Grundkurs Digitaltechnik

Grundkurs Digitaltechnik PRAXIS Von Studenten für Studenten Böttinger Michael Schneider Sascha Schubert Thomas

Wir begrüßen dich zu den praktischen Übungen des Grundkurses Digitaltechnik. Bevor du aber loslegen kannst, gilt es zunächst einige wichtige Dinge zu beachten. Diese betreffen zum einen deine persönliche Sicherheit, aber ebenso auch die Sicherheit deiner Kommilitonen. Daher sind die folgenden Regeln unbedingt zu beachten: 5 Sicherheitsregeln beachten Achte auf deine Kommilitonen/Innen Sichtprüfung der Gerätschaften zu Beginn durchführen Keine eigenmächtigen Reparaturen durchführen Defekte Geräte dem Betreuer melden Die Regeln sollen im Folgenden noch näher erläutert werden, da sie ein absolutes MUSS für jeden sind. Nur so kann sichergestellt werden, dass auch alle das Labor wieder unbeschadet verlassen. Die 5 Sicherheitsregeln sind absolute Basics für jeden, der mit elektrotechnischen Komponenten arbeitet. Diese umfassen folgende Schritte: 5 Sicherheitsregeln: 1. Freischalten 2. Gegen Wiedereinschalten sichern 3. Spannungsfreiheit feststellen 4. Erden und Kurzschließen 5. Benachbarte unter Spannung stehende Bauteile absperren/abschranken Das Freischalten bedeutet, dass die Stromzufuhr zur entsprechenden Stelle unterbrochen wird. Dies kann z.b. erfolgen, indem man die Sicherung entfernt, den Hauptschalter ausschaltet, oder ähnliche Schritte durchführt. Da nun ein Kommilitone die Stromversorgung aber wieder aus Versehen einschalten könnte, ist entsprechende Stelle gegen Wiedereinschalten zu sichern, sodass ihm dies nicht möglich ist. Seite 2

Ein einfaches Schild ist hierfür nicht ausreichend, sondern es müssen weitere Maßnahmen, wie z.b. das Abschließen des Hauptschalters getätigt werden. Um sicher zu gehen, dass keine Spannung mehr an deiner Arbeitsstelle anliegt, ist die Spannungsfreiheit festzustellen. Als Werkzeug dient hierfür ein zweipoliger Spannungsprüfer, ein einpoliger ist nicht zulässig. Die Punkte Erden und Kurzschließen, sowie benachbarte unter Spannung stehende Bauteile absperren/abschranken müssen erst ab Spannungen größer 1000V beachtet werden und sollen an dieser Stelle nicht näher erläutert werden. Falls es dich aber dennoch interessiert, gibt dir dein Betreuer gerne Auskunft darüber. Wenn du eine Übung bearbeitest, dann achte unbedingt auch auf deinen Nachbar. Sollte ein Notfall, irgendeiner Art vorliegen, findest du an deinem Tisch einen Not-Aus-Schalter, der sofort den Strom im Raum unterbricht. Abbildung 1: Not-Aus Bevor du mit den Übungen beginnst, solltest du dir zunächst die Geräte und Kabel, die du für die Laborübungen benötigst genau ansehen. Sollten dir Mängel auffallen, dass z.b. ein Kabel einen Schaden an der Isolierung aufweist, irgendwelche Pins, oder Schalter an einem Board defekt sind, dann melde dies bitte unverzüglich deinem Betreuer. Fehler passieren und so kommt es schon einmal vor, dass etwas kaputt geht. Es ist nur wichtig, dass dies gemeldet wird, sodass schnell für Ersatz gesorgt werden kann. Damit aber möglichst wenig der Laborausrüstung beschädigt wird, bitten wir dich, mit den Geräten pfleglich umzugehen. Achte dabei z.b. beim Herausziehen von Kabeln darauf, dass du diese am Stecker greifst. Das Essen und Trinken ist in den Laborräumen verboten. Der Dozent wird Pausen machen, in denen du vor den Laborräumen etwas zu dir nehmen kannst. Um die Aufgaben sinnvoll lösen zu können, solltest du dir zunächst die Aufgabenstellung sorgfältig durchlesen und die Fragen, welche es im Vorfeld zu beantworten gilt, bearbeiten. Seite 3

