Neues im Elektronik-Kompendium

Zahlen in der Informatik

In der Informatik beschäftigt man sich hauptsächlich mit Ganzzahlen, Gleitkommazahlen und numerischen Datentypen. Hierbei stellt sich die Frage, was genau das für Zahlen sind und wie ein Computer diese Zahlen verarbeitet und darstellt.

 

Smart Computing

Bei Smart Computing geht es darum, Rechenleistung auf kleinstem Raum unterzubringen oder Rechenleistung durch Vernetzung verfügbar zu machen. Durch die Vernetzung kann man Rechenleistung und Funktionen auslagern, um jeden Gegenstand "smart" zu machen.

 

UPDATE: Opamp/Komparator oder 555er-CMOS: Toggle-Flipflop und Prellfrei-Schaltung



Ursprünglicher Auslöser zu diesem Elektronik-Minikurs, zum Thema mit einem CMOS-555-Timer-IC ein Toggle-Flipflop mit prellfreiem Tasten zu realisieren, war eine Diskussion im ELKO-Forum mit dem Titel "Problem mit FlipFlop" vom 19.06.2012 von Erhard. Diesen Thread findet man leicht mit der Eingabe dieses Titel im Suchfenster in irgend einer Seite im Elektronik-Kompendium (das ELKO). Olit, ein fleissiges und aktives Forum-Mitglied, hatte eine prima Idee, die ich im Versuch mit einem Steckboard testete. Danach folgten in drei Bildern einige Erweiterungen und eine genaue Beschreibung der Funktionsweise. Dieses Olit'sche 555-Toggle-Flipfop ist natürlich auch zu sehen.

Dazu kam eine weitere Möglichkeit, mit einem Opamp oder Komparator ebenfalls ein Toggle-Flipflop zu realisieren. Sinn macht so etwas dann, wenn in einem analogen Schaltteil, auf einem PCB-Board, ein einzelner Opamp eines Dual- oder Quad-Opamp nicht benötigt wird und dieser gerade für ein Toggle-Flipflop nützlich sein kann, dessen Ausgang z.B. für den digitalen Teil der Schaltung benötigt wird.

UPDATE: Neu dazu gekommen sind Prellfrei-Schaltungen, also Schaltungen die das Prellen von mechanischen Kontakten unterdrücken. Dazu gibt es bekanntlich unterschiedliche Methoden. Hier wird gezeigt wie das mit einem Komparator (oder Opamp) funktioniert und worauf es ankommt, wenn damit schnelle digitale Logik-ICs getaktet werden sollen. Das selbe wird gezeigt mit einem CMOS-555-Timer-IC LMC555 oder TLC555. Das Titelbild hier illustriert diese Thematik. Die drei Bilder erklären im Prinzip schon alles. Die genaue Beschreibung liest man im Minikurs.

Viel Spass und Gruss
Euer ELKO-Thomas

 

Maßeinheiten in der IT

Zur einfacheren Verarbeitung und Übertragung von Daten in und zwischen digitalen Systemen, weisen die Daten bestimmte Strukturen auf. Dabei handelt es sich um einzelne Zustände in Form von "0" oder "1" oder eben Gruppen von solchen Zuständen. Einzelne Zustände werden als Bit bezeichnet. Eine Gruppe von Zuständen wäre eine Bitfolge, die man zum Beispiel Byte oder Datenwort nennt.

 

