Versuche mit Digital-IC´s funtionieren nicht?

Technik Elektronik & Elektrotechnik
#1

Hallo,
Ich habe gerade wieder einmal mit Digitalelektronik angefangen und nun folgendes Problem: Alle versuche, die ich mit Digital-IC´s mache funktionieren nicht! Hier mal ein konkretes Beispiel mit einem Schieberegister:
Ich nehem eine Experiemntier-Steckplatine und stecke dort ein Schieberegister drauf (CD4015BE). Nun mache ich einen Draht vom minuspol der Stromquelle an VSS und einen von + nach VDD. Dann nehme ich eine LED und stecke den Pluspol an Q2 von Ausgang A und den Minuspol an - der Stromquelle. Nun mache Ich noch 2 Drähte an den Pluspol der Stromquelle.
Durchführung:
Ich nehme einen der freien Dräte am +Pol der Stromquelle und verbinde ihn mit DATA A. Dann ziehe ich ihn heraus und Stecke ihn an CLOCK A. Nun nehme ich ihn wieder heraus un stecke ihn wieder rein (CLOCK A). Nun müsste ja reintheoretisch das Bit von DATA A an Q1 von Ausgang A sein. Wenn ich den vorgang an CLOCK A wiederhole, dann müsste es ja an Q2 sein, und die LED müsste ja Leuchten… tut sie aber nicht.

Dann habe ich nochmal versucht, den Draht in DATA A drin zu lassen und den 2. freien Draht immer an CLOCK A zu schließen, so dass das Register ja nach ein paar Mal durchgehen voll sein müsste… Die LED leuchtet aber trotsdem nicht! Genauso lief es auch bei Versuchen mit nem BCD zu 7-Segment decoder, einem SRAM usw ab.

Kann mir jemand helfen?

#2

Hallo Fragewurm,

Beispiel mit einem Schieberegister:
Ich nehem eine Experiemntier-Steckplatine und stecke dort ein
Schieberegister drauf (CD4015BE). Nun mache ich einen Draht
vom minuspol der Stromquelle an VSS und einen von + nach VDD.
Dann nehme ich eine LED und stecke den Pluspol an Q2 von
Ausgang A und den Minuspol an - der Stromquelle.

Das mit der LED ist so nicht ganz sauber!
Du solltest da noch einen Vorwidertand einbauen und Low Currend LEDs verwenden.
Du chreibst aber nichts zur Vesorgunsspannung, Die darf ja bei den 4000er grob zwischen 5V und 12V liegen.

Nun mache Ich
noch 2 Drähte an den Pluspol der Stromquelle.
Durchführung:
Ich nehme einen der freien Dräte am +Pol der Stromquelle und
verbinde ihn mit DATA A. Dann ziehe ich ihn heraus und Stecke
ihn an CLOCK A.

Offene Eingänge haben bei CMOS keinen definierten Pegel !!!

Du musst Pullup- oder Pulldown-Widerstände einbauen, so etwas im Bereich von 10k bi 100k.

Und zwar bei ALLEN Eingängn am IC, auch bei der unbenutzten Hälfte.

Und noch etwas, du hast vergessen den Reset-Eingang zu beschalten, der müsste mit Vdd verbunden werden!

MfG Peter(TOO)

#3

Oh… dann hab ich aber ganz schön viel Falsch gemacht xD
Also als eingangsspannung hab ich 3V benutzt.
Das mit den Pullup und Down-Wiederständen wusste ich auch nicht, dann hab ich dazu noch ein paar fragen:

  1. Liegen die Widerstandswerte für Up und Down bei jedem IC gleich?
  2. Muss man das bei allen IC´s machen, odere nur bei CMOS?
  3. Wenn man dort widerstände haben muss, wie macht ein PC das denn?`Der arbeitet doch nur mit Strom und nicht Strom und nicht mit Widerständen.
  4. Ich dachte immer RESET währe nur um alle Daten zu löschen?
#4

Hallo Fragewurm,

Also als eingangsspannung hab ich 3V benutzt.

Der CD4015BE von TI läuft zwischen 3 und 18V.
http://www.ti.com/lit/ds/symlink/cd4015b.pdf

  1. Liegen die Widerstandswerte für Up und Down bei jedem IC
    gleich?

Nein, die hängen von der Schaltung ab.