Ist dir etwas unklar, bzw. du hast eine weiterführende Frage? Kein Problem, sprich einfach deinen Laborbetreuer an. Ein reger Austausch macht Allen mehr Spaß und das Labor gestaltet sich für alle deutlich interessanter. In diesem Sinne wünschen wir dir viel Spaß mit den folgenden Übungen und hoffen, dass du dadurch deine Kenntnisse festigen kannst. Verwendete Hardware Die folgenden Übungen wirst du auf einem Universal-Aufbauboard von HPS durchführen. Dieses besteht aus zwei kleinen Einzelboards, welche über Steckbrücken miteinander verbunden sind (siehe Bild 2). 2mm Buchse Steckverbinder 4mm Buchse durchgeschaltete Strecke Abbildung 2: Zwei Universal-Boards verbunden Seite 4

Das Board an sich ist simpel aufgebaut und weißt zwei verschiedene Größen von Buchsen auf. Diese sind einmal die 4mm und die 2mm Buchsen. Am oberen und unteren Ende siehst du eine weiße Linie. Diese symbolisiert, dass diese Strecke intern durchgeschalten ist. Willst du eine Verbindung zwischen zwei 4mm Buchsen herstellen, um deine Boards mit Spannung zu versorgen, dann solltest du die kleinen weißen Steckverbinder nehmen, die sich ebenfalls beim Zubehör befinden. Jedoch musst du hier aufpassen, dass du die Boards nicht gewaltsam oben aufdrückst. Die Ecken der Boards stehen leicht über, sodass diese brechen würden (siehe Abbildung 3). Abbildung 3: Bruchgefahr an den Ecken Um die Spannungsversorgung herzustellen, liegt ein Netzteil bereit, welches du nur am PWR-Board anschließen musst (siehe Abbildung 4). Du kannst nun die folgenden Boards mit den weißen Verbindern, bzw. den vorhandenen 2mm Kabeln, hinter diesem Board anschließen, sodass alle mit Spannung versorgt sind. Du musst jedoch immer aufpassen, dass du die Polunug (Ground, +5V) nicht vertauschst. Seite 5

Grundbausteine VERSUCH 1: Für den ersten Versuch benötigst du nun das PWR Board (Abbildung 4) und das AND Board (Abbildung 5). Dafür musst du bei einem AND Gatter die beiden Eingänge (links) jeweils mit einem Kippschalter des PWR Boards verbinden. Die Grünen LEDs am Eingang des AND zeigen dir nun an, ob an diesem Eingang ein Signal ansteht, also eine 1 vorhanden ist. Durch das Einschalten beider Kippschalter leuchtet dann auch die rote LED am Ausgang. Der zweite Ausgang des AND ist der inverse Ausgang (durch einen Kreis gekennzeichnet). An diesem ist die Logik genau umgekehrt. Dadurch ist der inverse Ausgang des AND gleichzustellen mit einem NAND (Not AND). Abbildung 4: PWR-Board Abbildung 5: AND-/OR-Board Seite 6

VERSUCH 2: Für den nächsten Aufbau müssen zwei Kippschalter mit einem OR verbunden werden. Beim Betätigen dieser Schalter ist der Unterschied zu einem AND deutlich zu erkennen. Dieser Unterschied besteht darin, dass das AND nur schaltet, wenn beide Eingänge ein HIGH-Signal haben. Bei einem OR schaltet der Ausgang sobald am Eingang mindestens ein HIGH-Signal anliegt. Der obere Ausgang ist in diesem Fall ebenfalls wieder der inverse Ausgang und stellt damit ein NOR Gatter dar (not OR). Stelle ein NOT Gatter dar. Wie ist dies mit den vorhandenen Gattern möglichst einfach zu realisieren? Lösung: Seite 7

Zusammengesetzte Gatter Alle Gatter lassen sich durch eine Kombination aus NAND Gatter darstellen. Dies hat den Vorteil, dass du in einer Schaltung nur NAND Gatter benötigst, um deine gesamte Logik zu realisieren. Es ist zwar ein etwas größerer Verdrahtungsaufwand, ermöglicht aber ein einfacheres Austauschen der Gatter. VERSUCH 3: Zur Übung wird nun ein Gatter durch drei NAND Gatter realisiert. Die Eingangssignale A und B werden jeweils durch Kippschalter realisiert. Baue dazu folgende Schaltung auf: Abbildung 6: Schaltung Aufgabe 3 Der Ausgang Y wird dazu einfach über eine Leitung auf den Eingang eines freien OR- Gatters gelegt. Dadurch ist das Schalten des aufgebauten Gatters besser zu erkennen. Seite 8

