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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Flip-Flop Schaltung für den PC


Autor: Stefan Schultewolter (wrong5mile)
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Hallo Forengemeinde,

ich hatte bislang wenig mit ICs zu tun. Nun möchte ich gerne mit meinen 
Rechner einige Funktionen ausführen.

Verbaut habe ich Miniaturkippschalter mit 2xUM (EIN)-AUS-(EIN). Meine 
erste Überlegung anfangs war, die Miniaturkippschalter an 
Stromstoßrelais anzuschließen. Das Problem war, diese waren viel zu 
teuer, da ich davon einige brauch. Nun wurde mir die "Flip-Flop"- 
Schaltung nahegelegt.

Ich war nun den ganzen Abend im Internet unterwegs, um mir geeignete 
Schaltungen zu suchen. Wurde aber nicht so wirklich fündig.

Ich habe zumindest gefunden, was ich genau brauche. Das Herz meiner 
Schaltung soll ein IC mit 4 D-FlipFlop bilden. Auf Pollin bin ich dabei 
auf den 40175 (Pollin Bestellnr: 94-101 059; Kosten 14c).

Im Rechner möchte ich zur Ansteuerung die 5V Schiene nutzen. Ziel der 
ganzen Angelegenheit ist es, mit 4 Kippschaltern 3 Lüfter zu steuern. 
Der 1 Kippschalter steht für PWM AN/AUS. Ist PWM aktiviert, werden die 
Kippschalter deaktiviert. Es erfolgt die Ansteuerung vom PC.
Sollte PWM ausgeschaltet sein, so sind die Schaltspiele bei den 
Kippschalter wie folgt.

Taster nach Stellung 1 - 12V (=100%) liegen am Lüfter an
Taster nach Stellung 0 - 12V (=100%) liegen am Lüfter an (Funktion 
Stromstoßrelais)
Taster erneut nach Stellung 1 - 0V (=0%) liegen am Lüfter
[...]
Taster nach Stellung 2 - 7V (~60%) liegen am Lüfter an
Taster nach Stellung 0 - 7V (~60&) liegen am Lüfter an (Funktion 
Stromstoßrelais)
Taster erneut nach Stellung 2 - 0V (=0%) liegen am Lüfter.
Diese Beschaltung entspricht einer Stromstoßrelaisschaltung.

Jetzt aber zu den kleinen Feinheiten, die ich bislang auch noch nicht 
gefunden habe. Sollte der Kippschalter z.B. nach Stellung 2 gesetzt 
werden, muss der Ausgang für die 1 Stellung zurückgesetzt werden und 
Stellung 2 wird gesetzt.

Dieser Aufbau beläuft sich nun genauso auf die beiden weiteren Lüfter. 
Sollte PWM in der Zwischenzeit wieder aktiv sein, setzt dieser von den 
IC mit Hilfe von MR zurück.

Das Problem ist, dass die günstigen Kippschalter anfällig gegen das 
Prellen sind. In Foren war zu lesen, man sollte als einfache Lösung 
einen Puffer einbauen in Form eines Elkos. 1nF? Wie wird dieser in der 
Schaltung verschaltet?

Als Anhang eine Skizze meines vorhabens. Ich habe in dieser Schaltung 2 
Kippschalter auf einen IC gesetzt, kann aber bei dem Preis gerne je IC 
einen Kippschalter nur verwenden. Des weiteren hier ein Datenblatt, 
handelt es sich um den beschriebenen IC (bzgl. Anschlussbezeichnung).
https://docs.google.com/viewer?url=http://ics.nxp....


Mit freundlichem Gruß

Stefan Schultewolter

Autor: Frank Buss (foobar)
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Entprellen kannst du per RC-Glied:

http://blog.cc-robotics.de/2007/03/25/entprellung-...

