Experimentier-Schaltungen mit Integrierten Standard-Schaltkreisen

Letztmalig dran rumgefummelt: 24.01.20 20:33:40

	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. Schaltungen mit Microcontrollern 2. Grundschaltungen mittels Logik-IC's durch Kanonische Normalformen 3. Einfache Schaltungen mit selbst gefertigten Leiterplatten 4. Ansteuerung komplexer professioneller Elektronik 5. Einsatz und Modifikation professioneller Elektronik 6. Löten mit Drahtverhau 7. SMD-Leiterplatten-Bestückung 8. Verwandte Themen
	Mikrocontroller-Schaltungen Logo für die Schaltungen mit IC's inhaltlich auf korrektem Stand - evtl. partiell unvollständig ;-) Informatik-Profi-Wissen
	Quellen: Kühn; Handbuch TTL- und CMOS-Schaltkreise Seite 213 ff. Borgmeyer; Grundlagen der Digitaltechnik Seite 90 ff.
	Breadboard-Schaltungen Breadboard-Schaltungen Schaltungen mit SoC (System on a Chip-Computer) Schaltungen mit Microcontollern Programmierung von Mikroprozessoren ... wichtige Bauelemente Schaltung eines 1 aus 10-Decoders mit Grundlogik-Bauelementen ... Schaltung eines 1 aus 10-Decoders mit Grundlogik-Bauelementen ... Physical Computing Einchip-Rechner - heute Microcontroller die beliebte alphabetisch sortierte Schnell-Liste Pin-Belegung wichtiger Prozessor-IC's
	... die Standard-Platine sowie wichtige Bausteine von 2019   ... die Experimentier-Standard-Platine Download als CorelDraw11.0-Datei ... die Labor-Experimentier--Platine Download als CorelDraw11.0-Datei
	... Sammlung wichtiger IC's Logik-Grund-IC's Komplexe Logik-IC's Sequentielle IC's Spezial-IC's SN74LS00 - 4 mal 2-Eingangs-NAND - Preis: 0,95 € (TEXAS-Instruments - bei anderen Anbietern preiswerter!) SN74LS02 - 4 mal 2-Eingangs-NOR - Preis: 0,65 € (TEXAS-Instruments - bei anderen Anbietern preiswerter!) SN74LS04 - 6-fach-NEGATOR SN74LS08 - 4 mal 2-Eingangs-AND - Preis: 0,49 € SN74LS10 - 3 mal 3-Eingangs-NAND - Preis: 0,60 € SN74LS11 - 3 mal 3-Eingangs-AND - Preis: 0,24 € SN74LS14 - 6-fach-NEGATOR mit Schmitt-Trigger Eingängen  - Preis: 0,50 € SN74LS20 - 2 mal 4-Eingangs-NAND - Preis: 0,99 € SN74LS21 - 2 mal 4-Eingangs-AND - Preis: 0,55 € SN74LS27 - 3 mal 3-Eingangs-NOR - Preis: 0,79 € SN74LS30 - 1 mal 8-Eingangs-NAND - Preis: 0,71 € SN74LS32 - 4 mal 2-Eingangs-OR - Preis: 0,50 € SN74LS40 - 2 mal 4-Eingangs-NAND mit Treiberstufen SN74LS42 - 1 aus 10-DECODER mit Treiberstufen 74540 - Acht Bus-TREIBER mit Schmitt-Trigger (mit Negation) 74541 - Acht Bus-TREIBER mit Schmitt-Trigger SN74LS85 - 2-Bit Komperator - Preis: 1,15 € SN74LS86 - 4 mal 2-Bit XOR - Preis: 0,62 € SN74LS245 - 8-Bit bidirektionaler BUS-Treiber intel 8282/8283 - 8-Bit BUS-Treiber - das Original von INTEL aus dem Jahre 1978 - speziell entwickelt für den 16-Bit SN74LS299 - Universeles 8-Bit Rechts/Links-Schieberegister & Latch - parallel/seriell Input/Output SN74LS193 - 4 Bit Hexadezimalzähler - Preis: 1,00 € SN74LS194 - 4 Bit universelles Rechts-/Linksschiberegister - Serien-Parallel/Parallel-Serien-Register (... auch heute noch neu verfügbar) SN74LS195 - 4 Bit universelles Rechts-/Linksschiberegister - Serien-Parallel/Parallel-Serien-Register (nur noch in Bastlerkisten verfügbar) CD4034 (eine Wunderwaffe der Micoelektronik in stromsparender Technologie) - 8-Bit bidirektionaler Parallel/Seriell Ausgangstreiber - BUS-Register- derzeit nicht mehr verfügbar - lediglich Bastelkisten sowie hochbezahlte ebay-verfügbarkeit 7446 - BCD zu Dezimal-Decoder (70 V OC) MAX 7221CNG - Display-Treiber, Konstantstromregler SAA1064 - 4-digit LED-driver with I2C-Bus interface - NXP Semiconductors

