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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik toggle flip flop areitet unsauber


Autor: Eberhard K. (eberhard10)
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Hallo,

ich erzeuge mit Invetern ein Rechecksignal, forme es zur Sicherheit noch 
mal mit einem 74HC00 ( beide Eingäne eines Gatters parallel) und speise 
es dann in ein als Toggle FF geschaltetes 74HC74 (Rechteck auf Clock, 
Q-nicht zurück auf D, preset Eingänge auf High). Am Ausgang erwarte ich 
eine halb so grosse Frequenz, wie am Einang. Mit dem Oszi sehe ich aber 
ein unregelmäßiges Signal, dass mit jeder Einangsflanke mal von low auf 
high springt, oder umgekehrt oder auch bleibt wo es ist.
Alle unbenutzten Eingänge sind auf GND, VCC = 5V, Eingangssignal sieht 
am Oszi sauber aus, f etwa 200Hz.
Habe das ganze mal auf dem Steckbrett, mal gelötet aufgebaut, keine 
Änderung.
Ideen?

Grüße
Eberhard

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
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>Ideen?

Scahltung als Foto und Zeichnung, sowie Oszibilder posten.

Sonst müssen wir alle die Glaskugeln suchen

Autor: Ganymed (Gast)
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>Ideen?

Ja. Hier nur die Klassiker.

1)
Überprüf die Betriebsspannung.
Ist sie rausch und schwingungsfrei?

2)
Schalte einen 2,2µF Tantal Elko
parallel zu den Betriebsspannungs-
anschlüssen des 74HC74.
Wichtig! Kurze Leitungswege.

3)
Da der 74HC74 flankengetriggert ist,
ist er als Frequenzteilerschaltung
prinzipel schlechter geeignet.
Besser geht es mit einem 74HC76
J-K-Master-Slave FF, da es dann
nicht mehr auf die Flankensteilheit
des Taktsignals ankommt.

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
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>Da der 74HC74 flankengetriggert ist, ist er als Frequenzteilerschaltung
>prinzipel schlechter geeignet. Besser geht es mit einem 74HC76 >J-K-Master-Slave 
FF, da es dann nicht mehr auf die Flankensteilheit
>des Taktsignals ankommt.

Kannst du das mal genauer erklären?

Autor: Ganymed (Gast)
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>Kannst du das mal genauer erklären?

Beim 7474 handelt es sich um ein Taktflanken
getriggertes FF. Das heißt, für ein saubers
Schalten ist die Geschwindigkeit mit der das
Taktsignal von Low nach High wechselt wichtig.

Bei vielen Anwendungen , die mit hohen Taktfrequenzen
betrieben werden, arbeiten taktflankengesteuerte FF nicht
sicher genug. Die Qualität des Taktsignals spielt bei 
taktzustandsgesteuierten FF keine große Rolle.
(Hauptsache die Spannungspegel werden erreichet)
Um nun ein FF zu erhalten, dass wie ein taktflanken-
gesteuertes FF arbeitet, kombiniert man zwei taktzustands-
gesteuerte (ich hasse die langen Wörter in der deutschen Sprache)
FF in einer Schaltung.
Ein solches FF wird Master-Slave-FF genannt (siehe Bild)
Beide Speicher werden durch einen gemeinsamen Taktimpuls gesteuert.
Der Master erhält das Taktsignal direkt, der Slave über einen Inverter.

Beim Ansteigen des Taktsignals übernimmt der Master die
Informationen vom Eingang (J,K) beim Absinken des Takts
Liefert das Slave diesen Zustand an die Ausgänge.

Bis auf einen unbedeutenden Unterschied, verhält sich das
abgebildete FF wie ein JK-FF mit negativer Taktflankensteuerung.
Aus der TTL-Familie ist es der Typ 7476

Autor: gast (Gast)
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Eberhard K. wrote:
>....
> es dann in ein als Toggle FF geschaltetes 74HC74 (Rechteck auf Clock,
> Q-nicht zurück auf D, preset Eingänge auf High). Am Ausgang erwarte ich
>....

Ein 74XX74 hat zwei asynchrone Eingänge, Preset und Clear. Clear ist in 
der Beschreibung nicht erwähnt, bzw scheint an GND zu liegen oder ist im 
schlimmsten Fall nicht beschaltet. Für den Test muß Clear ebenfalls auf 
´1´ liegen, sonst gehts nicht.
Falls nach dieser Korrektur immer noch keine sichere Funktion vorhanden 
ist -> IC kaputt.

mfg

Autor: Peter Dannegger (peda)
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Ganymed wrote:

> Bei vielen Anwendungen , die mit hohen Taktfrequenzen
> betrieben werden, arbeiten taktflankengesteuerte FF nicht
> sicher genug. Die Qualität des Taktsignals spielt bei
> taktzustandsgesteuierten FF keine große Rolle.

