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An dieser Stelle reden wir
von echten Dino's der Mikroelektronik - und unverdrossen werden diese seit
nunmehr 52 Jahren nahezu unverändert hergestellt. Leider sind sie
vergleichsweise wesentlich teurer, als ein kleiner Microcontroller, welcher
zu wesentlich mehr in der Lage ist - das betrachten wir hier aber nicht. Sie
öffnen den Blick für das Gesamtsystem "Logik"! |
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Praktischer Entwurf von Logikschaltungen |
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Logikaufbau mit IC's |
TTL-Schaltkreise können eine Lösung sein,
wenn man noch über 'ne "Bastelkiste" verfügt (... aber wer hat so etwas 2019
schon noch???) ;-)
Sie sind "stromintensiv" - alt, schnell - und somit immer noch da (zumindest
partiell - der SN74LS192 wurde gerade jetzt abgekündigt - heißt: nicht mehr
hergestellt)
Liste meiner "Lieblings"-TTL-Digitalschaltkreise:
7400, 7402, 7404, 7408, 7410, 7411, 7414, 7420,
7421, 7427, 7430,
7450 |
... auch CMOS-Schaltkreise können
eine Lösung sein, wobei bei diesen aus technischen Gründen im März
2019 noch sehr viele verfügbar sind.
Sie sind extrem sparsam - alt, relativ langsam - aber immer noch da.
Einige Logik-IC's sind gar nur noch als CMOS-Versionen verfügbar -
muss man immer aktuell nachschauen - die Treiber sind es nicht - diese
Eigenschaft ist den Low-Power-Shottkys vorbehalten.
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Hierzu gibt es verschiedenste
"Spezialanwendungen" bis hin zu EAGLE als Elektronik-CAD-Software. Das wäre
aber für unsere Zwecke sowie vor allem das Können und auch die reinen
Möglichkeiten vollkommen überzogen. Das geht auch einige Nummern kleiner.
SPL-Editor von ABACOM oder eben ein einfaches Grafikprogramm tun hier auch
schon Abhilfe. Im dümmsten und somit gleichzeitig aufwändigsten Fall muss
man die Schaltpläne eben ganz herkömmlich und analog auf Papier zeichnen -
ergibt ja evtl. auch richtige Lösungen. |
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- ganz so einfach ist die Praxis übrigens nicht - die Schaltungsvorschläge
sind idealisiert und stark vereinfacht - sie sind instabil und schalten unter
Extrembedingungen so nicht mehr zuverlässig
- die Schaltungsvorschläge enthalten das Ausgangssignal und steuern zugleich
noch eine Leuchtdiode - das ist in der Praxis völlig unzulässig - man
verwendet so genannte BUS-Treiber - häufig gleich 8 Bit breit (eine Art
Transistorstufen)
- jeder einzelne Schaltkreis wird zusätzlich mit einem so genannten
Stützkondensator versehen - dieser gewährleistet das "Durchsteuern" von L nach
bzw. umgekehrt - dabei entstehen im Nanosekundenbereich kurze Spitzenströme -
Spikes - diese müssen stromtechnisch abgefangen werden
- auch die Eingabesignale sind durch das D-Flip-Flop stark reduziert - in der
Praxis dürfen auf mehrere Millionen Schaltvorgänge keine "Fehlfunktion" stehen
- das kann unsere Schaltung so nicht sicher leisten
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- ... einige der Schalkreise sind so richtige "Universalgenies" - andere
lassen sich durch "Standards" ersetzen
- ... einige haben eine große Anzahl von Eingängen, was für reale
Logikschaltungen sehr wichtig ist
- ... der SN74LS00 (vier zweifach Eingangs-NAND),
- ... der SN74LS11 (drei
dreifach Eingangs-AND)
- ... der SN74LS14 (sechs Negatoren mit Schmitt-Trgger-Eingängen),
- ... der SN74LS30 (ein achtfach Eingangs-NAND)
- ... der SN74LS40 (zwei vierfach Eingangs-NAND) mit
Treiberstufen
- ... der SN74LS260 (zwei fünffach Eingangs-NOR)
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SN74LS00 - 4
mal 2-Eingangs-NAND - Preis: 0,95 € (TEXAS-Instruments - bei anderen
Anbietern preiwerter!)