1. Schaltungen mit Microcontrollern

	Controller gibt es einige, aber wenn man sich einmal für den Basistyp entschieden hat, dann bleibt man schon einmal aus Kostengründen dabei. Das liegt schon an der Beschaffung (besser der Bezahlung!) der Software sowie die Technik zur Programmierung der Zielbausteine.
	Demonstration der Möglichkeiten eines Micro-Controllers - hier der PIC16F876A in verschiedensten Anwendungen Überblick Überblick Schaltung mit analogen Eingängen Schaltung mit analogen Ausgängen Stromversorgung ist ein vier mal 1,2 Volt Akku-Block in Reihe geschalten
	Mikrocontroller PIC16F876A steuert ein Sieben-Segment-Display annähernd so sieht das alles praktisch aus Schaltplandetail PIC16F876 steuert eine Siebensegment-Anzeige Download als CorelDraw11.0-Datei Gestaltung der Signalspannung an den Schaltern 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
	Mikrocontroller PIC16F876A steuert acht LED's annähernd so sieht das alles praktisch aus (... erst einmal nur zwei!) Schaltplandetail PIC16F876 steuert eine acht LED Download als CorelDraw11.0-Datei Gestaltung der Signalspannung an den Schaltern 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
	Mikrocontroller PIC16F876A steuert einen LED-Würfel annähernd so sieht das alles praktisch aus Schaltplandetail PIC16F876 steuert einen LED-Würfel Download als CorelDraw11.0-Datei die beiden IC 74LS40 haben lediglich die Aufgabe der Verstärkung des Signals für die jeweils zu schaltenden Gruppen von LED's jede LED bekommt einen eigenen Vorschaltwiderstand
	Mikrocontroller PIC16F876A steuert eine 3-stellige Siebensegmentanzeige annähernd so sieht das alles praktisch aus Schaltplandetail   Multiplexer 3-Digit 7-Segment-Display
	Mikrocontroller PIC16F876A steuert eine Sechzehnsegmentanzeige annähernd so sieht das alles praktisch aus Schaltplandetail   Ansteuerung einer 16-Segment-Anzeige möglicher Zeichensatz einer 16-Segmentanzeige ... und hier die technische Dokumentation zur VQB 200 bzw. VQB 2001

