können. Diese zu finden sowie konsequent einzusetzen gehört zum Grundwissen für die Technische Informatik.
	1. Vorbereitung der Platine 2. Konstruktiver Aufbau der Eingangsbeschaltung 3. Kanonisch konjunktive Normalform mit einem Ausgang 4. Kanonisch konjunktive Normalform mit mehreren Ausgängen 5. Karnaugh-Tafeln im Einsatz 6. Anwendung von Karnaugh-Tafeln mit mehreren Ein- sowie Ausgängen 7. Logik wird heute durch Programmierung ersetzt ... 8. Verwandte Themen
	Praktischer Entwurf von Logikschaltungen Logo für das "Elektronik-Projekt" inhaltlich auf korrektem Stand - evtl. partiell unvollständig ;-) Informatik-Profi-Wissen
	Bauelementeauswahl zur technischen Realisierung der folgenden Projekte 7400/03 4 mal 2-Eingangs-NAND 7411 3 mal 3-Eingangs-AND 7427 3 mal 3-Eingangs-NOR 7432 4 mal 2-Eingangs-OR 7485 4-Bit-KOMPARATOR 74137 1 aus 8-DEMULTIPLEXER (DECODER) mit Adress-Latch und STROBE 74138; i8205 1 aus 8-DEMULTIPLEXER (DECODER) STROBE 74150 16-zu-1-MULTIPLEXER 74151 8-zu-1-MULTIPLEXER mit negiertem und nichtnegiertem Ausgang; STROBE 74153 Zwei 4-zu-1-MULTIPLEXER mit gemeinsamen Adresseingängen 74154 1 aus 16-DEMULTIPLEXER (DECODER) STROBE 74180 9-Bit-Paritätsgenerator/8-Bit Paritätsprüfer 74193 4-Bit-Binär-ZÄHLER/TEILER (synchron; voreinstellbar; zwei Takteingänge) 74299 8-Bit-SCHIEBEREGISTER (par. Eing./ser. Ausg.) Eingangsmultiplexer 74374 Acht D-Latches mit gemeinsamen Hyst.- Takt-Eing. 74518 8-Bit-KOMPARATOR 74800 3 mal 4-Eingangs-AND/NAND 74832 2 mal 5-Eingangs-OR
	Quellen: Kühn; Handbuch TTL- und CMOS-Schaltkreise Seite 213 ff. Borgmeyer; Grundlagen der Digitaltechnik Seite 90 ff.

1. Vorbereitung der Platine

	Auswahl der entsprechend benötigten Bauelemente muss vorab erfolgt sein. Im ersten Schritt kümmern wir uns um die Montage und Anordnung der Baulemente auf der Platine sowie die Versorgung mit den entsprechend benötigten Speisespannungen.
	... das ZIP-Archiv komplett auspacken und die .EXE-Datei starten
	Gesamtanordnung und Stromversorgung der Schaltung Eingangsschalter auf der Platine Schaltplandetail Anordnung der Schalter sowie der Digitalschaltkreise auf der Platine Gestaltung der Signalspannung an den Schaltern   Anordnung der Schalter sowie der Digitalschaltkreise auf der Platine bei nicht betätigtem Schalter wird der Punkt zwischen Schalter und Widerstand negativ "vorgespannt" - wir erhalten ein "L" an diesem Punkt wird der Schalter betätigt, wird die Schaltung zu einem Spannungsteiler und erhält mehr positives als negatives Signal - der Zwischenpunkt führt in der Folge logisches "H" Kurzschluss wird durch den Widerstand verhindert

2. Konstruktiver Aufbau der Eingangsbeschaltung

	Sind mehrere Ausgänge vorhanden, so funktioniert die Schaltungsentwicklung streng genommen genau so, wie bei einem Eingang. Die Schaltung muss eben nur für jeden Ausgang getrennt entwickelt und auf die gleichen Eingänge gelegt werden.
	Eins-besetzte Ausgänge definieren logische Normalform entwickeln Logische Schaltung erstellen

3. Kanonisch konjunktive Normalform mit einem Ausgang

Erstehen aus den Anforderungen der Logik mehr logische "Einsen" als "Nullen", so verwendet man sinnvoller Weise die kanonisch konjunktive Normalform. Die kanonischen Normalformen liefern alle mit Sicherheit eine richtige Lösung - optimal aus Anzahl der logischen Verknüpfungen muss diese jedoch noch nicht sein. Eine Optimierung muss also zusätzlich durchgeführt werden. Die Logikschaltung entspricht der UND-Zusammenfassung der eingangsnegierten ODER-Logik. Es werden alle Nullbesetzten Ausgänge in ihrer Eingangskombination negiert und ODER-zusammengafasst. Alle Zeile werden über ein AND-Gate zum Ausgang y zusammengefasst.