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SN74LS02 - 4
mal 2-Eingangs-NOR - Preis: 0,67 € (TEXAS-Instruments - bei anderen
Anbietern preiwerter!)
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SN74LS04 -
6-fach-NEGATOR - Preis: 0,67 € (TEXAS-Instruments - bei anderen
Anbietern preiwerter!)
- SN74LS08 -
4
mal 2-Eingangs-AND - Preis: 0,49 €
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SN74LS10 -
3 mal 3-Eingangs-NAND - Preis: 0,60 €
- SN74LS11 - 3
mal 3-Eingangs-AND - Preis: 0,25 €
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SN74LS14 -
6-fach-NEGATOR mit Schmitt-Trigger Eingängen -
Preis: 0,50 €
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SN74LS20 - 2
mal 4-Eingangs-NAND - Preis: 0,99 €
- SN74LS21 - 2
mal 4-Eingangs-AND - Preis: 0,55 €
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SN74LS27 - 3
mal 3-Eingangs-NOR - Preis: 0,79 €
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SN74LS30 - 1
mal 8-Eingangs-NAND - Preis: 0,71 €
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SN74LS32 - 4
mal 2-Eingangs-OR - Preis: 0,50 €
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SN74LS40 -
2 mal
4-Eingangs-NAND mit Treiberstufen
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SN74LS42 -
1 aus
10-DECODER mit Treiberstufen
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SN74LS53 - 2/2/2/2-Eingangs-AND/NOR
(... aus dem Ding kann man mit etwas Zusatzlogik bequem ein 9-Eingangs-AND
"basteln")
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SN74LS164 -
8-Bit-seriell-parallel-Schieberegister
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SN74LS251 -
8 zu 1
MULTIPLEXER mit negiertem und nicht-negiertem Ausgang sowie negiertem
STROBE
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SN74LS260 -
2
mal 5-Eingangs-NOR - Preis: 0,97 €
(November 2020 - Resteabverkauf)
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im Word-Format
 Dateidownload
im EXCEL-Format
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- ... die meisten IC's kosten derzeit unter 1,- € - leider sind die
besonders beliebten nicht mehr verfügbar - auch wurden einige davon
ausschließlich in der DDR als "Sondertypen" produziert - die erzielen derzeit
exotische Summen (... gibt's ja nur noch in Resten!)
- ... hier sind kleine technische "Wunderwaffen" vertreten - auf diesem
Niveau nicht nur logisch intelligent, sondern auch richtungsabhängig (bidirektional)
- ... bei Anwendung dieser Bauelemente müssen Stützkondensatoren pro IC
verwendet werden und ein größerer Kondensator für die Gesamtschaltung, da die
Schaltkreise nun auch "Lasten" schalten müssen - und damit sind die
elektrischen Eigenschaften grundsätzlich anders
- ... auch künftig sind die Treibereigenschaften
(... nichts weiter, als allerdings raffiniert organisierte Verstärker) einiger dieser Typen von großer
technischer Bedeutung (... heute sind sie bereits in vielen VLSI-Schaltkreisen
von vorn herein mit integriert - Ports der Microcontroller)
- ... einige haben Schmitt-Trigger-basierende Eingänge
- ... viele haben Ausgangs-Leistungstreiberstufen - können also Strom für
externe Quellen liefern (... das liegt aber immer noch im mA-Bereich!)