Aber wie der Artikel schon sagt: Ist nicht wirklich zuverlässig, besser 
ein RS-Flipflop zusätzlich dazu nehmen. Und dann ist deine Schaltung 
bedeutend einfacher mit einem kleinen PIC, ATtiny o.ä. zu lösen, denn 
außer deinen Relais plus die Transistortreiberstufen brauchst du dann 
sonst nichts mehr. Entprellung und deine Flipflop-Logik geht alles im 
Microcontroller per Software.

Autor: Stefan Schultewolter (wrong5mile)
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Hallo Frank, besten Dank für deine Antwort. Hätte aber dazu eine Frage,

gibt es für die von dir vorgeschlagen Bauteile spezielle Bezeichnung, 
RS-FF kann Pollin nichts mit anfangen. Conrad und Reichelt sind für mich 
als Studenten recht teuer.

Ich schaue gerade, wie es mit dem Microcontroller ATTiny 2313 aussieht, 
ob der die Voraussetzung erfüllt. Das ein RC Glied nicht optimal ist, 
war mir bekannt, wobei ich damit theoretisch hätte leben können, es 
hängen keine sicherheitsbedeutsamen Geräte dahinter.

Ich melde mich nachher mal wieder, werde erst einmal den Microcontroller 
ATTiny 2313 analysieren, einiges an DBlättern raussuchen und Schaltung 
überdenken.

Will mal hoffen, ich krieg bis heute Abend meinen Freischaltcode für die 
EPLAN Studendts. Mit EPLAN wars entspannter, solche Schaltung zu 
realisieren, aber alter Freischaltcode ist inzwischen aufgrund der 
Eval-Zeit von 270Tagen abgelaufen.

Autor: Frank Buss (foobar)
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Du kannst denselben D-Flipflop-Typ zum entprellen nehmen, den du für 
deine Schaltung sowieso schon einsetzt. Hier gibt es ein paar Infos 
dazu:

Beitrag "Taster mit D-Flipflop entprellen?"

Ich würde aber den Microcontroller empfehlen. Klar, man muß sich erstmal 
einarbeiten, falls du noch nichts vorher mit Microcontrollern gemacht 
hast, aber dann sind das nur wenige Zeilen Code und für neue Projekte 
ist das dann viel einfacher, als es diskret aufzubauen.

Hier noch ein allgemeiner Artikel zum Thema entprellen, mit 
Softwarebeispielen:

http://www.mikrocontroller.net/articles/Entprellung

Autor: nichtgast (Gast)
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>Will mal hoffen, ich krieg bis heute Abend meinen Freischaltcode für die
>EPLAN Studendts. Mit EPLAN wars entspannter, solche Schaltung zu
>realisieren, aber alter Freischaltcode ist inzwischen aufgrund der
>Eval-Zeit von 270Tagen abgelaufen.

Nimm was, was die die Dir helfen sollen auch benutzen.

doch Gast

Autor: Stefan Schultewolter (wrong5mile)
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@Frank: Das mit dem Programmieren wird das Problem sein. Programmieren 
kann ich C, könnte mich von da auch in Assembler noch einarbeiten. Wobei 
ich denke, mit C Kenntnissen komme ich schon sehr weit. Aber das 
eigentliche Problem beläuft sich auf den ATTiny. Dieser wird doch zB. 
über ein ATMEL Evaluations-Board angesteuert. Das Manko an der Platine 
ist, dass sie über ein seriellen Anschluss programmiert wird. Leider 
besitzt mein Rechner keine solche Schnittstelle. Es gibt zwar im Netz 
einfache Adapter von USB, aber ich glaube kaum, dass die Früchte tragen 
werden, denn auch bei einer Siemens LOGO, die zu Hause liegt, brachte es 
nichts. Ein neues USB Kabel brachte erst abhilfe. Ich kann im Rechner 2 
LPT Anschlüsse anbieten, die als Erweiterungskarte eingebaut sind. 
Darüber wird später ein Display angesteuert, für welches ich die 
Ansteuerung fertig habe (Lötbausatz), jedoch warte ich noch eine 
geeignete Lötspitze für mein Weller Lötkolben, da mit der Standardspitze 
das anlöten der Lötfähnchen nicht möglich ist.
Hätte somit eine Schnittstelle frei. Das schaltern über diesen Port ist 
aber nicht möglich, da einfach nicht genügen Ein und Ausgänge zur 
Verfügung stehen.

