Spannungsabfall in 74HC 238?

@ Leon Loeser (leonelf)

>Ich plane momentan einen 8x8x8 LED Cube und möchte die LEDs mit 74HC238
>ICs  und einem ATTiny ansteuern.

Man kann es auch mit der Sparsamkeit übertreiben. Für 512 LEDs draf es 
schon mal ein Treiber sein, siehe LED-Matrix.

>Datenblatt steht bei "DC Output Voltage" -0.5V - Vcc +0.5V.
>Bedeutet das, das dort kein Spannungsabfall (durch die Transistoren im
>IC) stattfindet und ich, wenn Vcc 5V beträgt,

Natürlich nicht! Denkst du, dieser IC hat ideale MOSFETs eingebaut?

>die 5V als Ugesamt nehmen kann?

Nimm Treiber.

Nimm die höchste mögliche Spannung. Denn im Endeffekt läuft es sowieso 
darauf hinaus, dass du den Widerstand, den du jetzt theoretisch 
ausrechnest, nicht kaufen kannst, weil es diesen Wert schlicht nicht im 
Handel gibt.

Allerdings frage ich mich, wozu du diesen Wert überhaupt brauchst. Denn 
aus dem 238 kommen grade mal 25mA maximal raus. Und egal wie ich es 
drehe und wende, mit 25mA wirst du bei einem 1:8 Multiplex nicht 
glücklich werden (es sei denn du hast Low-Current LED verwendet)

@Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)

>drehe und wende, mit 25mA wirst du bei einem 1:8 Multiplex nicht
>glücklich werden (es sei denn du hast Low-Current LED verwendet)

Oder man nimmt gLED (glimmende LEDs) ;-)

Karl Heinz schrieb:
> Allerdings frage ich mich, wozu du diesen Wert überhaupt brauchst. Denn
> aus dem 238 kommen grade mal 25mA maximal raus. Und egal wie ich es
> drehe und wende, mit 25mA wirst du bei einem 1:8 Multilex nicht
> glücklich werden (es sei denn du hast Low-Current LED verwendet)

Ich habe vor, diese hier zu nutzen: 
http://www.reichelt.de/LEDs-standard-hell/LED-5MM-RT/3/index.html?&ACTION=3&LA=2&ARTICLE=10233&GROUPID=3018&artnr=LED+5MM+RT

Die haben laut Datenblatt einen If von 15mA und einen peak current von 
50 mA. Reichen da 25 nicht?

Leon Loeser schrieb:

> Die haben laut Datenblatt einen If von 15mA und einen peak current von
> 50 mA. Reichen da 25 nicht?

Da sie nur 1/8 der Zeit leuchten, wirst du mit 15mA nicht weit kommen. 
Das wird recht  dunkel werden. 50mA peak schafft wiederrum dein 238 
nicht. Abgesehen davon, dass du rein rechnerisch eher 15*8, gleich 120, 
anstreben solltest. Ob das jetzt 120 oder 100 sind, ist dann nicht mehr 
so kritisch. Aber mit 50 bist du auch davon recht weit weg. Mit 25mA 
dann noch viel weiter. Mal davon abgesehen, dass man nicht unbendingt 
alle Bauteile (den 238) auf dem letzten Loch pfeifen lässt, wenn es 
länger halten soll.

Diese LowCurr LEDs haben 2mA alos "typischen Wert", ließe sich damit was 
mit dem Decoder anstellen? Oder habe ich ein falsches Konzept?

http://www.reichelt.de/LEDs-Low-Current/LED-5MM-2MA-GN/3/index.html?&ACTION=3&LA=2&ARTICLE=21625&GROUPID=3020&artnr=LED+5MM+2MA+GN

Leon Loeser schrieb:
> Die haben laut Datenblatt einen If von 15mA und einen peak current von
> 50 mA. Reichen da 25 nicht?
Das musst DU entscheiden. Probiers mal mit 25mA aus. Und dann 
reduzierst du den Strom auf 3mA und siehst dir mal an, wie hell die LED 
funzelt. Wenn dir die Helligkeit unter allen Betriebszuständen (evtl. 
sogar Tageslicht) reicht, dann kannst du weitermachen.
Wenn nicht, dann brauchst du hellere LEDs und/oder mehr Strom...

