Inhalt:
Theorie - Schaltungsablauf und alg. Begriffe - Post 1
Praxis - Erstellung und Aufbau der Platine - Post 2
Diodenmatrix - LED Beschaltung und Endergebnis - Post 3
Anwendungsbeispiel - Post 14
FAQ - Fragen und Antworten - Post 17
(Bitte zuerst hier lesen, statt wahllos Posten!!)
Projekt auch auf prytek.de nachlesbar!
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Theoretischer Teil:
Hallo zusammen
Dank meines Urlaubes habe ich mal aus Spaß angefangen, ein 100 Kanal Lauflicht zu erstellen mit einfachsten Standartbauteilen die ich noch in Mengen hier rum fliegen habe.
Im Vordergrund steht der bekannte NE555 Timer IC und der 74HC4017 Counter IC, beide für LED Basteleien unabdingbar.
Das ist ein gutes Projekt für Anfänger und auch eine knifflige Lötübung.
Unsere Schaltung besteht aus 3 "Abteilungen"
Netzteil (IC 4 = 7805), Multivibrator (IC 1 = NE555) und dem Dekadenzähler (IC 2, IC 3 = 74HC4017)
Datenblätter:
Im Prinzip und ganz grob erklärt funktioniert die Schaltung wie folgt:
Unsere 12V Gleichspannung kommt in unsere Schaltung und wird erst mal vom Spannungsregler 7805 (IC 4) auf 5V runter geregelt.
Dabei entsteht meist viel wärme, was aber bei 12V und unter 1A "Arbeit" in unserem Fall nicht wirklich relevant ist, da er nur höchstens lauwarm wird und eine Ausstattung mittels eines Kühlkörpers weg fällt.
Die Kondensatoren vor und hinter dem Spannungsregler, "glätten" die Spannung und fangen Spannungsspitzen ab, welche die IC`s beschädigen und schlimmsten falls zerstören könnten.
So, nachdem wir also unsere Betriebsspannung haben, verteilt sich der Strom direkt auf unsere einzelnen Komponenten, hier den NE555 und die beiden 74HC4017 IC`s und die Status LED.
Die weitere Spannungsversorgung, geht dann von den beiden 4017er aus, die dann unsere 100 LED`s erreichen werden, sowohl + und auch Masse (-) über unsere BC550 Transistoren.
Schritt eins des Ablaufs:
Der Ne555 (IC 1) erzeugt eine Frequenz (Mhz) und gibt diese, wir nennen Ihn jetzt mal "Takt", an den 74HC4017 weiter (IC 2).
Dieser arbeitet nun so, das jedes mal wenn er über den CLK Eingang vom Timer einen "Takt" bekommt, er einen Kanal weiter schaltet von Q0 bis zum zehnten Ausgang Q9.
Schritt zwei des Ablaufs:
Ist der 4017 (IC 2) dann von den Ausgängen Q0 bis Q9 einmal durch gegangen, gibt er über den CO Ausgang, einen weiteren "Takt" an den zweiten 74HC4017 (IC 3) weiter, der jetzt mit diesem "langsameren Takt" (1/10) auch seine Ausgänge durch schaltet.
An den Ausgängen des IC 3, also den zweiten 74HC4017 sind NPN Transistoren angeschlossen (BC550), die die Masse (-), die von den LED`s zurück kommt, nach bedarf durch schaltet.
Da der 4017 nur ein Positives "Signal" ausgibt, kann dieser nur mittels NPN Transistoren auch Negative "Signale" schalten.
Schritt drei des Ablaufs:
Wir haben nun unseren "Takt", die Positiven "Signale" geschaltet und die negativen "Signale" geschaltet, fehlt nur noch der Aufbau der LED`s.
An den 10 Ausgängen des 74HC4017, IC 2, hängen pro Ausgang, je 10 Anoden (+) der LED´s, also insgesamt 100 Anoden bei allen 10 Kanälen.
(Bsp. Ausgang Q0 (PIN 3) versorgt die Anoden von LED 1,11,21,31,41,51,61,71,81,91 / Ausgang Q1 (PIN 2) versorgt die Anoden von LED 2,12,22,32,42,52,62,72,82,92 usw.)
Während nun alle LED`s ihren "Saft" von IC 2 bekommen, regelt IC 3 die Kathoden (-) unserer LED`s, allerdings etwas anders als wie bei IC 2.