Meine derzeitige Planung beinhaltet insgesamt 9 Kippschalter, wobei für 
den µC nur 3 - 4 eine Rolle spielen. @nichtgast: Was bringt dieser 
nichtshelfende Beitrag? Welche CAD Software ich zum Zeichnen verwende, 
hat doch nichts damit zu tun, was andere nutzen. Dafür gibt es Normen, 
damit nicht jede Software ein Baustein "neu erfinden" muss. ;) Ob mit 
Eplan und TinyCAD ist ja egal, nur habe ich meine Schulungen alle auf 
EPLAN gemacht.

Autor: Frank Buss (foobar)
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Du brauchst kein Evaluierungs-Board. Klick einfach mal links oben auf 
AVR und lies dir das durch. Ich habe hier übrigens den PICkit2 und den 
AVR Dragon und konnte damit problemlos per USB schon Microcontroller 
beider Hersteller programmieren. Eigentlich reichen die Anleitungen auf 
den Herstellerseiten, aber im Web und hier findet man auch massenweise 
Schritt-für-Schritt Anleitungen. Gibt aber auch preiswertere 
Programmiergeräte.

Die Microcontroller kann man leicht auf Lochraster aufbauen. Hier mal 
ein Beispiel einer kleinen Schaltung von mir:

http://www.frank-buss.de/PICMonoflop/

Für den Chip hatte ich einen kleinen Adapter gebastelt, mit dem man den 
dann per PICkit programmieren konnte. Wenn du aber genug Anschlüsse zur 
Verfügung hast, kannst du eine Steckerleiste auch direkt mit auf die 
Lochrasterplatine anbringen und dort den Programmierer einstecken, für 
schnellere Turnaround-Zeiten beim Programmieren, da dann das dauernden 
Umstecken des ICs entfällt, wenn man mal wieder einen Softwarefehler 
gefunden hat :-)

Für manch neuere Chips brauchst du gar kein extra Programmiergerät mehr, 
sondern geht direkt per USB, z.B. mit dem hier:

http://www.frank-buss.de/MC9S08JS16L/

Autor: Stefan Schultewolter (wrong5mile)
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Hallo Frank, ich hab mir jetzt einige Tage Gedanken gemacht. Bei den 
derzeitigen Preise würde ich vorerst gerne auf einen programmierbaren µC 
verzichten. Werde ich sicher noch einmal aufgreifen in einem Jahr, wenn 
ich studienbedingt nicht um die µC drumherum komm.

Ich danke dir jetzt schon vielmals. Ich habe evtl. nun etwas gefunden, 
was meiner Schaltung gericht wird.

Der Aufbau besteht aus einem CMOS 4017. Ist zwar eigentlich ein 
"Missbrauch" des CMOS laut des Autors, aber er scheint mir sehr simpel 
aufgebaut. Eine Tasterprellung auf einfacher Basis eines RC-Gliedes ist 
auch aufgebaut.

Hier die Links:
http://www.atx-netzteil.de/stromstossrelais_m_4013...
Elektronisches Stromstoßrelais mit 1 Ausgang

Ich habe im Anhang die Schaltung nachgezeichnet, um den Treiber für die 
Relais erweitert und eine ODER Verknüpfung beider Bausteine eingebaut, 
sodass immer nur ein Baustein aktiv ist. Ist das so erlaubt, bzw 
möglich, das Controller 1 Controller 2 Resetet und umgekehrt?