  1. Muss man das bei allen IC´s machen, odere nur bei CMOS?

Bei TTL ging es ohne, war aber damals schon keine saubre Geschichte.

  1. Wenn man dort widerstände haben muss, wie macht ein PC das
    denn?`Der arbeitet doch nur mit Strom und nicht Strom und
    nicht mit Widerständen.

Nö, der arbeitet mit Low un Hight, also 0 und 1.Ein Signal wird zwischen zwischen Vss und Vdd umgeschaltet.
Mit deinem "Schaltr schaltest du aber zwischen Vss und undefiniert um. Mit einem Pullup, hast du dann auc wenn de Draht unterbrochen ist einen definierten Pegel am Eingang.
http://de.wikipedia.org/wiki/CMOS
http://www.elektronik-kompendium.de/sites/dig/020528…

  1. Ich dachte immer RESET währe nur um alle Daten zu löschen?

Ist er auch, aber wenn Reset dauernd aktiviert ist, wird auch dauernd zurückgesetzt.
Das ist wie mit der Sicherung im Haushalt. Hat die Sicherung die Spannung unterrochn, kannst du am Lichtschalter machen was du willst, es bleibt halt dunkel.

Vielleicht solltest du erst einmal das ganze Kapitel hier durchlesen:
http://www.elektronik-kompendium.de/sites/dig/index.htm

MfG Peter(TOO)

#5

und noch was
Hallo,
zusätzlich zu den gegebene Tips noch einige Bemerkungen

  1. Gerade bei C-MOS IC sollte man die Betriebsspannung
    mit Low-Impedanz-C (Keramik-C) abblocken.
    Andernfalls machen die sonst ganz komische Sachen.

  2. Wenn man an einen TTL-Eingang (Clock) mit einem
    Draht oder mechanischen Kontakt geht, dass gibt es
    sogenanntes Kontaktprellen. Da erzeugt man nicht nur
    einen Impuls, sondern unter Umständen einige
    hundert Impulse.
    Gruß Uwi

#6

Ok, Danke!
Aber das mit dem HI und dem LOW habe ich immer noch nicht ganz verstanden (Theoretisch ja, aber nicht Praktisch).

Also, ist es so, dass ich in der Praxis dann ein Draht von dem Anschluss nach VDD Stecken muss um eine 1 und nach VSS um eine 0 anzugeben?

Oder ist es so, dass ich bei jedem Eingang ein Widerstand nach VSS machen muss, und wenn ich eine 1 haben will, mache ich einen niedrigeren oder einfach nur ein draht nach VDD, sodass der Strom dann ja den Weg des geringeren Widerstandes nimmt? (was ja im grunde genommen wie die erste möglichkeit ist, nur ohne ständiges umgeschalte)

Oder aber ist es so, dass wenn ich vom Eingang nach VDD einen Hohen Widerstand setze für eine 0 und einen niedrigen für eine 2? Dann würde ich mich aber fragen, wie der PC das macht, denn der ksnn ja keine Widerstandswerte ändern.

#7

Achso und noch ein paar Fragen:

  1. Arbeiten FET auch mit H und L? Wenn nicht, warum ist es dann bei den CMOS-ICs der fall?

  2. Was ist der VEE anschluss?

  3. Muss ich bei zB einem BCD zu 7 Segment Decoder auch anschlüsse die ich nicht benötige, zB den anschluss für die Displayfrequenz auch belegen?

  4. Die ausgänge können aber auch frei bleiben oder?

  5. Wenn ich zB mit dem ATTINY 13 arbeite (Microcontroller) und ich Programmiere ein einfaches Programm, wo er abfragt, ob ein Eingang auf 1 ist, wenn ja mache ein Ausgang auf 1 sonst auf 0. Wenn ich nun eine LED an den Ausgang mache, und nun einfach einen Draht von + zum Eingang mache, funktioniert dass auch. (Wenn ich ihn ab mache, ist die LED aus.) Und den Reset anschluss muss ich auch nur beim Programmieren dran haben. Warum ist das da so anders?

#8

Hallo FRagewurm,

Also, ist es so, dass ich in der Praxis dann ein Draht von dem
Anschluss nach VDD Stecken muss um eine 1 und nach VSS um eine
0 anzugeben?

Genau so ist es in der Theorie.