- ... viele besitzen Tri-State-Eigenschaften - also neben "H" und "L" auch
noch einen Sperrzustand (... da kommt nichts rein oder raus)
- ... auch ein Latch (... ein Eingangsspeicher, welcher sich das anliegende
Signal merkt, selbst wenn bereits ein neues Eingangssignal praktisch anliegt) ist in
vielen IS integriert (Treiber, Register)
- Schieberegister sowie Zähler bieten vielfältigste Funktionalität
- ... die Decoder-Eigenschaften sind vielfältig - 1 aus n DECODER, BCD zu
Siebensegment-Decorder - bis Three-Access-DECODER sind in der Palette
- ... einige Schaltkreise sind in ihren Funktionen teilidentisch - können
also ausgetauscht werden - nur wenige sind pingleich
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Spezifika zu einigen der IC-Highlights:
- SN74LS85 -
2-Bit Komperator - Preis: 1,15 €
- SN74LS86 -
4 mal 2-Bit XOR - Preis: 0,62 €
- SN74LS245 -
8-Bit bidirektionaler BUS-Treiber - Preis: 0,81 €
- SN74LS193 - 4
Bit Hexadezimalzähler - Preis: 1,00 €
- SN74LS194 -
4
Bit universelles Rechts-/Linksschiberegister -
Serien-Parallel/Parallel-Serien-Register (...
auch heute noch neu verfügbar)
- SN74LS195 - 4
Bit universelles Rechts-/Linksschiberegister -
Serien-Parallel/Parallel-Serien-Register (nur
noch in Bastlerkisten verfügbar)
- V40511 - BCD
zu Siebensegment-Decoder - hexadezimal - DDR-Produktion
(nur noch in Bastlerkisten verfügbar und
schweineteuer)
- CD4511 - BCD
zu Siebensegment-Decoder - dezimal
- SA52-11/SA52-12 -
Sieben-Segmentanzeige - wahlweise mit gemeinsamer Anode (SA52-11) oder
Cathode (SA52-12) - Preis: 2,84 €
- HF115F-005-S3 (Hochfrequenz-Relais - dies spielt für uns keine
Rolle!!!) -
Kleinrelais 5V, 1 Wechsler, 16A, RT III - Preis:
1,80 €
- G5V-1 5V
Subminiaturrelais, 1x Wechsler, 125VAC/60V 1A, 5V -
Preis: 0,71 €
- G6K-2P 5V
Subminiaturrelais, 2x Wechsler, 125VAC/60V 1A, 5V - gepolte Spule -
Preis: 2,35 €
- intel 8282/8283 -
8-Bit BUS-Treiber - das Original von INTEL aus dem Jahre 1978 -
speziell entwickelt für den 16-Bit Prozessor intel 8086 (... die gibt's
aber heutzutage nur noch in Bastlerkisten) - intel 8283 mit negierenden
Ausgängen
- SN74LS299 -
Universeles 8-Bit Rechts/Links-Schieberegister & Latch -
parallel/seriell Input/Output
- intel 8212 -
8-Bit
bidirektionales Fangregister mit Treiberstufen - Vorgänger des PIO
- intel 8286/intel 8287 -
8-Bit bidirektionale Treiberstufe - intel 8287 mit negierenden
Ausgängen
- 74373 - Acht
D-Latches (gemeinsamer Hyst-Enabled-Eingang mit Negation) - Preis:
ca. 0,67 €
- 74374 - Acht
taktflankengetriggerte
D-FLIPFLOP (gemeinsamer Hyst-Takt-Eingang; retriggerbar) - Preis:
ca. 0,76 €
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- ... das ist eine wirkliche "Hammersammlung" - leider
ist eine Vielzahl davon klassisch nicht mehr verfügbar, da relativ bequem
durch Microcontroller zu ersetzen sind
- ... der SN74LS299 - ein universelles Rechts-Links
Schieberegister mit seriell/parallele-Wandlerfunktion - schaltbar
- ... der SN74LS245 bidirektionaler 8-Bit BUS-Treiber
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- ... hier sind kleine technische "Wunderwaffen" vertreten - auf diesem
Niveau nicht nur logisch intelligent, sondern auch richtungsabhängig (bidirektional)
- viele Funktionen wie zum Beispiel Zähler sowie je nach Verfahren
angesetzter Decoder werden hier kombiniert - dies wurde in den digitalen
Grundelementen aus Integrationsgründen noch getrennt - man hatte einfach nicht
die entsprechende Chipfläche zur Verfügung
- teilweise - klar aus der Erfahrung heraus resultierende Einzelfunktionen
in extrem stromsparender Technik und in minimale Flächen beanspruchende
Technologie
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Spezifika zu einigen der IC-Highlights -
einschließlich Preise sowie Verfügbarkeit (Stand: April 2020):
- CD4001 -
4 mal 2-Eingangs-NOR - Preis: 0,31 €
- CD4007 -
NEGATOR und 2 Komplementärtransistoren - Preis: 0,35 €
- CD4011 -