TRANSIENT-PULSE-CONVERTER



Ein TRANSIENT-PULSE-CONVERTER? Was kann das wohl sein? Es ist eine Schaltung, die mit Hilfe eines Rechteck-Signalgenerators dazu dient, mit Impulsen digitale Schaltungen zu testen. Aber beginnen wir damit, was eine Transiente ist. Es gibt unterschiedliche Erklärungen. Die häufigste Vorstellung ist die der steilen Flanke von einem Impuls, jedoch keinesfalls die langsame Auf- oder Entladung eines Kondensators. Aber wieso eigentlich nicht, weil transient hat einfach nur etwas mit Durchschreiten zu tun. Eine Spannung, beginnend von einem fixen Spannungswert (z.B. GND) zu einem andern (z.B. +5V) oder in umgekehrter Richtung, ist eine transiente Spannung. Die lateinische Sprache leitet den Begriff Transiente von transire ab, und dies bedeutet so viel wie durchqueren oder durchziehen. Dies trifft auch auf Bild 1 zu. Mit einer Zeitkonstante von 1s wird der Kondensator auf- und entladen. Die ansteigende und die fallende Flanke an Ua sind Transienten. Ebenso natürlich die steilen Flanken der Rechteckspannung an Ue. Der TRANSIENT-PULSE-CONVERTER ist prinzipiell nichts anderes, als aus einer ansteigenden oder fallenden Spannungsflanke (Transiente) einen Impuls zu erzeugen und dazu benötigt man z.B. ein Monoflop, wie dies Bild 2 zeigt. Der Impuls selbst besteht natürlich aus zwei Spannungsflanken (Transienten).

Bild 3 zeigt zwei Arten von Monoflops. Zum leichteren Verständnis sind diese beiden Monoflops quasidikret mit HCMOS-Gatter und HCMOS-Inverter realisiert und im Minikurs entsprechend erklärt. Es hat damit zu tun, dass die eine Schaltung als Monoflop und die andere als One-Shot bezeichnet wird, obwohl beide (fast) das selbe tun. Im übertragenen Sinne geben sie auf einen Knopfdruck (Trigger, Auslöser) einen Schuss (Impuls) ab. Trotzdem besteht zwischen den beiden Schaltungen ein funktioneller Unterschied, der je nach Anwendung eine wichtige Bedeutung haben kann.

Die Schaltung des TRANSIENT-PULSE-CONVERTER, mit einigen Zusatzfunktionen, ist das Produkt aus der Zeit, als die TTL-Logik von grosser Bedeutung war. Diese Schaltung ist beschrieben und nachbaubar. Die LS-TTL-ICs sind noch alle erhältlich, evaluiert in drei Elektronik-Distributoren. Bild 3 zeigt den One-Shot mit HCMOS-ICs. Der One-Shot in HCMOS eignet sich für den Ersatz des TTL-Monoflop 74LS221 mit dem Vorteil, dass die minimal einstellbare Impulszeit 20 ns statt 40 ns beträgt. Es liegt beim interessierten Leser anstelle einfach nur nachzubauen, selbst die ganze Schaltung in HCMOS zu modernisieren.

Bild 4 zeigt wie einfach eine Logik-Pegel-Wandlung sein kann vom ausgangsseitigen TTL- oder HCMOS-Logikpegel zur noch moderneren LVCMOS-Logik (+Ub = 3.3 VDC). Beim TTL-Ausgang geht's sogar mit nur einem Widerstand (Teilbild 4.1). Diese innere TTL-Schaltung eines Inverters (7404) bietet dem modernen Azubi und Studenten einen kurzen Einblick in einen Teil des digitalen Elektronik-Alltag der 1970er-Jahre. Ab 1980 begann das Zeitalter des CMOS.

Viel Spass und Gruss vom
ELKO-Thomas

 

IoT-Funksysteme

Aktuell konkurrieren mehrere Funksysteme, die die Anforderungen an ein IoT-Funksystem erfüllen, um die Gunst der Anwender. Auf der einen Seite die Weiterentwicklung vorhandener Mobilfunksysteme und auf der anderen Seite propritäre Lösungen, die einen neuen Standard schaffen wollen, der die spezifischen IoT-Anforderungen erfüllt.

 

Raspberry Pi: Der GPIO, das unbekannte Wesen

GPIOs kann man wahlweise als Eingänge und Ausgänge nutzen. Natürlich in Abhängigkeit ihrer Konfiguration. Es wird empfohlen, GPIO-Eingänge mit einem Pullup- oder Pulldown-Widerstand zu beschalten. Hierbei ergeben sich zwei Fragestellungen:

Warum sollte ein Pullup- oder Pulldown-Widerstand nicht kleiner als 10 kOhm sein?

