Zähler- und Schrittmotor Versuche. Lectron

Transkript

1 Zähler- und chrittmotor Versuche Lectron

2 Lectron LECTON Experimentiersystem Zähler & chrittmotor utor: Gerd opperschmidt 3

3 34 4 4

4 Lectron nleitungsbuch zum usbausystem Digitaltechnik Zähler & chrittmotor Herausgeber Lectron Eschersheimer Landstr. 26a Frankfurt Tel.: 49 (0) Fax: 49 (0)

5 W 220W 4,7kW 10kW 100kW 1,5kW 220W 1,5kW 1,5kW 10kW 100kW 10kW 10kW 100µF 0,1µF 10µF 0,1µF 10µF 100µF & E3 & E3 & E3 & E3 >1 E3 >1 E /5 1 5 E/1 E/2 E/11 E/20 E/21 C C=1 E/10 E Digitaltechnik

6 7 Zähler & chrittmotor E/1 1 2 E/2 C C= eserve eserve eserve eserve eserve eserve D D D D eserve

7 8 Verzeichnis der Versuche 34 4 Versuch Thema eite Lectron pannungsquellen 9 1 Das -Flipflop 10 2 chieberegister aus -Flipflops 12 3 Das D-Flipflop 14 4 ingschieberegister mit D-Flipflops 16 chaltungsoptimierung mit arnaugh-tafel 18 5 Die 3-von-4-Funktion 20 6 Erkennen von Pseudotetraden 22 7 Der Gray-Code 24 8 Die arnaugh-tafel einer Wechselschaltung 26 9 Der synchrone modulo-16-zähler Der synchrone modulo-10-zähler 32 Formelsammlung Der synchrone modulo-13-zähler Ein synchroner modulo-16-vorwärts- ückwärts-zähler Übertragsbildung Eine einfache mpelsteuerung Der asynchrone Dualzähler Der asynchrone ückwärts-dualzähler Der asynchrone Dezimalzähler Der asynchrone ückwärts- Dezimalzähler 50 Versuch Thema eite 19 Der Frequenzteiler 1: Der Frequenzteiler 1: Ein 1:5 Teiler ohne zusätzliche Verknüpfungsglieder Der Teiler 1: Der Teiler 1: Der Teiler 1: *Ein ekundenimpuls Generator 64 26*Ein sehr empfindlicher Empfänger Der 1:15 Teiler Die Faktorenzerlegung Ein anderer 1:15 Teiler Der 1:129 Teiler Der chrittmotor Der ufbau des chrittmotors Der Halbschrittbetrieb mit Taster Der CMO Inverter Der chrittmotor im Vollschrittbetrieb nsteuerung des chrittmotors vom Binärteiler Der Polwender ichtungsumschaltung nsteuerschaltung für Halbschrittbetrieb Zähleransteuerung für Halbschrittbetrieb Eine Nachführsteuerung Versuch Thema eite 42*Der Differenzverstärker 98 43*Der «rund» laufende chrittmotor 100 Bauteile 102 egmentscheiben (opiervorlagen) 104 *) Für die Versuche Nr. 25 und 42 sind Bauteile aus «Optoelektronik und olartechnik», sowie ein Differenzverstärker-Baustein, der im Baukasten «Operationsverstärker» enthalten ist, erforderlich. Einige Versuche benötigen Wechselspannung, hierfür wird das Lectron Netzgerät empfohlen.

8 pannungsquellen Die Lectron chaltungen können aus verschiedenen pannungsquellen versorgt werden 6/9V 9V~ ~ ~ 6/9V 9V~ Batterie - nschlussbaustein 2 - polig für 9V Batterie oder 6 tück Mignon im Batteriekasten 9V Batterie im Batteriebaustein Netzteil LN /6-9V= stabilisiert 3-12V C, für einige Versuche erforderlich 9