Vier mal 2-Eingangs-NAND - Preis: 0,35 €
- CD4012 - Zwei mal 4-Eingangs-NAND -
2020 nicht mehr verfügbar
- CD4015 -
2 mal 4-Bit Schieberegister - Preis: 0,35 €
- CD4017 -
5-Bit-JOHNSON-Dezimal-ZÄHLER (synchron mit zehn decodierten Augängen)
- Preis: 0,33 €
- CD4019 - Vier 2 zu 1 MULTIPLEXER mit
gemeinsamen Adresseingang - Preis: 0,43 €
- CD4023 - 3 mal 3-Eingangs-NAND -
2020 nicht mehr verfügbar
- CD4027 - 2
JK-Flip-Flop - Preis: 0,35 €
- CD4028 -
BCD zu Dezimal-DECODER BCD zu 1 aus 10 - Preis: 0,50 €
- CD4029 -
Presetable UP-/Down-Counter - Preis: 0,69 €
- CD4030 -
Vier 2-Eingangs-EXLUSIV-OR - Preis: 0,33 €
- CD4033-
Synchroner Dezimalzähler mit nachfolgendem Sieben-Segment-Decoder -
derzeit nicht mehr verfügbar - lediglich
Bastelkisten sowie hochbezahlte ebay-verfügbarkeit
- CD4034 - (eine Wunderwaffe der Micoelektronik in stromsparender
Technologie) -
8-Bit bidirektionaler Parallel/Seriell Ausgangstreiber - BUS-Register-
derzeit nicht mehr verfügbar - lediglich
Bastelkisten sowie hochbezahlte ebay-verfügbarkeit
- CD4038 - Drei 2-Bit-VOLLADDIERER ser.
negative Logik - 2020 nicht mehr verfügbar
- CD4042 - Vier D-Latches mit gemeinsamen
Enable - 2020 nicht mehr verfügbar
- CD4044 - Vier RS-Latches mit gemeinsamen
Enable; Tri State - 2020 nicht mehr verfügbar
- CD4048 - Programmierbares
Mehrfunktionsgatter mit 8 Eingängen - 2020 nicht mehr verfügbar -
aber bei mir noch Reste in der Bastelkiste
- CD4050 -
Sechs invertierende TREIBER - Preis: 0,43 €
- CD4051 -
8 zu 1 MULTIPLEXER/DEMULTIPLEXER (1 aus 8) mit 3 Bit Adresseingang, für
Analogsignale - Preis: 0,44 €
- CD4078 - 8
Eingangs NOR-
derzeit nicht mehr verfügbar - lediglich
Bastelkisten sowie hochbezahlte ebay-verfügbarkeit
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- ... Speicher - egal aus welcher Ecke haben die dumme Eigenschaft, dass sie
erst dann etwas sinnvolles tun, wenn sie entsprechend programmiert sind
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Spezifika zu einigen der IC-Highlights:
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Den größten Anteil kann man
derzeit noch mit Standard-IC-Typen der 74er TTL-Baureihe realisieren, auch
wenn die Schaltkreise oft noch aus den Vorwendejahren und aus DDR-Produktion
stammen. Sie funktionieren tadellos - ziehen nur einen größeren
Betriebsstrom - sie sind aber auch höher an der Ausgangsseite belastbar. |
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Bauelementeauswahl zur
technischen Realisierung der folgenden Projekte |
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7400/03 |
4 mal 2-Eingangs-NAND |
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7411 |
3 mal 3-Eingangs-AND |
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7427 |
3 mal 3-Eingangs-NOR |
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7432 |
4 mal 2-Eingangs-OR |
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7485 |
4-Bit-KOMPARATOR |
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74137 |
1 aus 8-DEMULTIPLEXER (DECODER) mit
Adress-Latch und STROBE |
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74138;
i8205 |
1 aus 8-DEMULTIPLEXER (DECODER) STROBE |
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74150 |
16-zu-1-MULTIPLEXER |
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74151 |
8-zu-1-MULTIPLEXER mit negiertem und
nichtnegiertem Ausgang; STROBE |
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74153 |
Zwei 4-zu-1-MULTIPLEXER mit
gemeinsamen Adresseingängen |
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74154 |
1 aus 16-DEMULTIPLEXER (DECODER)
STROBE |
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74180 |
9-Bit-Paritätsgenerator/8-Bit
Paritätsprüfer |
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74193 |
4-Bit-Binär-ZÄHLER/TEILER
(synchron; voreinstellbar; zwei Takteingänge) |
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74299 |
8-Bit-SCHIEBEREGISTER
(par. Eing./ser. Ausg.)