Und wie gesagt: schlimmstenfalls 25mA*8 = 200mA sind schon arg viel für 
ein TTL-IC das max. 50mA über den Vcc-Bonddraht bekommt... :-o
Siehe Datenblatt: ICC supply current MAXIMUM 50 mA

Merke: Datenblätter ganz lesen. Und dort nachfragen, wo man es nicht 
versteht. Denn das Ignorieren dieser Daten macht sie nicht ungültig...

Leon Loeser schrieb:
> Diese LowCurr LEDs haben 2mA alos "typischen Wert", ließe sich damit was
> mit dem Decoder anstellen?
Ausprobieren.

> Oder habe ich ein falsches Konzept?
Ich würde dir raten, erst mal kleinere Törtchen zu backen. Und nicht mit 
etwas anfangen, was Andere nach dem Aufbau etlicher kleinerer Projekte 
(und sicher auch 2D-Planes) als Krönung ihrer Entwicklung gebaut 
haben...

Leon Loeser schrieb:
> Diese LowCurr LEDs haben 2mA alos "typischen Wert", ließe sich damit was
> mit dem Decoder anstellen?

Im Prinzip: ja.

Wenn da nicht die nächste Einschränkung wäre.
Der 238 kann an einem Pin max 25mA liefern. Da bist du mit 8*2mA jetzt 
deutlich drunter.
Aber das ist nicht alles. Du darfst auch in Summe (also über alle 8 
Pins) einen bestimmten Wert nicht überschreiten. Denn der Strom, der aus 
allen 8 Pins rausgeht, muss ja über einen anderen Pin erst mal in den IC 
rein gehen. Und dieser eine Pin hat auch seine Beschränkung.

Leon Loeser schrieb:
> Diese LowCurr LEDs haben 2mA alos "typischen Wert"
Würde ich nicht kaufen... Relativ effiziente "normale" 5/3mm LEDs sind @ 
2mA oft heller als low current...

https://www.mikrocontroller.net/articles/LED-Matrix#Spezielle_ICs

MaWin schrieb:
> Ähm. Wenn der 74HC238 nun der 8-Zeilen Demultiplexer ist
Ja, und das weiß man nuch schon gar nicht, so ganz ohne Schaltplan.

Leon Loeser schrieb:
> Oder habe ich ein falsches Konzept?
Mit Schaltplan könnte man das ganz leicht beurteilen.

Schaltpläne sind die Sprache, in der Elektroniker sich unterhalten. 
Über jede Sprachbarriere hinweg. Auch über die Sprachbarriere, die ein 
Anfänger gegenüber einem Profi hat. Denn der Profi erkennt an einem 
Schaltplan das "Gestammel" eines Anfängers und evtl. auch die Idee 
dahinter...

http://i.imgur.com/2RhRgwz.jpg (werde später noch ne eagle datei machen)
(D1-8 sind labels, sind an den 8 Decodern am output an/aus pin und unten 
am mittleren decoder an den ausgängen)

Der Plan ist, dass der unterste Decoder 3 bits bekommt; als 
Höhenkoordinaten (y) (steuert die kathoden-planes and), der Decoder über 
diesem hat sozusagen die x Koordinate indem er bei einen der 8 oberen 
Decoder den Output freigibt. Und die 8 oberen sind die z Koordinate, sie 
bekommen alle die gleichen bits, aber durch den x-Decoder bekommt ja nur 
einer ein Signal zum Output.