Trage das erhaltene Ergebnis für die vier Möglichkeiten in folgender Wahrheitstabelle ein. A B Y Tabelle 1: Grundgatter Wie lautet der Name des erstellten Gatters? Lösung: Seite 9

VERSUCH 4: Ändere die vorige Schaltung so ab, damit du ein AND Gatter erhältst. Was muss dafür geändert werden? Zeichne den Schaltplan dafür. Wie viele NAND Gatter benötigst du dafür? Lösung: Seite 10

VERSUCH 5: Über das Textool-Board besteht die Möglichkeit jeden beliebigen IC mit einem DIP Gehäuse darauf zu integrieren (Abbildung 7). DIP beschreibt dabei die längliche Form eines ICs, welcher aus zwei Reihen mit Anschlussstiften (Pins) besteht. Um einen IC auf dem Board zu befestigen, muss der Hebel geöffnet werden. Danach muss der IC eingesetzt werden und wird dann über das Schließen des Hebels festgehalten. Beim Einsetzen musst du darauf achten, dass du den IC so platzierst, dass du weißt welcher Pin auf welchem Anschluss wiederzufinden ist. Abbildung 7: Textool-Board Im folgenden Versuch wird dir der Umgang mit einem Datenblatt zur Versuchsdurchführung aufgezeigt. Dafür sind die benötigten Seiten des Datenblattes auf den kommenden Seiten abgebildet. Die geschwärzten Bereiche verdecken dabei nur die Lösung der folgenden Aufgabe und sind im Original natürlich nicht vorhanden. Seite 11

Abbildung 8: Datenblatt IC-Baustein Seite 12

Auf der ersten Seite des Datenblattes sind die verschiedenen Bauformen des ICs zu erkennen. Zusätzlich sind die Betriebstemperaturen, der Leistungsverbrauch, die Pinbelegung und die Schaltzeiten der Gatter auf dieser Seite vermerkt. Des Weiteren ist an den vielen Bezeichnungen im oberen rechten Eck zu erkennen, für welche Bausteine dieses Schaltbild gilt. Die passende Bezeichnung ist auf dem IC aufgedruckt. VCC und GND stehen im Datenblatt für die Versorgungsspannung des Bausteins (GND = Ground; V CC = positive Versorgungsspannung). Abbildung 9: Fortsetzung IC-Baustein Seite 13

Die zweite Seite zeigt noch einmal die Ein- und Ausgänge der einzelnen integrierten Gatter, sowie deren Pin-Nummern. Ebenfalls werden die Ein- und Ausgänge für die jeweiligen ICs schematisch dargestellt. Abbildung 10: Fortsetzung 2 IC-Baustein Seite 14

Diese Seite zeigt bei welcher Spannung der IC betrieben werden kann und ab welcher Spannung dieser durchbrennt. Zusätzlich sind die einzelnen Schaltschwellen in der Tabelle angegeben. Dabei handelt es sich um die Bereiche, die beschreiben bis zu welcher Spannung das Gatter einen LOW Pegel erkennt und ab welcher Spannung es sich um einen HIGH Pegel handelt. Zusätzlich sind die dazugehörigen Ströme und Schaltzeiten angegeben. Die Datenblätter der unterschiedlichen Gatter sehen alle recht ähnlich aus, enthalten aber immer die wichtigsten Informationen, welche du benötigst um den Baustein richtig zu betreiben. In manchen Fällen sind dabei sogar Schaltbeispiele enthalten. Setze diesen Baustein auf das Textool-Board und schließe die Eingänge 1A und 1B auf jeweils einen Kippschalter. Setzte dann den Ausgang 1Y auf einen beliebigen Eingang eines Grundgatters um das Schaltverhalten des ICs über eine LED anzeigen zu lassen. Die Pinbelegung ist dafür aus dem Datenblatt abzulesen. Fülle nun die folgende Wahrheitstabelle aus: A B Y Tabelle 2: Wahrheitstabelle IC-Baustein Wie lautet der Name des erstellten Gatters? Lösung: Seite 15