Unser IC 3 also der zweite 74HC4017 regelt nun die Negativen Signale.
Das macht er wie folgt;
Er greift sich nun bei Ausgang Q0 über den ersten NPN Transistor, die Kathoden von LED 1 - 10 ab, die an den Ausgängen von IC 2 an Q0 bis Q9 hängen.
Wichtig hierbei zu erwähnen ist, das die LED`s in 10er Gruppen aufgeteilt sind, wo in jeder Gruppe die Kathoden miteinander verbunden sind, so das nur noch "eine Kathode" entsteht, ergo also zehn 10er Gruppen.
So haben wir teilweise eine Diodenmatrix erschaffen und können so alle 100 LED`s mit nur jeweils 10 Ein- und Ausgängen steuern.
Schlusserklärung des Ablaufs:
Der Takt kommt von IC 1 in IC 2, geht über Ausgang Q0 von IC 2 zur LED 1, welche an den Ausgang von IC 3 an Q0 hängt, welcher von Anfang an durchgeschaltet ist und erlaubt, das der Strom über den BC550 abfließen kann.
Nach diesem Durchlauf verändert IC 2 seinen Ausgang auf Q1 während IC 3 immer noch Ausgang Q0 beschaltet.
Nun wieder vom Ausgang Q1 von IC 2 an die LED, welche über den Ausgang des IC 3 bei Q0 geschaltet ist.
IC 2 gibt erst einen "Takt" an IC 3 weiter, bis er einmal von Q0 bis Q9 durchgelaufen ist.
Nun bekommt IC 3 von IC 2 einen "Takt" und schaltet seinen Ausgang von Q0 auf Q1 hoch, somit sind nun die Kathoden von LED 11 bis 20 geschaltet.
Das machen beide IC`s in diesem Ablauf solange, bis sie einmal durchgelaufen sind und fangen dann wieder jeweils bei Q0 an.
Ein recht simples Prinzip.
Die Geschwindigkeit, also die Wiederholrate vom "Takt" des NE555, lässt sich mittels des Potentiometers (TR1) einstellen, von "langsam" zu "schnell", mittels des erzeugten Rechtecksignales des Timers.
Mit dem NE55 lässt sich somit auch ein "PWM" Signal erzeugen, aber das ist ein anderes Thema.
Hier Eine Tabelle, mit den Q-Ausgängen* von IC 2:
*in der Klammer dahinter die PIN Reihenfolge von der Stiftleiste. Oben = NE555, Unten = 2te 4017
Q0 ist PIN 3 (5) = LED:1,11,21,31,41,51,61,71,81,91
Q1 ist PIN 2 (6) = LED:2,12,22,32,42,52,62,72,82,92
Q2 ist PIN 4 (4) = LED:3,13,23,33,43,53,63,73,83,93
Q3 ist PIN 7 (1) = LED:4,14,24,34,44,54,64,74,84,94
Q4 ist PIN 10 (9) = LED:5,15,25,35,45,55,65,75,85,95
Q5 ist PIN 1 (7) = LED:6,16,26,36,46,56,66,76,86,96
Q6 ist PIN 5 (3) = LED:7,17,27,37,47,57,67,77,87,97
Q7 ist PIN 6 (2) = LED:8,18,28,38,48,58,68,78,88,98
Q8 ist PIN 9 (10) = LED:9,19,29,39,49,59,69,79,89,99
Q9 ist PIN 11 (8 ) = LED:10,20,30,40,50,60,70,80,90,100
Hier Eine Tabelle, mit den Q-Ausgängen* von IC 3:
*in der Klammer dahinter die PIN Reihenfolge von den Ausgänge mit BC550 rechts außen an der Platine.
Q0 ist PIN 3 (5) = LED 1-10
Q1 ist PIN 2 (6) = LED 11-20
Q2 ist PIN 4 (4) = LED 21-30
Q3 ist PIN 7 (1) = LED 31-40
Q4 ist PIN 10 (9) = LED 41-50
Q5 ist PIN 1 (7) = LED 51-60
Q6 ist PIN 5 (3) = LED 61-70
Q7 ist PIN 6 (2) = LED 71-80
Q8 ist PIN 9 (10) = LED 81-90
Q9 ist PIN 11 (8 )= LED 91-100
So, jetzt müsste eigentlich das Prinzip dieser Schaltung begreifbar sein, oder der Leser ist noch verwirrter als vorher
Nun folgt die Praxis