Ich dachte, dass ich durch sämtliche 256 LED's durchloopen könnte (3 
stufiger for loop, 3 dim. Array an booleans, an/aus, und dann halt 
output pins (9) an/aus machen)

Aber nach überdenken behaupte ich, dass bei wenigen aktiven LED's hell 
sein wird (da bei aus nichts geschalten wird) und bei vielen sehr dunkel 
(da min 1/256 Leuchtzeit)

Leon Loeser schrieb:
> Ich dachte, dass ich durch sämtliche 256 LED's durchloopen könnte (3
> stufiger for loop, 3 dim. Array an booleans, an/aus, und dann halt
> output pins (9) an/aus machen)
Also effektiv ein 256:1 Multiplexer?
Dann werden die Leds aber echt hübsch dunkel glimmen...

> Aber nach überdenken behaupte ich, dass bei wenigen aktiven LED's hell
> sein wird (da bei aus nichts geschalten wird) und bei vielen sehr dunkel
> (da min 1/256 Leuchtzeit)
Und das ist sowieso der falsche Ansatz, weil du besser immer alle 
durchmachst, um gleiche Timingverhältnisse zu haben. Aber warum schaust 
du nicht einfach nach wie Andere das machen? Es muss ja nicht jeder 
das Rad neu erfinden...

Lothar Miller schrieb:
> Leon Loeser schrieb:
>> Ich dachte, dass ich durch sämtliche 256 LED's durchloopen könnte (3
>> stufiger for loop, 3 dim. Array an booleans, an/aus, und dann halt
>> output pins (9) an/aus machen)
> Also effektiv ein 256:1 Multiplexer?
> Dann werden die Leds aber echt hübsch dunkel glimmen...

ganz abgesehen vom Timing.

> Oder habe ich ein falsches Konzept?

In diesem Fall: ja, hast du.
völlig falsch. So wird das nichts.

In einem Cube, ausser vielleicht bei ganz kleinen 3*3 Cubes, können alle 
LED einer Ebene grundsätzlich zur gleichen Zeit leuchten. Ob sie es dann 
tun oder nicht, hängt dann von der konkreten darzustellenden Geometrie 
ab. Aber grundsätzlich können sie es.
Das Multiplexing findet nur innerhalb der Ebenen statt. D.h. es leuchten 
alle LED einer Ebene eine gewisse Zeit lang und danach leuchten alle LED 
der nächsten Ebene, dann wieder der nächsten etc. etc. immer reihum in 
den Ebenen.

werden in einzelnen eben die Reihen auch gemultiplext? ich Aktiviere ja 
bei zwei diagonal liegenden LEDs auch die daneben:
http://i.imgur.com/naamJgH.png

Ich erwäge nun lieber einen 4*4 Cube zu bauen, angesteuert von nem 
ATTiny24, 2 74HC595 Schieberegistern (2*8 Ausgänge -> 16 LED's) und 4 
Transistoren für die einzelnen Layer.

Leon Loeser schrieb:
> werden in einzelnen eben die Reihen auch gemultiplext?

Normalerweise nicht.
Denn sonst kommt man mit dem Timing nicht mehr hin.

> ich Aktiviere ja
> bei zwei diagonal liegenden LEDs auch die daneben:
> http://i.imgur.com/naamJgH.png

Nein, tust du nicht.
Denn da sind 2 Schaltereinheiten. Die eine schaltet die +3V Seite (die 
sitzen also in der linken senkrechten Zuleitungen) und die andere Gruppe 
schaltet eine der Spalten nach GND durch. (die sitzen also in der 
unteren waagrechten)

Aber: das geht bei einer LED-Matrix. Bei einem Cube kommst du mit dem 
Timing nicht mehr hin. Da  müssen schon alle LED einer Ebene potentiell 
wirklich gleichzeitig leuchten koennen. Sonst kriegst du ein miserables 
Multplex-Verhältnis.