2. Grundschaltungen mittels Logik-IC's durch Kanonische Normalformen

	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. Die Kanonischen Normalformen liefern in jedem Falle eine korrekte Lösung - meist jedoch nicht die kürzest mögliche. Durch geschicktes Zusammenfassen lassen sich evtl. sehr viele Bauelemente der realen Schaltung einsparen. Bei der Zusammenfassung via Karnouht-Tafeln bzw. über McClusky-Systme.
	Basis sowie Möglichkeit der Zusammenfassung in einem Systeme der Schaltalgebra Kanonische Normalformen - das Basiswissen Umcodierer Zusammenfassung via Karnough-Veitch-Tafeln Bool'sches Aussagenkalkül Schaltalgebra Kanonische Normalformen Schaltsymbol für Umcodierer Karnaugh-Veitch-Tafeln
	... die Kanonik von Robert Loewenberg aus dem Schuljahr 2018/19 - war mit viel Arbeit verbunden, aber eben auch ein perfektes Ergebnis - nur die beiden letzten Abbildungen sind wirklich relevant im Sinne der Schaltungsumsetzung!!! Eins-besetzte Ausgänge definieren und in Schaltalgebra umsetzen ... die Normalform in Profi-Lab übertragen und testen Karnough-definierte Verbindungen finden und schaltungstechnisch auflösen Schaltkreise heraussuchen und optimiert miteinander verschalten Logische Schaltung erstellen - am besten auf Breadboards Definition der Kanonischen Normalform nach dem Projekt von Robert Loewenberg im SJ 2018/19 ... der Link zum Projekt Definition der Kanonischen Normalform nach dem Projekt von Robert Loewenberg für Profi-Lab vorbereitet -  im SJ 2018/19 ... der Link zum Projekt Definition der Karnough-Zusammenfassung nach dem Projekt von Robert Loewenberg im SJ 2018/19 ... der Link zum Projekt Definition der Kanonischen Normalform nach dem Projekt von Robert Loewenberg im SJ 2018/19 ... der Link zum Projekt Schaltungsaufbau nach der Karnough-definierten Zusammenfassung für das Projekt von Robert Loewenberg im SJ 2018/19 ... der Link zum Projekt
	... die Kanonik von Felix Walther aus dem Schuljahr 2018/19 Eins-besetzte Ausgänge definieren und in Schaltalgebra umsetzen ... die Normalform in Profi-Lab übertragen und testen Karnough-definierte Verbindungen finden und schaltungstechnisch auflösen Schaltkreise heraussuchen und optimiert miteinander verschalten Logische Schaltung erstellen - am besten auf Breadboards Definition der Kanonischen Normalform nach dem Projekt von Felix Walther im SJ 2018/19 ... der Link zum Projekt Definition der Kanonischen Normalform nach dem Projekt von Felix Walther für Profi-Lab vorbereitet -  im SJ 2018/19 ... der Link zum Projekt Definition der Karnough-Zusammenfassung nach dem Projekt von Felix Walther im SJ 2018/19 ... der Link zum Projekt ... fehlt leider!!! Schaltungsaufbau nach der Karnough-definierten Zusammenfassung für das Projekt von Felix Walther im SJ 2018/19 ... der Link zum Projekt

3. Einfache Schaltungen mit selbst gefertigten Leiterplatten

Einige der Leiterplatten haben wir entwickelt und dann über Fertigungslabore Ätzen lassen. Manche der Projekte sind extrem betagt - entwickelt, gefertigt und bestückt irgendwann um 1988 - so z. B. die Platine für den universellen U882D - der haucht noch "DDR-Atem"

U882D - ein Klassiker als Hardware-Konzept bereits mit Adressierung für 4 KByte-EPROM U2732 aus DDR-Zeiten U882D - 1988 eine ZILOG-Kopie Das legendäre Handy-Board unserer Roboter-AG - ein Bausatz mit Einzelbauelementen sowie Bestückungsplan - viel Präzisionsarbeit VELLEMANN-PIC-Controller-Programmer - gab's vormals nur als Bausatz - muss man selbst zusammenlöten   Universalschaltung für den 4 KByte-Betriebssystem U882D - Ports frei verfügbar ... hier wurde noch mit Zinn sowie Kolofonium gelötet - und das ist nach fast 40 Jahren immer noch dran - die Platine müsste mal in Alkkohol geworfen werden - aber nicht die Kantakte der Steckfassung ... musste auch selbst zusammengelötet werden - und: haben alles Schüler geacht - heute unvorstellbar! ... musste auch selbst zusammengelötet werden - Schüler-Projekt