VERSUCH 6: In diesem Versuch soll der vorherige Versuchsaufbau so erweitert werden, dass folgende Wertetabelle entsteht: A B Y 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1 Tabelle 3: Erweiterung IC-Baustein Lösung: Zeichne den passenden Schaltplan zu deiner Lösung auf und realisiere dann deine Schaltung. Seite 16

Lösung: Die Grundbausteine werden nicht nur für die zusammengesetzten Gatter verwendet, sondern auch für die Schaltwerke. Mit diesen komplexeren Schaltungen können Speicher, Zähler sowie Schieberegister realisiert werden. Um in dieses Thema langsam einzusteigen werden wir mit den Flip Flops anfangen und auf diesen aufbauen. Flip-Flops Allgemein wird ein Flip Flop als Speicherelement bezeichnet. Es ist in der Lage eine Datenmenge von einem Bit zu speichern. Es werden verschiedenste Flip Flops verwendet, von denen nun die drei gängigsten bearbeitet werden sollen. Seite 17

RS-Flip-Flop VERSUCH 7: Zunächst beschäftigen wir uns mit dem RS-Flip Flop. Wie du aus dem Vorbereitungsskript schon weißt, kann dieses entweder mit 2 NAND- oder mit 2 NOR-Bausteinen realisiert werden. In diesem Versuch verwendest du das PWM-Board sowie das AND-NAND/OR-NOR-Board. Nun sollst du ein RS-Flip Flop mit 2 NOR-Gattern aufbauen. Verwende dazu zwei Kippschalter, z.b. S1 und S2 und schließe sie entsprechend dem Schaltbild aus dem Vorbereitungsskript an zwei NOR-Bausteine an. Achte darauf, dass du jeweils den negierten Ausgang eines NOR-Bausteins mit einem Eingang des anderen NOR verschaltest. Vervollständige die folgende Wahrheitstabelle und vergleiche dein Ergebnis mit der Wahrheitstabelle des Vorbereitungsskriptes. Lösung: S R Q Kommentar Tabelle 4: Wahrheitstabelle RS-Flip-Flop Seite 18

VERSUCH 8: Wie du sicherlich schon bemerkt hast, gibt es auch ein Flip Flop-Board. Bei diesem sind schon mehrere Flip Flops integriert. Verwende nun dieses Board (Abbildung 11) und beschalte das linke obere RS-Flip Flop. Abbildung 11: Flip-Flop-Board Was fällt dir im Vergleich zu Versuch 7 auf? Welche Unterschiede gibt es zwischen den beiden Realisierungen? Mit welchen internen Bausteinen arbeitet das RS-Flip Flop aus Versuch 8? Lösung: Seite 19

S R Q Kommentar Tabelle 5: Wahrheitstabelle RS-Flip-Flop (vom Board) D-Flip-Flop VERSUCH 9: Das nächste Flip Flop, welches du schon kennen gelernt hast, ist das D-Flip Flop. Auch hier gibt es schon einen fertigen Baustein auf dem Flip Flop-Board. Aber da wir uns in einer Laborübung befinden, wollen wir diesen Baustein zunächst mit den bekannten aufbauen. Deine Aufgabe ist es das D-Flip Flop entsprechend dem Schaltplan aus dem Vorbereitungsskript (siehe S. 14) aufzubauen. Verwende hierfür das AND-NAND / OR-NOR- Board. Die Taktfrequenz wird dabei über den Drucktaster T1 manuell vorgegeben. Alternativ kannst du auch die Frequenz über den Taktgenerator vorgeben. Versuche dein theoretisch erlerntes Wissen nachzuvollziehen bzw. zu festigen. Kontrolliere dazu deine praktischen Ergebnisse mit den Ergebnissen des Vorbereitungsskriptes. Seite 20

JK-Flip-Flop VERSUCH 10: Das letzte Flip Flop, das du in dieser Übung kennen lernen wirst, ist das JK-Flip Flop. Um die Funktionsweise zu verstehen werden wir hierzu jedoch den schon vorhandenen Baustein verwenden. Verwende hierfür das Flip Flop-Board, sowie das AND-NAND / OR-NOR-Board, um die Ausgänge über ein OR-Gatter sichtbar zu machen. Was fällt dir auf, wenn du beide Eingangssignale auf den logischen Wert 1 setzt? Wie nennt man diesen Zustand? Erkläre kurz was passiert. Lösung: Seite 21