> Ich erwäge nun lieber einen 4*4 Cube zu bauen, angesteuert von nem
> ATTiny24, 2 74HC595 Schieberegistern (2*8 Ausgänge -> 16 LED's) und 4
> Transistoren für die einzelnen Layer.

Schon besser.
Wobei ich persönlich mich ja immer frage, was an einem Cube so toll ist. 
Sicher, die sehen in den Videos immer schick aus. Aber der 'Huch, ist 
das Toll' Effekt lässt dann aber auch ganz schnell nach.

Wenn wir schon dabei sind; Ich muss den ATTiny ja irgendwie 
programmieren, anbieten würde sich einerseits Atmel Studio (C oder so), 
oder ich flashe mit dem Arduino, aber wie passt der ganze Arduino Kram 
darauf? Die IDE sagt immer, dass es ~5000 bytes waren, selbst bei 
winzigsten Sketches, das passt doch nicht auf nen 2k chip! Oder haben 
sketches ein großes Overhead und "direktes" programmieren ist 
sinnvoller?

Leon Loeser schrieb:
> Oder haben
> sketches ein großes Overhead und "direktes" programmieren ist
> sinnvoller?
Das Arduino zeug hat einen großen Overhead, man denkt nur man an 
digitalwrite/-read. In C oder ASM wird der Maschinencode sicher um 
einiges kürzer.

wieviel zeilen code benötigt man da (C), um 8k oder 4k zu füllen?

Achja, reichen 8MHz für So nen cube?

Leon Loeser schrieb:
> wieviel zeilen code benötigt man da (C), um 8k oder 4k zu füllen?
734,375...
Spaß bei seite. Das hängt davon ab, welche Zeile du schreibst.
Ein "if(zahl1==zahl2*5") wird sicher viel mehr Maschinencode erzeugen 
als ein einfaches "PORTC |= (1<<PC3);"
> Achja, reichen 8MHz für So nen cube?
Abhängig davon was du genau anzeigen willst ja oder nein.
Ein Kollege hat einen 8x8x8 Cube mit einem PIC16 mit 5 MIPS realisiert.
Das entspricht ca. 5MHz bei einem AVR.

Kennst du den Artikel zum LED cube schon?


Ich habe mal einen Schaltplan für einen 4x4x4 Cube gezeichnet, würde 
meinen Cube also so aufbauen:
https://www.mikrocontroller.net/attachment/207212/Cube_4x4x4.png
Der Schaltplan ist jetzt nur für einen 4x4x4, er sollte sich aber 
Problemlos auf 8*8*8 erweitern lassen.

Pro Ebene musst du 9*8=72 bits in die Schieberegister schieben, also für 
das gesamte Bild sind es 8*72=576bits. Bei einem SPI Takt von 4MHz wäre 
das in 144µs erledigt.

Hab auch schon einen Plan gemacht: http://puu.sh/7R0E0.png

Für 4x4x4. Warum haben die Mosfets in deinem Schaltplan einen 
Vorwiderstand? Ich dachte die sind Spannungs gesteuert? Und warum leiten 
die Mosfets 5V durch, statt GND zu schalten? Schalten die Register nicht 
schon +5V?

EDIT: Ah, die ULN2803s schalten GND

Leon Loeser schrieb:
> Warum haben die Mosfets in deinem Schaltplan einen Vorwiderstand?
Als Gatewiderstand um den Ladestrom der Gatekapazität zu begrenzen.
> Ich dachte die sind Spannungs gesteuert?
Sind sie auch, aber der 74HC595 mag den Stromimpuls beim Laden des Gates 
nicht so gerne
> Und warum leiten die Mosfets 5V durch, statt GND zu schalten?
Schon mal von  P-Channel MOSFETs gehört?
> Schalten die Register nicht schon +5V?
Die Schieberegister (SR) schalten die ULN2803 ein, und diese schalten 
GND.