Warum sollte ein Pullup- oder Pulldown-Widerstand kleiner als 10 kOhm sein?

 

Update: NE555 als monostabile Kippstufe

Das Monoflop oder die monostabile Kippstufe ist eine der beliebtesten Anwendungen mit dem Timer-IC NE555. Mit wenigen externen Bauteilen kann man schon interessante Effekte erzielen.
Der Name kommt daher, weil diese Kippstufe nur einmal einen Impuls am Ausgang (A) abgibt, wenn ein kurzzeitiger Impuls von etwa 0 V am Eingang E (Pin 2) anliegt.

Ergänzt wurden Ansteuerungsvorschläge für Pin 2.

 

TTL-CMOS-Converter



Dieser Elektronik-Minikurs zeigt einerseits was man tun kann, wenn man alte Digitaltechnik in TTL mit CMOS kombinieren will und anderseits gibt es dem heutigen Azubi und Studierenden im Bereich der Elektrotechnik einen gewissen Einblick in eine Digitaltechnik, die vor dem Aufkommen der CMOS-Technologie hochaktuell war. Es gibt aber noch weitere Vorteile...

In den Zeiten als man digitale Schaltungen mit TTL-ICs realisierte, hatte man für den Test einen Impulsgenerator mit ausreichend hoher einstellbaren maximalen Frequenz, sowie einstellbare Impulsamplitude und einstellbarem Tastgrad. Oder man hatte einen Funktionsgenerator, der dies auch kann und zusätzlich noch Sinus- und Dreieckspannungen erzeugte für Tests an analogen Schaltungen. Solche Geräte waren damals teuer und deshalb musste man sich gut überlegen, ob es sich nicht lohnt, für ein Test- oder Praktikumlabor, eigene kleine Impulsgeneratoren in einfacher Ausführung zu realisieren, die einzig dem Zweck dienen, TTL-Schaltungen zu testen oder zu demonstrieren. Es geht dabei um das Taktsignal, den Clock. Oft genügte eine maximale Frequenz von 1 MHz.

Oder es gab die Situation, dass man zum Testen analoger Schaltungen genügend Sinusgeneratoren hatte, jedoch gab es nur ein paar wenige Impulsgeneratoren, die es auf nur wenige 100 kHz brachten. Wollte man analog/digitale Mix-Schaltungen testen, genügte der Sinusgenerator, aber der Impulsgenerator nicht. Also war die Situation klar, man baute kleine TTL-Taktgeneratoren mit entsprechend geringem Aufwand.

Als 1980 das Jahrzehnt des CMOS begann (Proklamation von MOTOROLA) änderte sich allmählich die Szene. Es kamen digitale CMOS-Schaltkreise, je länger desto häufiger, zum Einsatz. Diese haben den immensen Vorteil sehr sparsam zu sein, weil CMOS-Schaltreise im taktfreien Zustand, je nach Beschaltung, praktisch keine Leistung benötigen. Die Leistung ist nur noch abhängig von der Taktfrequenz. Es entstanden auch analoge CMOS-Schalter, die von der digitalen CMOS-Logik gesteuert werden. Damit man für den Test solcher Schaltungen die selbst gebauten einfachen Impulsgeneratoren weiterhin benutzen konnte, baute man so genannte TTL-CMOS-Converter, welche den Pegel von TTL nach CMOS anpassen.

Mehr dazu in diesem neuen Elektronik-Minikurs, der zeigt, dass man solche Schaltungen auch für andere Pegelanpassungen und Projekte verwenden kann. Dazu kommt, dass im Falle einer diskreten Eingangsstufe mit Transistor (BJT) noch etwas zum Thema Miller-Effekt vermittelt wird. All dies sehr praxisbezogen. Man kann alles sofort auf einem Testboard nachvollziehen. Eine Testmethode mit sehr grossem Lern- und Erfahrungseffekt.

Gruss Euer
ELKO-Thomas

 

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