Eingangsmultiplexer |
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74374 |
Acht D-Latches mit gemeinsamen Hyst.-
Takt-Eing. |
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74518 |
8-Bit-KOMPARATOR |
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74800 |
3 mal 4-Eingangs-AND/NAND |
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74832 |
2 mal 5-Eingangs-OR |
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Schnellübersicht zu den Besonderheiten der einzelnen Typen - diese sind 2019
auch wirklich alle so noch im Einsatz:
- Standardbezeichnung lautet: SN74XX (SN steht für
National
Semiconductors) - das können auch andere Firmenbezeichnungen sein - in der
DDR D 1XX
- ... für alle Schaltungen werden die Einzel-IC's immer mit dem Standard
bezeichnet - also SN 74XX oder SN 74XXX
(... oberhalb SN7499)
- die Low-Power-Shottky Baureihe trägt die Bezeichnung SN74LSXX
- in der DDR DL 0XX - oberhalb 099
dann DL
XXX
- bei Standard- und LS-Typen können nicht benötigte Eingänge offen gelassen
werden - die interne Logik erkennt dies dann als "H"
- der so genannte Lastfaktor beträgt max. 10 - heißt: an einem Ausgang
dürfen 10 Eingangslasten gekoppelt sein
- CMOS-Schaltkreise sind instabil wenn Eingänge offen sind - im Zweifelsfall
beschalten, das reduziert die Fehleranfälligkeit
- es gibt eine eigene Logik-Reihe in
CMOS-Technologie (40XX - bzw. 40XXX)
- ebenfalls heute noch gefertigt bzw. verfügbar - wichtig: im Spannungsbereich
von ca. 5 Volt sind sie mit den Standard-IC's kombinierbar - allerdings
ausgangsseitig nicht so hoch belastbar (... eine LED benötigt dann bereits
einen Verstärker!)
- in der DDR als V 40XX - bzw. V 40XXX
verefügbar
- in der DDR wurde eine kleine Reihe spezifischer Schalkreise innerhalb der
40XXX - Serie weiter entwickelt und und durch
extrem gut durchdachte Zusatzfunktionen stark bereichert - dies kann man
besonders gut an diesem Typ erkennen - mit Eingangs-Latch, da wurde trotz
CMOS-Technologie die Treiberstufe in TTL realisiert und um den vollen
HEX-Bereich ergänzt - V 40511
- eine besondere Rolle spielt die HCT-Baureihe - hier wird erfolgreich
versucht, die 74er-Baureihe mit günstigeren Betriebsverhalten auszustatten. -
es ist die Baureihe 74XX mit CMOS-Eigenschaften - also extrem geringen
Betriebsströmen
- bezeichnet mit SN74HCTXX bzw. SN74HCTXXX
- Tri-State-Ic's verfügen eben neben den allgemein bekannten Schaltzuständen
"High", "Low" und "kaputt" noch über den vierten logischen Zustand eingangs-
/und oder ausgangsseitig "floatend", was überstzt nichts weiter als "ZU"
bedeutet
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als CorelDraw11.0-Datei
Kanonisch
Disjunktive Normalform mit 3 Eingängen
Download als
CorelDraw 11.0-Datei