Die ULNs deshalb, weil die 74HC595 nicht genug Strom für alle LEDs 
schalten können: Der Strom durch den Vdd und Vss Pin darf maximal 
(Limiting values) 70mA sein. Bei 8 LEDs pro SR macht das max. 8.7mA pro 
LED und das ist, vor allen Für 1:8 Multiplexing, etwas wenig.

Leon Loeser schrieb:
> Ich muss den ATTiny ja irgendwie programmieren
Sagen wir mal so: ohne tiefgehende Kenntnisse der Prozessorarchitektur 
und sehr gute Programmierkenntnisse wird das garantiert nichts. Aber 
du willst das augenscheinlich nicht wahrnehmen...

Max H. schrieb:
> Schon mal von  P-Channel MOSFETs gehört?

Hab die ganz vergessen :P

Die Mosfets auf dem Schaltplan kann ich bloß nicht bei Reichelt finden, 
haben die Besonderheiten oder kann ich da einfach nach pChan MOSFETs 
suchen, die ähnliche Werte haben?

Leon Loeser schrieb:
> haben die Besonderheiten
Logic Level, z.B. IRLML 2244

Max H. schrieb:
> Leon Loeser schrieb:
>> haben die Besonderheiten
> Logic Level, z.B. IRLML 2244

Jetzt muss man nur noch erraten, warum alle equivalente, die ich finde, 
SMD-Komponenten sind...

Weil diese Bauteile kleiner sind?

Ich kenne keinen THT LogL-P-Fet. SOT23 ist, abgesehen vom Steckboard, 
eigentlich kein Problem, auch nicht auf Lochraster: 
https://www.mikrocontroller.net/attachment/208023/Sot23.png


P.S. Ich finde vor allem im Jahre 2014 ist es keine gute Idee SMD aus 
Prinzip abzulehnen ohne es einmal probiert zu haben.

Max H. schrieb:
> P.S. Ich finde vor allem im Jahre 2014 ist es keine gute Idee SMD aus
> Prinzip abzulehnen ohne es einmal probiert zu haben.

Das tu ich auch nicht, habe bloß nicht das nötige Lötequipment für 
"richtiges" SMD (Reflow Ofen oder Heißluft). Dein Bild überzeugt mich, 
dass das lötbar ist, dachte die Dinger seien kleiner ;)

Nur um sicherzugehen: Da das P-Channel MOSFETs sind, schalten sie durch, 
wenn keine Spannung am Gate anliegt, oder? (Source hat 5 V, wenn Gate 
keine Spannung hat sind das 5V am Source, 0V Gate -> 5V total, wenn 
spannung anliegt sind es 5V Source, 5V Gate ->5-5=0V)

D.h. Ich muss die Layers, die aus sind im Schieberegister der MOSFETs 
High setzen und das aktive auf Low?

Die P-Channel schalten bei negativem Ugs durch. Wenn Source auf +5V und 
das Gate auf Masse ist, das ist Ugs=-5V. Wie auch die N-Chn sperren sie 
bei Ugs=0 (Source auf 5V und Gate auf 5V).

D.h. ich fülle für jedes Layer die 20 bit (16 fürs layer, 4 für 
transistoren; drei 1en, eine 0) und mache dann einen delay (200 micro 
sekunden?), gehe zum nächsten etc. Mit den Darlington Arrays kann man ja 
ordentliche Ströme erreichen :D

Leon Loeser schrieb:
> .h. ich fülle für jedes Layer die 20 bit (16 fürs layer, 4 für
> transistoren; drei 1en, eine 0)
Ja, so würde ich es machen. RCK (Pin 12) nicht vergessen

> Mit den Darlington Arrays kann man ja
> ordentliche Ströme erreichen :D
Absolute Maximum Ratings: 500mA pro Eingang, 2.5A gesamt.

