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

Was heißt denn hier EINS

Attention ;-) In diesem Praktikum stellen wir unsere Logik auf den Kopf.

Zunächst lernen wir ein neues IC kennen, den 4049 mit sechs Invertern.

Inverter kennen wir bereits. Wir haben aus einem Gatter des 74HC00 einen Inverter erstellt.

  • Der 4049 enthält sechs Inverter.
  • Die positive Betriebsspannung VDD liegt an Pin 1,
  • die negative an Pin 8.

Der 4049 ist unter Bauelemente beschrieben.

Die folgende Schaltung verwendet nur drei Inverter.

Inverter-positiv-negativ.png
Bild 1: Drei Inverter

Die obige Schaltung zeigt drei Gatter des 4049 mit unterschiedlicher Beschaltung.

Wir haben die Stromversorgung des 4049 und die restlichen Gatter des 4049 mit dargestellt.

Die Schaltung links kennen wir: Durch den Widerstand R1 wird eine 0 am Eingang erzeugt. Der Taster T1 erzeugt eine 1. Der Inverter IC1A des 4049 invertiert den Zustand und die LED1 zeigt ihn an. Die LED1 zeigt an, dass der Ausgang des Gatters IC1A 1 ist. Wird der Taster T1 betätigt, erlischt LED1.

Die mittlere Schaltung ist fast identisch. Nur die LED2 liegt an Plus. Durch die LED2 fließt nur dann ein Strom, wenn der Inverter IC1B eine 0 ausgibt. Das ist dann der Fall, wenn der Taster T2 betätigt ist. Die LED2 zeigt an, dass der Ausgang des Gatters B 0 ist.

  • Die rote LED1 ist an Minus angeschlossen und leuchtet, wenn eine 1 am Ausgang liegt.
  • Die grüne LED1 ist an Plus angeschlossen und leuchtet, wenn eine 0 am Ausgang liegt.
  • Unsere Farben der LEDs sind rot für 1 am Ausgang und grün für 0.

Der dritte Inverter IC1C hat wie IC1A die LED nach Minus. Der Taster schaltet nicht nach Plus, sondern nach Minus. Wenn der Taster offen ist, wird durch den Widerstand R5 Plus als 1 an den Eingang des Inverters IC1C gelegt. Der Taster T3 schaltet dann eine 0 auf den Eingang. Die LED leuchtet, wenn der Taster T3 betätigt wurde.

  • Der Taster T1 schaltet nach Minus und erzeugt eine 0.
  • Der Taster T3 schaltet nach Plus und erzeugt eine 1.

Wir haben zwei neue Varianten der Eingabe und Ausgabe von Logik-Zuständen kennengelernt.

Regeln für 0 und 1

  • Wird eine LED über einen Widerstand von einem Logikausgang nach Minus angeschlossen, zeigt sie an, dass der Zustand am Ausgang 1 ist.
  • Wird eine LED über einen Widerstand von einem Logikausgang nach Plus angeschlossen, zeigt sie an, dass der Zustand am Ausgang 0 ist.
  • Wird ein Taster an den Eingang eines Gatters nach Minus gelegt und ein Widerstand nach Plus, wird beim Betätigen des Tasters eine 0 am Eingang erzeugt.
  • Wird ein Taster an den Eingang eines Gatters nach Plus gelegt und ein Widerstand nach Minus, wird beim Betätigen des Tasters eine 1 am Eingang erzeugt.

Positive Logik

Wir sind bisher stillschweigend davon ausgegangen, dass eine positive Spannung eine logische 1 bedeutet. Damit stimmen wir mit der üblichen Sichtweise überein.

Aber wer sagt denn, dass Plus eine logische 1 und Minus 0 ist. Wir könnten auch Minus zur 1 erklären. Alle Gatter würden das ohne zu murren hinnehmen. Elektrisch Ja, logisch meistens nicht. Die Inverter sind tolerant und funktionieren wie zuvor. Aber die Gatter im 7400 sehen das völlig anders. Aber lassen wir das.

High und Low

Diesem Dilemma mit positiver und negativer Logik wird meistens durch die Angabe von Pegeln begegnet. Bei der Beschreibung von Schaltungen, meistens Chips, wird nicht 0 oder 1 verwendet, sondern H (high) für positiven Pegel und L (low) für negativen. Für uns gilt:

H = 1
L = 0

Regeln für Low und High

  • Wird bei einer Logik die positive Spannung als 1 angesehen, sprechen wir von positiver Logik.
  • Wird bei einer Logik die negative Spannung als 1 angesehen, sprechen wir von negativer Logik.
  • Wir werden in Übereinstimmung mit fast allen nur positive Logik betrachten.
  • High und Low
  • für uns gilt
    H = 1
    L = 0

Negierte Anschlüsse

In Bild 1 sind die Inverter des 4049 mit einem kleinen Kreis am Ausgang dargestellt. Das bedeutet, dass der Ausgang des Gatters negiert ist. Ohne diesen Kreis würden die Gatter nicht invertieren. Der CMOS 4050 ist ein solches Bauelement.

74HC00.png
Bild 2: Die Gatter im 74HC00

Die Gatter des 74HC00 haben am Ausgang auch einen kleinen Kreis. Ohne diesen kleinen Kreis wären die Gatter AND. Der Kreis negiert das AND. Es wird zum NOT AND = NAND. Der 74HC08 enthält vier AND-Gatter.

Bezeichnung für negierte Anschlüsse

Bei manchen Bauelementen wird im Symbol auf den kleinen Kreis verzichtet. Dafür wird der Anschluss durch einen Überstrich gekennzeichnet. Aus Q wird der negierte Q, also Q ist NOT Q.

Regeln negierte Anschlüsse

  • Die Darstellung für negierte Anschlüsse ist nicht einheitlich
  • Din kleiner Kreis kennzeichnet einen negierten Anschluss
  • Wenn der Bezeichner eines Anschlusses überstrichen ist, ist er negiert:
    Q = NOT Q
  • Ein negierter Eingang ist bei 0 aktiv.
  • Ein negierter Ausgang gibt eine 0 aus, wenn das Ergebnis eine 1 wäre.

Weitere Versuche

  • Wir schließen an an den Eingang eines vierten Gatters des 4049 einen Taster nach Minus und an den Ausgang eine LED nach Plus an. (Widerstände ?)
  • Wann leuchtet die LED?

Fazit

Wir haben neue Möglichkeiten der Anzeige und Eingabe von Logik-Zuständen gelernt.

Außerdem haben wir unsere heile Logik-Welt positiv gerettet.