Das ist Quatsch mit Soße.

Die D-FF und JK-FF sind vom Prinzip her gleich aufgebaut, der JK-FF hat 
nur noch ne zusätzliche Rückführung.
Das sieht man sehr schön an den Innenschaltungen:

http://www.nxp.com/acrobat/datasheets/74HC_HCT74_3.pdf

Der 74HC76 dürfte ein Exot sein, daher hier der 74HC73:

http://www.nxp.com/acrobat/datasheets/74HC73_4.pdf


Logik-ICs brauchen generell steile Taktflanken, da sonst die 
Eingangsstufen schwingen können und dann zählt sowohl der D-FF als auch 
der JK-FF falsch.


Eigentlich sollte das Signal des 74HC00 steil genug sein, wenn die 
RC-Oszillatorschaltung korrekt aufgebaut ist (kein Analogbetrieb).
Zur Sicherheit kann man ihn durch nen 74HS132 oder 74HC14 ersetzen, dann 
ist das Signal immer o.k.


Peter

Autor: juppi (Gast)
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>Logik-ICs brauchen generell steile Taktflanken, da sonst die

Dem RS-FF ist es aber egal!

juppi

Autor: peter-neu-ulm (Gast)
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Beim Umformen des Eingangsignals in Rechteck mit einem normalen Inverter 
kann es passieren, dass in der Übergangsphase der Inverter schwingt, 
also dass eine Flanke eine oder mehrere Schwingungen im Bereich 30 MHz 
bekommt, die mit einem einfachen Oszilloskop garnicht sichtbar sind, auf 
die aber das FF anspricht, ähnlich wie beim Prellen eines Kontaktes.
Das kann manchmal durch Stüzukondensatoren (0,1 uF) direkt an den 
Versorgungsanschlüssen des IC behoben werden.
Besser ist die Verwendung von Schmitt-Triggern 74LS14,74HC14 an der 
Schnittstelle zwischen Eingang und Logik.
Die beschriebene Umformung zum Rechteck durch Inverter alleine klappt 
öfters recht schlecht, das ist sehr von der Leiterbahnführung und vom 
inneren Aufbau des Inverters abhängig.

Autor: Ganymed (Gast)
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Peter Dannegger wrote

>Das ist Quatsch mit Soße.

1) Ich hoffe für Dich, dass Dein geistiges Niveau
   nicht Deinem Ausdruck entspricht.

2) Wenn Du Dein Datenblatt über das 7474 lesen würdest,
   hättst Du erkannen können, dass die Entwickler
   extra einen ST an den C Eingang gesetzt haben um
   die Flanke etwas aufzuhübsch.

   Das muss bei flankengetriggerten FF eben sein.
   Aber bei zustandsgesteuerten eben nicht.
   Siehe Datenblatt von dem "Exot"

3) Aus diesem Grunde arbeiten Zählerbausteine
   immer mit JK-MS-FF.

Autor: Peter Dannegger (peda)
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Ganymed wrote:

> 2) Wenn Du Dein Datenblatt über das 7474 lesen würdest,
>    hättst Du erkannen können, dass die Entwickler
>    extra einen ST an den C Eingang gesetzt haben um
>    die Flanke etwas aufzuhübsch.

Das ist nur ne Spezialität von Philips (NXP), der JK-FF hat den ST ja 
auch.


>    Siehe Datenblatt von dem "Exot"

Da sehe ich nur, daß Motorola (ON) keinen ST drin hat.

Ansonsten ist es aber exakt das gleiche Schaltungsprinzip, also 2 über 
Transmissionsgatter gekoppelte RS-FFs.
Beim D-FF ist es vielleicht nicht auf den ersten Blick zu erkennen, aber 
er ist natürlich auch ein MS-FF (2 RS-FF).


> 3) Aus diesem Grunde arbeiten Zählerbausteine
>    immer mit JK-MS-FF.

Quatsch, geht genauso gut mit D-FF, z.B.:

http://www.standardics.nxp.com/products/hc/datashe...


Ich weiß natürlich, daß es in den TTL-Anfängen mal Zähler-Chips von 
einigen Herstellern gab, die aufgrund von Designfehlern etwas 
störempfindlicher waren als andere. Damit waren sie aber noch lange 
nicht untauglich, wenn die Flankensteilheit innerhalb der Spezifikation 
war.

Aber bei LS-TTL und spätestens CMOS sind das alles Märchen von gestern.
Mit JK oder D hat das jedenfalls überhaupt nichts zu tun.


Peter

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