Die Werte der Vorwiderstände bitte nicht 1:1 auch meinem Schaltplan 
übernehmen. Ich habe sie nicht berechnet, nur irgendeinen Wert genommen. 
Ich wollte sie berechnen, falls ich den Cube irgendwann mal wirklich 
bauen will.
Beim berechnen nicht vergessen, am ULN2803 fallen typ. 0.9V @100mA ab.

ja, habe schon berechnet mit ~1V abfall:

5V - 1V = 4V; LED wird mit 2.1V angesteuert, benötigt ~30mA

4V-2.1V = 1.9V

R = U/I = 1.9V/0.03A=63.3

Ich nutze 62 Ohm Widerstände, somit fließen max. 32 mA (die leuchten 
doch eh nur 1/4 der Zeit, sollten sie aushalten). Oder muss ich hier 
auch wieder den 4 fachen Strom nehmen?

achja, habe noch "sicherheitshalber" Adapterboards für die MOSFETs 
gemacht: http://puu.sh/7S4ew.png

Leon Loeser schrieb:
> Oder muss ich hier
> auch wieder den 4 fachen Strom nehmen?
Müssen nicht. Die LED wird nur mit 1/4 der Helligkeit wie bei Continous 
30mA leuchten. Die 30mA werden vermutlich Absolute Maximum Ratings sein, 
deshalb würde ich nicht 4x30mA verwenden...

Das Datenblatt nennt es "Absolute Maximum Rating: If = 30mA Peak: If = 
160mA"

zählt das als Peak? oder ist peak für seeeeeehr schnelle Bursts?

EDIT: Als "Rec: If = 20mA" würde ich mal die empfohlenen Werte 
interpretieren?

Kannst du das Datenblatt mal verlinken?
Für die 160mA Peak wird vermutlich auch eine Zeit angegeben sein.

Zum Adapterboard:
Wenn du sie selbst ätzen willst, würde ich den Mosfet um 180° drehen. 
Wir beim Ätzen und Löten ohne Lötstopplack leichtern.
Gibt's auch fertig: http://www.ebay.de/itm/151152774847

http://www.reichelt.de/LEDs-standard-hell/LED-5MM-GN/3/index.html?&ACTION=3&LA=2&ARTICLE=10232&GROUPID=3018&artnr=LED+5MM+GN

siehe "Datenblätter & Downloads"

Ätzen will ich die nicht, vllt die Hauptplatine, mal sehn, die wurden 
bei Oshpark bestellt (hab bisschen mehr bestellt, 45 cent für 3 stück 
ruiniert denen das Geschäft, also wurden es 30 für 4,5€).
Geplant ist ein ATTiny 44 (84 ist bei Reichelt ausverkauft und auch 
nicht nötig), fürs erste testen vllt auch noch Arduino breakouts.

achja, ich wollte einen 20MHz quartz anschließen, die gibt es aber mit 
verschiedenen ESRs (20 - 650 ohm). Ich finde im Atmel Datenblatt keine 
empfehlung (nur für die Kondensatoren) :(

Habe inzwischen die Teile und habe das teil schon auf breadboards zum 
laufe bekommen. Es gibt aber einen denkfehler: die 74hc595's haben einen 
Spannungsabfall, es kommen von 5V ~4.3V raus, d.h. die mosfets können 
nicht durch das dritte schieberegister angesteuert werden, aber der 
attiny44 hat ja noch mehr als 4 pins frei^^

Leon Loeser schrieb:
> es kommen von 5V ~4.3V raus,
Bei welchen Strom?

Leon Loeser schrieb:
> die mosfets können
> nicht durch das dritte schieberegister angesteuert werden
Da ins Gate statisch kein Strom fließt, sollte der Spannungsabfall am 
Ausgang des 47HC595 vernachlässigbar sein.

der strom dürfte vernachlässigbar sein, da mosfets am gate ja nur den 
bias-current haben. habe es auch ohne fließenden strom gemessen (nur 
multimeter zw. +5V und dem output) und es kam das gleiche raus