Digitale Zähler Asynchronen Vorwärtszähler VERSUCH 11: In diesem Versuch wirst du mit Hilfe deines Vorbereitungsskriptes einen asynchronen Vorwärtszählers aufbauen. Hierfür benötigst du das PWR-, Flip Flop- und Anzeige-Board (Aufbau siehe Bild 12). Abbildung 12: Vorbereitung für Versuch 11 Wir werden einen 3-Bit Zähler aufbauen und uns den Zählerstand durch die 7-Segment- Anzeige auf dem Anzeige-Board ausgeben lassen. Verwende zur Realisierung die JK-Flip Flops. Bevor es aber ans Eingemachte geht, bearbeite bitte folgende Aufgaben. Seite 22

Welchen Zählbereich erwartest du? Begründe deine Antwort. Lösung: Vervollständige den Schaltplan (siehe Abbildung 13) des 3-Bit Vorwärtszählers. Wie müssen die Eingänge J und K eines jeden Flip Flops beschalten sein um am jeweiligen Ausgang einen Toggle-Zustand auszulösen? Was bedeutet asynchron? Mit welchem Signal müssen die Takteingänge des zweiten und dritten Flip Flops beschalten sein? Warum? Abbildung 13: Unvollständiger Schaltplan des asynchronen Zählers Versuch 11 Seite 23

Lösung: Da wir auf dem Flip Flop-Board 4 JK-Flip Flops zur Verfügung haben, ist es deine nächste Aufgabe den 3-Bit Vorwärtszähler zu einem 4-Bit Vorwärtszähler zu erweitern. Wie lautet der Zählbereich jetzt? Was fällt dir an der Anzeige auf? Lösung: Seite 24

Synchronen Vorwärtszähler VERSUCH 12: Wenn es einen asynchronen Zähler gibt, muss es logischerweise auch einen synchronen Zähler geben. Diesen darfst du in diesem Versuch aufbauen. Da der Schaltplan ein wenig komplexer ist, wird dir dieser vorgegeben und du musst die Boards entsprechend verschalten. Für den Aufbau benötigst du wieder das PWR-, Flip Flop- und Anzeige-Board. Zusätzlich wirst du auch noch das AND-NAND / OR-NOR-Board benötigen. Aber ACHTUNG: Die Schaltung hat es schon mehr in sich wie die bisherigen, also achte darauf, dass du den Überblick behältst. Abbildung 14: Schaltplan eines synchronen Vorwärtszählers Seite 25

Wie muss man die Eingänge J und K ändern um die Zählfolge 0, 1, 3, 5, 7, zu erhalten? Lösung: Seite 26

VERSUCH 13: Wenn du nun Blut geleckt hast und noch die Zeit hast, dann überlege dir doch einmal wie man einen asynchronen 4-Bit Rückwärtszähler realisieren kann und baue diesen auch auf. Gehe hierfür von der Struktur des Schaltplans auf S.23 (Versuch 11) aus. Die nichtinvertierten Ausgänge zeigen wieder den Zählerstand an. Wie würdest du bei einem Rückwärtszähler das Taktsignal durch die Flip Flops befördern? Schaue dir dazu den asynchronen Vorwärtszähler aus Versuch 11 nochmals an und verwende einfach das invertierte Signal Lösung: Baue einen entsprechenden Zähler auf und teste dessen Funktionsweise. Seite 27

Count-Shift-Memory-Board VERSUCH 14: Wie du sicherlich schon bemerkt hast, gibt es einen fertigen 4-Bit Zähler auf dem Count- Shift-Memory-Board. Dieser beinhaltet die Funktionen Vorwärts-, sowie Rückwärtszählen. Verwende diesen nun um dieselben Schaltungen wie in Versuch 11 und 12 aufzubauen. Bestätigen sich deine Ergebnisse? Seite 28