9 Versuch 10 1 E

10 Lectron Versuch 1 Das -Flipflop Der Lectron Baukasten «Zähler & chrittmotor» ist als Ergänzungskasten zu «Digitaltechnik» gedacht und baut darauf auf. Die dort erarbeiteten Ergebnisse werden als bekannt vorausgesetzt, trotzdem soll zunächst noch einmal das -Flipflop mit seinen wesentlichen Eigenschaften angeführt werden, da es das Basiselement für die zu entwerfenden Zähler ist. Die grundlegende Idee von Zählflipflops ist die Trennung von Eingang und usgang in dem inn, dass das usgangssignal erst schaltet, wenn der Eingang schon wieder gesperrt ist. Daraus folgen zwei wichtige Eigenschaften: D In einer langen ette von Flipflops, die alle vom selben Takt gesteuert werden, kann eine am Eingang des ersten Flipflops liegende Information mit dem ersten Taktimpuls auch nur in dieses Flipflop übernommen werden; das zweite Flipflop ist bereits gesperrt, wenn sich die usgänge des ersten ändern. Diese Eigenschaft ist zum ufbau von chieberegistern wichtig. D Die usgänge eines Zählflipflops können über Verknüpfungsglieder oder direkt wieder an seine eigenen Eingänge geführt werden, eine für Zählschaltungen notwendige Eigenschaft. Für das -Flipflop gilt die folgende Wahrheitstafel: n1 0 0 n n Wenn und auf «1» sind, bringt jede steigende Taktflanke das Flipflop in die jeweils entgegengesetzte Lage. Bei = = «0» passiert gar nichts, bei = «1» und = «0» hat das Flipflop nach Erscheinen eines Taktimpulses auf jeden Fall anschließend eine «1» gespeichert; bei = «0» und = «1» ist anschließend eine «0» gespeichert, ganz gleich welchen Inhalt die peicherzelle vorher hatte. Der Lectron Funktionsbaustein «-Master-lave- Flipflop» hat noch einige Zusatzeigenschaften: Mit dem ücksetzsignal = «1» kann er unabhängig vom Takt in die Grundstellung gebracht werden. Der ücksetzeingang ist intern hochohmig mit Masse verbunden; wenn er nicht benötigt wird, kann er unbeschaltet bleiben. Die Eingänge und sind dagegen intern hochohmig mit Versorgungsspannung verbunden. Bleiben sie unbeschaltet, so wirkt das wie = = «1» und entsprechend der letzten Zeile der Wahrheitstafel schaltet das Flipflop bei jedem Taktimpuls in den jeweils anderen Zustand. Der Takteingang muss immer extern beschaltet sein. Die Leuchtdiode zeigt den Zustand des -usgangs an. Mit dem Versuchsaufbau können wir uns noch einmal überzeugen, dass sich das Flipflop wie beschrieben verhält. Wichtig ist zur Takterzeugung die entprellte Taste zu nehmen, da pro Tastenbetätigung nur ein Taktimpuls erscheinen soll. 11

11 Versuch 12 2 E

12 Lectron Versuch 2 chieberegister aus -Flipflops ls erste nwendung wollen wir das bereits angesprochene chieberegister mit vier -Flipflops aufbauen, und zwar soll es ein ingschieberegister werden. Das bedeutet, die usgänge des letzten Flipflops in der ette sind wieder auf die Eingänge des ersten geführt. In dem ingschieberegister soll eine «1» kreisen, die bei jedem Taktimpuls ein Flipflop weiter wandert. Es wäre schön, wenn die «1» bereits beim Betätigen der ücksetztaste in der ersten chieberegisterzelle wäre. Leider lassen die Lectron Funktionsbausteine das nicht ohne weiteres zu: us Mangel an ontaktplättchen ist nur der -Eingang des intern verwendeten integrierten -Flipflop- Bausteins herausgeführt, der für diesen nwendungsfall hilfreiche -Eingang ist nicht zugänglich. Das Problem ist trotzdem elegant lösbar: Wenn wir alle -Eingänge an die eset-taste anschließen und diese betätigen, sind alle vier egisterzellen auf «0» gesetzt. Ein «reuzen» der usgänge und des ersten Flipflops führt dazu, dass beim ersten Taktimpuls eine «1» ins zweite Flipflop geschoben wird. Damit nun nicht für die nächsten drei chritte ständig weiter eine «1» ins zweite Flipflop gelangt, müssen wir dafür sorgen, dass nach dem ersten Taktimpuls im ersten Flipflop ebenfalls eine «1» gespeichert wird, die sich nach der reuzung zur «0» wandelt. Dies ist ganz einfach zu bewerkstelligen, indem wir die usgänge der letzten Zelle ebenfalls über reuz auf die Eingänge der ersten geben. Obwohl sich die -Flipflops nur rücksetzen lassen, schaffen wir es durch diesen Trick eine «1» bereits beim Grundstellen im chieberegister zu erzeugen. Wir müssen allerdings darauf achten, dass die Leuchtdiodenanzeige der ersten Zelle gerade immer den invertierten Inhalt anzeigt und der eigentliche Zellenausgang der -usgang ist. 13