4. Ansteuerung komplexer professioneller Elektronik

	ARDUINO & Co. (Raspberry Pi, Banana-Pi und ESP32) machen hier das Rennen für den Hobby-Elektroniker - aber eben auch für die Schule von morgen. Hiermit wird Industry 4.0 erlernbar. Und wer künftig hier zu Hause ist, ist schon in der Zukunft angekommen, denn damit wird sie gemacht - nur eben dann im großen Maßstab.
	Calliope Sun Founder ARDUINO ESP 32 Raspberry Pi EasyPIC5-Developer CALLLIOPE-Mini Smart Car Kit V 2.0 for ARDUINO ARDUINO Expressiv 32 Raspberry-Pi EasyPIC5-Developer Tool

5. Einsatz und Modifikation professioneller Elektronik

	... hier ist dann Schluss mit lustig, denn hier ist Sicherheit das oberste Gebot und auch die verwendeten Signalzusammenstellungen müssen professionellen Anforderungen genügen, denn die Protokolle wie zum Beispiel CAN-BUS oder I2C-BUS entsprechen den Protokollnormen. Da scheitert dann Bastelelektronik alleine an den Frequenzen auf den BUS-Leitungen.
	... Beispiel Gartenbahn

6. Löten mit Drahtverhau

	Das sieht unter Umständen etwas wild aus, hat aber eben den unbestechlichen Charme, dass man experimentieren kann und eine Schaltung am Ende ganz anders aussehen kann, als der Erstentwurf. Außerdem ist das Verfahren unheimlich preiswert.
	POLYCOMPUTER von 2006 ... vorletzte Version des LC80 mit vielen Features ... Peripherie-Platine noch mit dem Standard-Peripherie System des Z80 ... einfacher, aber effizienter Hochfrequenz-Zähler - zwölfstellig ... komplex organisiertes Sechzehn-Segment-Display - 8 Digits (wartet 2019 noch auf Fertigstellung) Zentralplatine für den POLYCOMPUTER aus dem Jahr 2006 ... vorletztes LC80-Projekt von 2009 - die Zentralplatine mit vielen Zusatzfunktionen - vor allem variabler Taktfrequenz - einschließlich Handtakt ... tricky organisierte Peripherie ohne Änderung des Betriebssystems, aber mit erweitertem Adressraum ... Zusatz-Bausteine und ... einfache Organisation einer Zähler-Kaskade im HF-Bereich ... komplex realisierte Anzeige-Organisation mit ROM-organisiertem Zeichensatz sowie RAM-organisierten "Bildwiederholspeicher" - automatischer Laufschrift-Organisation mit einstellbarer Frequenz
	... und hier haben wir das über viele Jahre praktisch angewandt Elektronik-Projekte 2007 ... die "berühmten" Elektronik-Workshops in den Ferien Selbstbau LC80 aus dem Jahr 1986     Elektronik-AG 2007 Elektronik-Workshops LC-80 mit allerlei Raffinessen ... funktioniert immer noch - aber nur an hohen Staats- und Feiertagen ;-)

7. SMD-Leiterplatten-Bestückung

	Das ist nun nicht gerade unser großer Arbeitsbereich, wenngleich die Industrie genau darauf setzt. Hier fehlen uns einfach Mittel sowie auch Möglichkeiten - aber wir haben Möglichkeiten gefunden: wir nutzen hier die Angebote der TU-Chemnitz. Die machen da wirklich ganz feine Controller-Projekte für Schüler in SMD-Technologie.
	Elektronischer Würfel mit Microcontroller

8. Verwandte Themen

	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.
	Mikrocontroller logische Arrays EPROM-Logik Installation von Logikschaltungen Praktischer Entwurf von Logikschaltungen PICs PIC5-Schaltungssammlung
	TTL-Liste Projekt Schaltungen mit Integrierten Schaltkreisen Physical Computing ARDUINO-IDE Integrierte Schaltkreise Schaltkreisentwurf Ziehen eines Silizium-Einkristalls nach dem Zonenfloating-Verfahren fotolithografischer Prozess Waferfertigung LC-80 Der LC-80 Simulator Z80 die beliebte alphabetisch sortierte Schnell-Liste Komplexe Logikschaltungen

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© Samuel-von-Pufendorf-Gymnasium Flöha

© Frank Rost am 20. Juni 2019 um 17.34 Uhr