Praktisch bist du aber eine lahme Ente, verglichen mit den Schaltzeiten des ICs. Du wirst etwa 1s benötigen um den Draht umzustecken, das CMOS-IC kann in dieser Zeit aber rund 100 Millionen Impulse vearbeiten.

Jetzt gibts aber noch zwei weitere Probleme:

  1. Wenn der Daht in der Luft ist, hast du keinen definierten Pegel am IC. Da stellt sich ein Gemisch aus Störspannungen und Leckströmen ein. Schon dein Finger funktioniert als Atenne und du wirst mindestens die 50Hz aus dem Stromnetz einkoppeln, welche dann dein IC locker verarbeitet.

  2. Mechanische Kontake machen nie wirklich sofort kontakt. Auf deinem Kontakt befinden sich Schmutzpartikel, isolierende Oxyde usw. Wenn du also den Draht in die Buchse schiebst macht das mal Kontakt und dann mal wieder nicht. Auch bei sehr guten und nuen mechanischen Schaltern dauert dieser Vorgang, wird als Prellen bezeichnet, immer noch einige +/1’000tel Sekunden. Dein IC sieht also den Schaltvorgang als eine Impulsfolge.

Oder ist es so, dass ich bei jedem Eingang ein Widerstand nach
VSS machen muss, und wenn ich eine 1 haben will, mache ich
einen niedrigeren oder einfach nur ein draht nach VDD, sodass
der Strom dann ja den Weg des geringeren Widerstandes nimmt?
(was ja im grunde genommen wie die erste möglichkeit ist, nur
ohne ständiges umgeschalte)

Dies ist eine Variante.
Ohne die Verbindung ist der Weg des geringsten Widerstands über den Widerstand.

Oder aber ist es so, dass wenn ich vom Eingang nach VDD einen
Hohen Widerstand setze für eine 0 und einen niedrigen für eine
2? Dann würde ich mich aber fragen, wie der PC das macht, denn
der ksnn ja keine Widerstandswerte ändern.

Nein, dann ast du immer eine 1 anliegen :frowning:
Aber einen Tranistor kann man als steuerbahren Widerstand betrachten, als Schlter hat hat er einen hohen oder niedrigen Widersand. 100% Isolatoren gib es nun mal nicht, bei einem Transistor fliesst auch im ausgeschalteten Zustand ein ganz kleiner Strom.

Ein CMOS-Eingang ist zwar sehr hochohmig, aber es gibt da parasitäre Widerstände gegen Vss und Vdd. Diese Leckströme bewegen sich im Bereich von pA bis µA, sind also sehr klein, aber doch Ströme.

Wo ist eigentlich das Problem mit den beiden Links die ich in meiner Antwort gepostet habe? Da ist eigentlich alles beschrieben.

MfG Peter(TOO)

#9

Genau so ist es in der Theorie.

Praktisch bist du aber eine lahme Ente, verglichen mit den Schaltzeiten des ICs. Du wirst etwa 1s benötigen um den Draht umzustecken, das CMOS-IC kann in dieser Zeit aber rund 100 Millionen Impulse vearbeiten.

Jetzt gibts aber noch zwei weitere Probleme:

  1. Wenn der Daht in der Luft ist, hast du keinen definierten Pegel am IC. Da stellt sich ein Gemisch aus Störspannungen und Leckströmen ein. Schon dein Finger funktioniert als Atenne und du wirst mindestens die 50Hz aus dem Stromnetz einkoppeln, welche dann dein IC locker verarbeitet.

  2. Mechanische Kontake machen nie wirklich sofort kontakt. Auf deinem Kontakt befinden sich Schmutzpartikel, isolierende Oxyde usw. Wenn du also den Draht in die Buchse schiebst macht das mal Kontakt und dann mal wieder nicht. Auch bei sehr guten und nuen mechanischen Schaltern dauert dieser Vorgang, wird als Prellen bezeichnet, immer noch einige +/1’000tel Sekunden. Dein IC sieht also den Schaltvorgang als eine Impulsfolge.

Ok, Danke erstmal, werds dann versuchen. (Aber mit den Widerstanden an VSS)

Wo ist eigentlich das Problem mit den beiden Links die ich in meiner Antwort gepostet habe? Da ist eigentlich alles beschrieben.

Ich hab sie mir durchgelesen, aber irgendwie kam ich durcheinander, weil auf der einen Seite stand da, dass HI = VSS und LOW = VDD (invereinfachter form) ist, und auf der anderen Seite stand da was von Widerstandswerten als HI und LOW. Deswegen hab ich da ein Paar sachen falsch verstanden.