Schieberegister Neben Flip Flops und digitalen Zählern ist das Schieberegister eines der wichtigsten Schaltwerke in der heutigen digitalen Welt. Die Aufgabe eines Schieberegisters besteht darin eine Information (ein Bit) mit jeder gültigen Taktflanke (ob positiv oder negativ sei mal dahingestellt) um eine Position weiterzuschieben. Vergleichen kann man dies mit einer Eimerkette, bei der ein Eimer nach und nach weitergereicht wird. Anwendung findet dies, wenn z.b. aus einem parallelen Signal ein synchrones Signal erzeugt werden soll. Realisierung mit D-Flip-Flops VERSUCH 15: Deine Aufgabe wird es in diesem Versuch sein, ein eben solches Schieberegister aufzubauen. Dazu verwendest du neben dem PWM-Board auch das Flip Flop-Board. Das Schieberegister soll aus D-Flip Flops aufgebaut werden. Der folgende Schalplan, siehe Abbildung 15, gibt dir dafür die nötige Hilfestellung: Abbildung 15: Schaltplan eines Schieberegisters Seite 29

Hier ist immer ein Ausgang auf den jeweils nächsten Eingang geschalten. Um mit dem Schieberegister ein wenig zu spielen, schließe den ersten Eingang auf einen der beiden Drucktaster des PWM-Boards. Was passiert wenn man lange Zeit auf dem Taster T1 bleibt oder ganz schnell hintereinander drückt? Lösung: Seite 30

Realisierung mit JK-Flip-Flops VERSUCH 16: Im vorherigen Versuch wurde dir ein Schaltplan vorgegeben um das Schieberegister zu realisieren. Nun sollst du an Hand der folgenden Informationen einen Schaltplan, zur Realisierung eines Schieberegisters mit JK-Flip Flops, vervollständigen. Vorgaben: Die Eingänge (J und K) des ersten Flip Flops sollen invertiert beschalten sein, z.b. J = 1 und K = 0 oder umgekehrt. Mit welchem Grundbaustein ist dies möglich? Lösung: Die Flip Flops arbeiten taktsynchron. Wie muss dann das Taktsignal angeschlossen werden? Lösung: Die nicht-invertierten Ausgänge Q gehen jeweils auf den J-Eingang des folgenden Flip Flops. Die invertierten Ausgänge Q gehen jeweils auf den K-Eingang des folgenden Flip Flops. Vervollständige den Schaltplan entsprechend den Vorgaben, um ein Schieberegister mit JK-Flip-Flops aufzubauen Seite 31

Zu vervollständigender Schaltplan: Abbildung 16: Schieberegister mit JK-FlipFlops Baue nun aus diesem selbst erarbeiteten Schaltplan das Schieberegister mit JK-Flip Flops auf. Was passiert wenn die Eingänge J und K die gleichen Werte haben (z.b. J = K = 1)? Lösung: Seite 32

Speicher VERSUCH 17: Abbildung 17: Schaltplan für die Ansteuerung des Speichers Seite 33

Hinweise zum Schaltplan: Bezeichnung Verbunden mit Funktion S1 S4 Eingang Treiberbausteine Geben Inhalt beim Speichern vor S8 EN für Treiber Treiberstufe aktivieren/deaktivieren T1 Zähler Counter Zählt beim Counter hoch T2 WR Speicher (über NOT) Schreibimpuls für Speicher Q0 Q3 (Counter) A0 A3 Speicher Gibt Adresse für Speicherplatz vor Q0 Q3 (Speicher) Eingang 7-Segment Ausgabewert für 7-Segment Ausgang Treiber Eingang 7-Segment Zeigt Wert der Schalter (bei EN) an CS (Speicher) Masse immer aktiv Tabelle 6: Hinweise zu den einzelnen Elementen Besonderheiten: Der Ausgang des Speichers (Q) ist nicht immer als Ausgang zu verstehen. Bei einem Schreibvorgang übernimmt er die Funktion eines Eingangs, beim Lesen ist dieser als Ausgang zu verstehen Der Eingang CS (Chip Select) ermöglicht es dir beim verwenden mehrerer Speicher immer einen bestimmten auszuwählen, auf welchem du etwas abspeichern willst. Da nur ein Speicher verwendet wird benötigt CS dauerhaft eine 1, was durch die Negation bedeutet, dass du CS auf Masse anschließen kannst. Der Anschluss von RAM und EEPROM auf dem Board erfolgt nach dem gleichen Schaltplan. Die Unterschiede dieser beiden Speicher liegen in deren Eigenschaften. Seite 34

