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Home > Tutorials > Logische Verknüpfungen |
Anschluss von TTL und CMOS ICs 2. Ausgänge |
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Die in den Beispielschaltungen enthaltenen TTL-ICs vom Typ 74... gibt es z.B. bei Conrad oder Reichelt in den verschiedensten Ausführungen wie "Low Power Schottky TTL", "High Speed-CMOS", "SN 74... N" etc. Darüberhinaus gibt es auch noch die CMOS-ICs der 4000er-Reihe. Die unterschiedlichen Bezeichnungen geben dabei Auskunft über die Herstellungsart bzw. den inneren Aufbau, der Auswirkungen auf elektotechnische Dinge wie Stromaufnahme, Schaltzeiten usw. hat. Die eigentliche Funktion ist aber bei allen Typen dieselbe. So enthält ein "SN 7400 N" genauso vier NAND-Gatter wie ein "74 HCT 00" oder ein "SN 74 LS 00". Auch sind die Anschlussbelegungen immer die gleichen. Im Folgenden will ich als Typenbezeichnung deshalb einfach nur noch 7400 schreiben. Für die hier besprochenen Anwendungen ist es völlig gleichgültig, welche Art verwendet wird, da sie alle zur verwendeten Versorgungs- und Signalspannung von 5 Volt kompatibel sind. Die praktische Erfahrung hat mir auch gezeigt, dass alle Typen untereinander austauschbar sind und es auch keine Probleme bei Schaltungen mit 10 ICs und mehr von verschiedenen Sorten gibt. Das ist sehr nützlich, da nicht jedes Gatter o.ä. immer in jeder Ausführung erhältlich ist. So kann man anstelle des CMOS 4094 ( ein 8-Bit seriell-parallel-Wandler ) auch den TTL-IC 74 HCT 4094 verwenden. Nur den gibt es bei Conrad. Wer sich für Details interessiert ( manche Typen arbeiten z.B. auch mit geringerer Spannung ), kann sich ja die entsprechenden Datenblätter durchlesen. Ansonsten entscheidet nur die Verfügbarkeit und der Preis. Fast alle ICs dieser Typen haben 14 oder 16 Pins bzw. Anschlüsse, von denen zwei der Spannungsversorgung ( + 5 Volt und Masse - in der Regel mit Vcc und GND bezeichnet ) dienen. Die restlichen Pins sind die Ein- und Ausgänge der enthaltenen Schaltung. Die Eingänge haben einen hohen Widerstand und können nicht nur mit den Ausgängen anderer ICs oder Gatter verbunden werden, sondern bei Bedarf auch direkt mit der Versorgungsspannung, um sie auf 1 oder mit der Masse, um sie auf 0 zu setzen. |
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Steuern der
Eingänge
über mechanische Schalter
Hier ist einiges zu beachten, da unbenutzte Eingänge, die nirgendwo angeschlossen sind, durch die interne Schaltung des ICs automatisch auf 1 liegen. Das ist z.B. für die im Abschnitt über die logischen Verknüpfungen angesprochene Alarmanlage von Bedeutung. Da braucht man ja Kontakte an den Fenstern, die im geschlossenen Zustand eine 1 an das NAND-Gatter melden. Diese Kontakte könnten so aussehen: |
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Ist das Fenster
geschlossen, ist der Eingang des Gatters mit der 5 Volt
Versorgungsspannung verbunden und liegt so auf 1 . Soweit, so gut. Wird
das Fenster nun aber geöffnet, ist der Gattereingang mit
nichts mehr verbunden und bleibt auf diese Weise weiterhin auf 1
gesetzt. Es wird kein Alarm ausgelöst. Man könnte nun
einen Wechselschalter verwenden, der nicht einfach frei gibt, sondern
auf Masse umschaltet. Das würde jedoch eine weitere Leitung
nötig machen und solche Schalter sind auch nicht billig.
Die elegantere Methode ist ein Widerstand, über den der Eingang zusätzlich mit der Masse verbunden wird. Der Widerstand sollte so gewählt werden, dass über ihn nur ein schwacher Strom fliessen kann. 10 kOhm ist ein guter Wert, aber auch 1 kOhm ist o.k. Der Widerstand und der Kontakt am Fenster bilden eine Art Spannungsteiler. Ist der Kontakt geschlossen, wird dessen Widerstand praktisch null und am Eingang liegt die volle Eingangsspannung an. Ist er offen steigt der Widerstand ins Unendliche und der Eingang wird durch die verbleibende Verbindung über den Festwiderstand auf den 0-Pegel der Masse "hinuntergezogen". Man spricht deshalb auch von einem "Pull-Down-Widerstand". |
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In der Praxis wird man immer versuchen, den Ruhezustand - im Beispiel also ein geschlossenens Fenster - durch einen 0-Pegel darzustellen, um Strom zu sparen und weil eine Verbindung zur Masse in der Regel ( wie z.B. im Auto ) leichter herzustellen ist. Man muss dazu über den Kontakt im geschlossenen Zustand eben eine Verbindung mit der Masse statt mit + 5 Volt herstellen. Man könnte jetzt sagen, der Eingang wird doch automatisch auf 1 gesetzt, wenn der Kontakt geöffnet wird ! Das ist aber so eine Sache. Denn dieser oben schon erwähnte 1 - Zustand der durch die interne Schaltung des ICs zustandekommt ist eine recht wackelige Sache. So können Störimpulse aus den Stromnetz oder von anderen ICs schon genügen, um ein falsches 0-Signal auszulösen. Mit einem Widerstand, der mit der + 5 Volt Spannung verbunden ist, ist man auf der sicheren Seite. Da diese - häufiger verwandte - Variante den Eingang des Gatters im "offenen" Zustand auf den 1-Pegel "hinaufzieht", spricht man von einem "Pull-Up-Widerstand". Wie schon gesagt, können Ein- und Ausgänge verschiedener Gatter oder ICs ohne solche Massnahmen frei untereinander verbunden werden. |
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Ausgänge
Genaue Angaben dazu, welche Lasten die Ausgänge der Gatter etc. aushalten, d.h. welcher Ausgangsstrom maximal fliessen darf, findet man wieder in den Datenblättern. In der Regel sind 20 mA kein Problem, was ausreicht um eine Leuchtdiode mit einem Vorwiderstand von 270 Ohm direkt zu betreiben oder ca. 10 Eingänge von anderen Gattern anzusteuern. In diesem Zusammenhang spricht man auch vom "Fan In" bzw. "Fan Out". Ein Fan Out von 10 bedeutet eben, das zehn Eingänge mit Fan In 1 gesteuert werden können. Um grössere Lasten wie Glühlämpchen oder Motoren zu steuern sind zusätzliche Verstärker nötig, sogenannte "Treiberstufen", wie z.B. der hier beschriebene ULN 2803A. |
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