#10

Ah, gut Danke! Jetzt Funktioniert es! Ich hab das mit den Widerständen nach VSS gemacht und dann eine Drahtbrücke nach VDD für 1. Da natürlich noch das Problem mit dem Prellen besteht hab ichs mit einem BCD zu 7-Seg Decoder gemacht und es funktioniert nun.
Danke!

#11

Hallo Fagewurm,

  1. Arbeiten FET auch mit H und L? Wenn nicht, warum ist es
    dann bei den CMOS-ICs der fall?

FET = Feld Effekt Transistor
Der Unterschied zwischen einem (biolaren) Transistor und einem FET besteht im wesentlichen darin, dass der Transistor mit einem Strom an der Basis einen grösseren Strom im Collektor steuert und der FET mit einer Spannung am Gate den Strom im Drain-Aschluss.

Grundsätzlich arbeiten alle Transistoren mehr oder weniger linear. In der Digitaltehnik werden sie aber normaleweise als Schalter verwendet, allerdings arbeiten die Tnsistoren bei Schaltvogängen und undefinerten Pegln auc im linearen Bereich.

  1. Was ist der VEE anschluss?

Bei TTL gab es Vo und Vcc. Das cc bedeutet Collector Colletor, weil an diesem Pol, in der Prinzipschaltung, die meisten Collectoren der Transistoren angeschlossen sind.

FETs hae die Anschlüsse Gate, Drain und Source, daher kommt Vss und Vdd.

ECL, war früher die schnellste Logikfamilie, verwendete eine negative Versorgungsspannung von -5.2V. An diesem Anschluss waren hauptsächlich Emitter angeschlossen.

  1. Muss ich bei zB einem BCD zu 7 Segment Decoder auch
    anschlüsse die ich nicht benötige, zB den anschluss für die
    Displayfrequenz auch belegen?

Ja, bei CMOS darf man normalerweise keine Eingänge unbeschaltet lassen!
Das hat hauptsächlich 2 Gründe:

  1. Uneschaltete Eingänge sind sehr empfindlich für ESD. Weil sie sehr hochomig sind, können sich hohe Spannungen aufbauen und dann ist ds IC futsch.
  2. Wie oben schon angedeutet, auch digitale ICs hae einen linearen Bereich. Wenn sih an einem Eingang irgend eine Spannung um die halbe Betriebspannung aufbaut kann es vorkommen, dass beide Ausgangsttransistoren glichzeitig leiten. Das entspricht dann einem Kurzschluss zwischen Vdd und Vss, das IC wird warm bis heiss und geht über den Jordan …
  1. Die ausgänge können aber auch frei bleiben oder?

Im allgemeinen schon, diese sind ja niederohmig. Es kann aber auch Asnahmen geben, das steht dann aber im Datenlatt.

  1. Wenn ich zB mit dem ATTINY 13 arbeite (Microcontroller) und
    ich Programmiere ein einfaches Programm, wo er abfragt, ob ein
    Eingang auf 1 ist, wenn ja mache ein Ausgang auf 1 sonst auf
  2. Wenn ich nun eine LED an den Ausgang mache, und nun einfach
    einen Draht von + zum Eingang mache, funktioniert dass auch.
    (Wenn ich ihn ab mache, ist die LED aus.) Und den Reset
    anschluss muss ich auch nur beim Programmieren dran haben.
    Warum ist das da so anders?

Hier mal ein Datenblatt:
http://www.atmel.com/Images/doc2543.pdf
Seite 46, Figure 21
Eingang: Was da wohl der komische Rp macht ??? :wink:

Seite 33, Figure 14
Reset: Was ist da zwischen Vcc und RESET einzeichnet ???

MfG Peter(TOO)

#12

D Jetz weiss ich wozu es sinn macht, sich die Datenblätter genau durchzulesen…

Wegen den Transistoren:
Was ein Transistor ist und macht ist mir schon klar, und auch der unterschied zwischen einem FET und einem Bipolaren Transistor, was ich nur meine ist, wenn man einen Bipolaren Transistor als Schalter nimmt, dann ist die 1 Ja, wenn man Strom an die Basis legt und 0 ist, wenn karnichts drann ist. Wenn es beim FET-Transistor auch so ist, dann frag ich mich, warum man beim CMOS IC (bei vielen sind ja zB nur FET enthalten) als 0 dann den -Pol anlegen muss (oder bei der umgekehrten art halt +).