Null-besetzte Ausgänge definieren logische Normalform entwickeln Logische Schaltung erstellen Betriebsspannung zwischen 4 und maximal 6 Volt eingestellt Schalter in Anordnung x0 bis x4 von rechts nach links Leiterzüge auf die fünf notwendigen Negatoren im Baustein 7404

4. Kanonisch konjunktive Normalform mit mehreren Ausgängen

Die Problembeschreibung sowie auch die zugehörige Lösungsstrategie leiten sich aus den unter 3. geführten Aussagen ab. Nur müssen jetzt eben mehrere Schaltungen entworfen, aber mit den selben Eingängen verbunden werden. Die Logikschaltung entspricht der UND-Zusammenfassung der eingangsnegierten ODER-Logik. Es werden alle Nullbesetzten Ausgänge in ihrer Eingangskombination negiert und ODER-zusammengafasst. Alle Zeile werden über ein AND-Gate zum Ausgang y zusammengefasst.

Null-besetzte Ausgänge definieren logische Normalform entwickeln Logische Schaltung erstellen die erste NAND-Stufe mit vier Eingängen ist auf den Baustein 7420 erstes Gate geschalten die erste NAND-Stufe mit vier Eingängen ist auf den Baustein 7420 erstes Gate geschalten

5. Einsatz von Karnaugh-Tafeln

Achtung: die Aufgabenstellung entspricht exakt der unter 1. formulierten Zielstellung - die Lösung jedoch sieht komplett anders aus!!! Die Problembeschreibung sowie auch die Lösungsstrategie ist hier nun im Verfahren enthalten und wenn die entsprechende Software verfügbar ist, ist die Entwicklung der Logik theoretisch gar kein Problem mehr (fehlerfreie Eingabe vorausgesetzt). Deutlich sollte der Unterschied zur kanonischen Normalform sein, da ich von vorn herein eine optimierte Variante meiner Schaltung erhalte, was nicht ausschließt, dass weitere Möglichkeiten, dann allerdings mit gleichem Aufwand existieren.

Null-besetzte Ausgänge definieren logische Normalform entwickeln Logische Schaltung erstellen die zweite NAND-Stufe mit fünf Eingängen ist auf den Baustein 7430 geschalten die zweite NAND-Stufe sowie die Zusammenschaltung ist auf den Baustein 7420 zweites Gate geschalten

6. Anwendung der Karnaugh-Tafeln für mehrere Ein- und Ausgänge

	Für den Einstieg nehmen wir uns hier etwas sehr einfaches vor und sind uns dabei bewusst, dass in der Praxis diese Bedingungsmenge definitiv "ungenügend" ist, da weit mehr Forderungen an die entsprechende Anzahl von Ausgängsgrößen gestellt werden. Wir denken zum Beispiel an ein Kfz, welches in einem Stau mit anderen Fahrzeugen zu kollidieren droht, wobei wir selbstverständlich automatisch die Spur erkennen und halten, den Abstand zum Vorausfahrenden kontrollieren sowie auch an die umfassende Sicherheit der Insassen gewährleisten - dann haben wir komplexe Zusammenhänge!!!
	Null-besetzte Ausgänge definieren logische Normalform entwickeln Logische Schaltung erstellen die zweite NAND-Stufe sowie die Zusammenschaltung ist auf den Baustein 7420 zweites Gate geschalten die zweite NAND-Stufe sowie die Zusammenschaltung ist auf den Baustein 7420 zweites Gate geschalten

7. Logik wird heute durch Programmierung ersetzt ...

	Statt wie in den Anfangszeiten der Elektronik (ca. um die 60er Jahre) palettenweise für jede Anwendung einen eigenen Schaltkreis auf den Markt zu bringen, geht man heute den Weg eher umgekehrt. Ein Baustein genügt, und was dieser machen soll, sagen wir ihm durch Programmierung. Das trifft sowohl auf programmierbare Logik-Arrays, wie auch auf EPROM-Logiken, jedoch besonders auf Mikrocontroller zu.
	Logik-Arrays EPROM-Logik Mikrocontroller allgemein logische Arrays EPROM-Logik Mikrocontroller
	Installation von Logikschaltungen Praktischer Entwurf von Logikschaltungen

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© Samuel-von-Pufendorf-Gymnasium Flöha

© Frank Rost am 30. Oktober 2009