Programmierablauf: Der folgende Ablauf zeigt dir, wie du den jeweiligen Speicherbaustein richtig beschaltest. Dieser Ablauf bezieht sich dabei auf den Schaltplan (Abbildung 17). Der Kippschalter S8 ist dafür zuständig, dass der Treiber-Baustein aktiviert wird. Hierbei übernimmt dieser die Funktion eines Schalters. Allgemeine Aufgabe eines Treiber-Bausteins ist es, die benötigte Leistung für die Ansteuerung mehrerer Gatter zur Verfügung zu stellen. Für die Programmierung gehst du wie folgt vor: 1. Den Counter mittels Taster T1 auf den entsprechenden Wert setzen (Speicherstelle) 2. Die Kippschalter S1 S4 für die Festlegung des Inhalts entsprechend betätigen. Der aktuelle Wert ist dann auf der 7-Segmentanzeige zu sehen. 3. Wenn du den aktuellen Wert der Anzeige abspeichern willst, musst du den Taster T2 betätigen. Dadurch wird der Wert auf die aktuellen Adresse geschrieben. Die Schritte 1 bis 3 kannst du nun wiederholen um mehrere Werte auf verschiedene Adressen zu schreiben. Wenn du alle Werte eingelesen hast musst du den Kippschalter S8 wieder abschalten (auf 0 setzen). Dadurch wird an der 7-Segmentanzeige nur noch der Wert angezeigt, welcher vom Speicher ausgegeben wird. Über den Taster T1 kannst du nun alle Adressen durchgehen und die Anzeige zeigt dir die entsprechenden Werte an den jeweiligen Adresse an. Umsetzung: Für diesen Versuch sollst du eine Anzeige für einen Aufzug realisieren. Dabei soll die 7- Segmentanzeige U, E und 1 für Untergeschoss, Erdgeschoss und 1.Stockwerk anzeigen. Es ist zu erkennen, dass bei allen drei Anzeigewerten die Segmente f und g immer benötigt werden und somit dauerhaft mit +5V zu verbinden sind. Seite 35

In der folgenden Tabelle (Tabelle 7) kannst du ebenfalls sehen, dass b und c immer denselben Wert besitzen, wodurch diese miteinander verbunden werden können. Speicherstelle Anzeige a b c d e f g 0 0 0 0 U 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 E 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0 Tabelle 7: Codierung des Aufzugs Deine Aufgabe besteht nun darin die Schaltung mit dem RAM Baustein zu realisieren und die Werte der Tabelle 7 in diesen zu speichern. Worin unterscheiden sich der RAM und der EEPROM Baustein? Teste dies an deinem Aufbau einmal aus. Lösung: Seite 36

Nachdem du nun diesen Grundkurs durchgearbeitet hast, würde uns noch deine Meinung interessieren. Uns liegt viel daran, dass dir der Kurs Spaß gemacht hat und du vor allem deine theoretische Vorbereitung durch die Praxis festigen konntest. Gerade in den folgenden Semestern wirst du feststellen, dass eine beherrschte Vorgehensweise schwierigere Aufgabenstellungen deutlich einfacher macht. Wir bitten dich deshalb, für die kommenden Semester zur Verbesserung dieses Kurses beizutragen und die folgenden, kurzen Fragen zu beantworten. Scheue nicht vor Kritik, über Lob würden wir uns aber auch freuen. Diese Seite kannst du bei Herrn Smagacz-Allramseder in der Kronenstraße B R3.04 abgeben. 1. Zu deiner Situation Du befindest dich derzeit im wievielten Semester? Deine Studienrichtung ist: Vorkenntnisse waren vor dem Kurs vorhanden? 2. Kurs Der Schwierigkeitsgrad ist angemessen Trifft zu Trifft nicht zu 1 2 3 4 Ausreichende Hinführung durch das Vorbereitungsskript Der zeitliche Rahmen ist angemessen 3. Inhalte Die erwarteten Inhalte sind ausreichend behandelt Trifft zu Trifft nicht zu 1 2 3 4 Die Themen sind zu ausführlich behandelt Die Inhalte der Skripte sind gut verständlich dargestellt Seite 37

Zu welchen Themen hättest du gerne noch mehr Infos, bzw. weitere Übungen? 4. Betreuer Die Betreuungsperson ist fachlich kompetent Trifft zu Trifft nicht zu 1 2 3 4 Die Betreuungsperson ist didaktisch kompetent 5. Sonstiges Haben wir etwas vergessen? Gibt es sonstige Vorschläge zu dieser Laborübung? Seite 38