Nochmal zu den PCs: Ist es bei einem PC auch so, dass da jeder Eingang mit einem Widerstand mit dem -Pol verbunden ist, oder wie wird da zwischen + und - (also 1 und 0) umgeschaltet?

#13

Hallo Fragewurm,

Nochmal zu den PCs: Ist es bei einem PC auch so, dass da jeder
Eingang mit einem Widerstand mit dem -Pol verbunden ist, oder
wie wird da zwischen + und - (also 1 und 0) umgeschaltet?

Sorry, du scheinst echt eine Leseschwäche zu haben:

CMOS :
http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:Inve…
Vom Ausgang gehts dann auf den Eingang des nächsten Gatters.
Hier nochmals den ganzen Link:
http://de.wikipedia.org/wiki/CMOS

TTL :
http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:7400…
Im Prinzip war hier R1 der Pullup-Widerstand.

Hier ist es etwas offensichtlicher:
http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:74LS…

Hier noch der ganze Artikel:
http://de.wikipedia.org/wiki/TTL-Logik

Und wenn ich schon dabei bin:
ECL
http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:MC10…
Hier wurde keine Gegentakt-Endstufe verwendet, sondern ein Pulldown-Woderstand.

Ganzer Artikel:
http://de.wikipedia.org/wiki/Emittergekoppelte_Logik

RTL ist die älteste Logikfamilie mit Transistoren:
http://de.wikipedia.org/wiki/Widerstands-Transistor-…

DTL war dann die Weiterentwicklung, man beachte die Pullups am Ausgang:
http://de.wikipedia.org/wiki/Diode-Transistor-Logik

MfG Peter(TOO)

#14

Ne, das mit dem aufeinanderfolgen der Gatter war mir ja schon klar, aber irgendwo muss die Schaltung ja einen Anfang haben (zB Das Startbit im Bios), Das ja durch einen Nicht-CMOS-Logikzustand (Also mit einem normalen Schalter) gegeben wird. Also vielleicht war die Frage auch blöd gestellt also hier nochmal anders gestellt:

Ist diese Technik, bei der die Eingänge mit Widerständen an VSS angeschlossen sind, die offiziell angewandte Technik? Dh, wenn man eine Offizielle Schaltung hat, die man ganz normal in jedem Gerät findet, in der ein Cmos eingang durch einen Schalter „bedient wird“, wird da die gleiche methode angewandt, wie ich sie angewandt habe? (Weil du sagtes, dass es EINE möglichkeit währe)

Und wenn nicht, wie wird es dann gemacht?

Ok, aber mal davon abgesehen, stimmt es trotsdem, dass ich Texte oft nur überfliege :smile:

#15

Hallo Fragewurm,

Ist diese Technik, bei der die Eingänge mit Widerständen an
VSS angeschlossen sind, die offiziell angewandte Technik? Dh,
wenn man eine Offizielle Schaltung hat, die man ganz normal in
jedem Gerät findet, in der ein Cmos eingang durch einen
Schalter „bedient wird“, wird da die gleiche methode
angewandt, wie ich sie angewandt habe? (Weil du sagtes, dass
es EINE möglichkeit währe)

Ja, da ist immer irgendwo ein Pullup oder Pulldown vorhanden.
Wie du gesehen hast sind die deshalb bei MicroControllern meist schon eingebaut.
Meistens ist auch noch ein Kondensator und ein Serienwiderstand vorhanden um Störsignale zu unterdrücken. Je nachdem auch noch Diodenschaltungen gegen Störsignale.
Je nachdem auch noch Drosseln um die EMV-Vorschriften einzuhalten.

Ok, aber mal davon abgesehen, stimmt es trotsdem, dass ich
Texte oft nur überfliege :smile:

Technische Texte darf man erst überfliegen, wenn man das Thema schon aus dem FF beherrscht. Ganz wichtige Dinge sind manchmal nur in einem Satz erwähnt :frowning:

MfG Peter(TOO)

#16

Okay, dann mal danke für deine Hilfe! Hat mir sehr geholfen!

#17

stecke den Draht…

Ist das ein Impuls oder vielleicht siebzehn wegen des Prellens?
Gruss Helmut