../../../icons/Logo.pngPraktische Elektronik

Impulse erkennen

Bei unserer Untersuchung einer blinkenden LED haben wir abschließend den Timer 555 mit einer Frequenz von etwa 500Hz betrieben. Für uns war nicht zu erkennen, ob tatsächlich ein Takt am Ausgang des Timers lag.

Dieses haben wir beim elektronischen Würfel genutzt, damit beim Würfeln nicht zu erkennen ist, welche Zahl momentan anliegt.

Impulse

In der dynamischen Digitaltechnik haben wir es mit sich ändernden Zuständen zu tun. Die Schaltungen werden meistens von einem Takt gesteuert.

Wenn wir die einzelnen Leitungen betrachten haben wir sich laufend ändernde Zustände. Eine solche Folge von Zuständen werden als Impulse bezeichnet.

Impuls oder nicht Impuls

Es ist nicht zu erkennen, ob Impulse hoher Frequenz (>50Hz) anliegen.

Es ist auch nicht zu erkennen, ob ein Impuls kurzer Zeit (<1ms) anliegt. Selbst dann nicht, wenn die kurzen Impulse mit langsamer Frequenz um 1Hz ankommen.

Wir brauchen eine Schaltung, mit der wir Impulse detektieren können.

Impulse am D-Register

Mit einem D-Register können wir einen einfachen Impulsdetektor bauen:

Impulsdetektor-D.png
Bild 1: Einfacher Impulsdetektor mit einem D-Register

Wenn das D-Register zurückgesetzt wurde, ist der Ausgang Q=0 solange, bis am Eingang eine Flanke von 0 nach 1 registriert wurde. Dann ist der Ausgang Q=1.

Um weitere Impulse zu erkennen, müssen wir zuvor das D-Register mit dem Taster zurücksetzen.

Die Schaltung kann nur Impulse mit steigender Flanke (von 0 nach 1) erkennen. Für die Erkennung einer fallenden Flanke (von 1 nach 0), müssten wir vor den Takteingang einen Inverter setzen.

Automatische Impulserkennung

Wir hätten gerne eine Schaltung, die Impulse mit steigender bzw. fallender Flanke erkennt und die wir nicht immer wieder zurücksetzen müssen. Wir möchten, dass sich das D-Register nach z.B. einer Sekunde automatisch zurücksetzt.

Die Flanken sind kein Problem, wir brauchen nur einen Inverter.

Das automatische Reset ...

Impulsdetektor-Mono_s.png
Bild 2: Impulsdetektor

Der Impulsdetektor in Bild 2 kann sowohl steigende als auch fallende Flanken erkennen. Das IC1A erkennt fallende Flanken. Bei der fallenden Flanke geht es in den Zustand Q=1. Nach einer gewissen Zeit fällt es wieder in den Zustand Q=0. Dort bleibt es, bis wieder eine fallenden Flanke auftritt. Die Zeit wird über den Widerstand R1 und den Kondensator C1 eingestellt. Sie beträgt mit R1=470kΩ und C1=1µF etwa 0,2s.

Ein Bauelement mit dieser Eigenschaft nennt sich monostabiler Multivibrator. Monostabiler, weil es nur in einem Zustand stabil bleibt. Aus dem anderen fällt es nach einiger Zeit wieder in den stabilen zurück.

Das IC1B ist die Schwester von IC1A. Sie erkennt steigende Flanken.

Monostabiler Multivibrator

Monostabiler-Multivibrator.png
Monostabiler Multivibrator

Die Schaltung und Anschlussbelegung der monostabilen Multivibratoren 74HC123, 74HC423 und 74HC221 ist gleich.

Diese monostabilen Multivibratoren haben zwei Trigger-Eingänge. Über den Eingang werden sie durch eine fallende , über B durch eine steigende Flanke getriggert. ist der Reset.

Die Ansteuerung des 74HC123 und 74HC221 ist in einer Wahrheitstabelle festgehalten.

B Q
H X H L H
X L H L H
L 1 Oneshot_up Oneshot_down
H H Oneshot_up Oneshot_down
X X L L H
L H Oneshot_up Oneshot_down

Wahrheitstabelle des 74HC123 und 74HC221

Von den Triggereingängen und B wird meistens nur einer zum Triggern benutzt. Der andere wird auf A̅=0 bzw. B=1 gelegt.

Der Reseteingang kann auch einen Trigger auslösen, wenn A̅=0 und B=1 sind. Das ist manchmal nicht erwünscht. Dann kann der 74HC423 genommen werden, dessen Wahrheitstabelle mit der obigen bis auf die letzte Zeile übereinstimmt.

Wenn der monostabile Multivibrator im monostabilen Zustand ist und ein weiterer Trigger eintritt, gibt es zwei Weisen der Reaktion:

  • retriggerbarer monostabiler Multivibrator:
    Trigger während des monostabilen Zustands verlängern diesen.
  • nicht retriggerbarer monostabiler Multivibrator:
    Trigger während des monostabilen Zustands werden ignoriert.

Der 74HC123 und 74HC423 sind retriggerbar. Der 74HC221 ist nicht retriggerbar.

Die Zeit, die ein monostabiler Multivibrator im monostabilen Zustand ist wird Haltezeit genannt. Die Haltezeit beträgt etwa th=0.45*R*C. Für Berechnung der Haltezeit von monostabilen Multivibratoren kann das Tool Monostabiler Multivibrator verwendet werden.

Der Impulsdetektor in Bild 2 wird jede bzw. Flanke eine LED für eine gewisse Zeit zum Leuchten bringen. Damit werden auch sehr kurze Impulse sichtbar. Wenn die Impulse so kurz nacheinander auftreten, dass die Anzeige noch nicht abgelaufen ist, wird diese verlängert, weil der 74HC123 retriggerbar ist. Bei hohen Frequenzen leuchten beide LEDs.

Zusammenfassung

Wir haben zwei Arten der Impulserkennung kennen gelernt.

  • Ein Impuls wird erkannt und bis zu einem manuellen Reset festgehalten.
  • Impulse werden verlängert.

Meistens ist die Verlängerung von Impulsen besser, aber wenn Impulse nur sehr selten und nach langer Zeit auftreten ist der manuelle Reset nötig.