MfG Stefan

Autor: Stefan Schultewolter (wrong5mile)
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Ein kleiner Beitrag. Ich war gerade dabei, mit der Lochmaster Demo ein 
Platinenlayout zu erstellen, die ganze Verdrahtung schien mir wesentlich 
komplexer als auf Papier -.-

Kann ich die Treiber bei dem CMOS weglassen? Im DB habe ich nicht über 
die max. Belastbarkeit der Ausgänge gefunden, lediglich die Small 
Outline, wenn es dass den sein sollte.

DB 
http://www.reichelt.de/?;ACTION=7;LA=28;OPEN=0;IND...

Nach meinen Berechnung dürfte das Relais bei den gegeben Werten von U=5V 
und R=178Ohm eine Stromaufnahme von 28mA sowie eine Leistungsaufnahme 
von 140mW haben. Könnte es somit theoretisch betrieben weren, oder macht 
hierbei mir das aufbauen der Induktion zu schaffen?

Autor: Frank Buss (foobar)
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Was meinst du mit Preisen? Ich wusste nicht, daß Studenten heutzutage so 
arm sind, keine 4,30 Dollar mehr ausgeben zu können :-)

http://focus.ti.com/docs/toolsw/folders/print/msp-...

Verdrahtung auf Lochraster wird einfacher, wenn den Schaltplan 
ausdruckt, dann Bauteil für Bauteil durchgeht und jeweils alle 
Verbindungen verdrahtet, und das dann durchstreicht. Da weiss man dann, 
daß man nichts vergessen hat.

Bei größeren Schaltungen verwende ich Eagle und kann daher per 
Knopfdruck aus dem Schaltplan ein Board machen. Dort kann ich dann die 
Bauteile so lange verschieben, bis die Luftlinien möglichst wenig 
verwirrend aussehen.

Prinzipiell darf schon ein 4017 einen anderen resetten. Wenn es zuviele 
Logikbausteine wird, blicke ich aber nicht mehr durch, bin mehr der 
Software-Mensch. Du solltest aber für jeden Chip noch einen 
Abblockkondensator spendieren:

http://www.rn-wissen.de/index.php/Abblockkondensator

Die maximale Belastbarkeit findest du auf Seite 3 von dem Datenblatt, 
bei "LOW Level Output" und "High Level Output".

Autor: Stefan Schultewolter (wrong5mile)
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Hallo Frank, ok $4.30 ist nun doch nicht ganz soviel, nur habe ich 
selber keine Bezugsquellen gefunden. Ich denke, mit einem solchen 
Bauteil könnte ich in Zukunft meine Schaltung erweitern bzw umbauen, 
aber ich denke fürs erste werde ich mit dem CMOS einmal beschäftigen. 
Habe noch eine Frage zum Low und HighLevel Output. Meiner Meinung nach 
ist doch ein High Level Output, wenn der Ausgang gesetzt ist, und Low 
Level Output wenn dieser nicht gesetzt ist, also 0. Also dementsprechend 
könnte ich ein Relais nicht ansteuern, da der Ausgang bei High nur 
0,36mA bei 5V verträgt. Verstehe aber nicht, wieso sie dann bei der 
Schaltung auf der einen Seite als Betriebsanzeige eine LED eingebaut 
haben. Die zieht selber bereits mehr als die max. Ausgansstrom.

Autor: Frank Buss (foobar)
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Das MSP-Kit gibt es hier (etwas teurer als bei TI, aber dafür vorrätig 
und keinen Ärger mit dem Zoll)

http://www.watterott.com/de/MSP430-LaunchPad-MSP-EXP430G2

Und man kann damit auch weitere MSP430-Controller programmieren, die man 
z.B. bei Reichelt bekommt. Ich habe mir mal eins bestellt, um die MSP430 
Architektur auszuprobieren.

Die LEDs an dem CMOS-Bausteinen werden schon noch funktionieren, dann 
sinkt aber die Ausgangsspannung. Ein paar mA sind möglich, wenn die 
Gesamtverlustleistung nicht überschritten wird, aber 28 mA und dann noch 
eine Spule, sind zuviel.

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