1.5 Schaltungsentwicklung 1.5.1 Zeitmessung Zeitmessungen gehören zu den häufigsten Messungen. Oft sind sie die Grundlage für weitere Berechnungen. Es soll ein Zeitmesser entwickelt werden. Anwendungsfall: Es soll die Zeit gemessen werden, in der ein Körper eine Messstrecke durchquert. Messstrecke s A B Signalgeber für Ein- und Austritt in den Messbereich sind Reflexionslichtschranken. Die Messung startet mit dem Durchqueren der Lichtschranke A und stoppt mit dem Durchqueren der Lichtschranke B. Es soll mit einer Genauigkeit von 0,01 s gemessen werden. Der Zählerumfang soll 9,99 s betragen. WWU – Institut für Technik und ihre Didaktik – Hein Informationstechnik – 1.5 Schaltungsentwicklung 1

Entwicklung des Blockschaltbildes Takt-generator BCD-7-Segment-Coder BCD-7-Segment-Coder BCD-7-Segment-Coder & Zähler C R Zähler C R Zähler C R Signal-geber EIN S R Q & & & Signal-geber AUS Aufbau des Zählers 1. Einstellung des Zählumfangs „Verdrahtung“ 2. Anschluss der BCD-7-Segment-Coder 8. Takte an das Tor 3. Anschluss der 7-Segment-Anzeigen 9. Startsignal öffnet Tor Aufbau der Steuerung 10. Startsignal setzt Zähler auf 0 4. Taktgenerator 11. Weitergebe des Zählumfangs an die folgende Dekade 5. Messsensoren 12. Stop des Zählvorganges durch Rücksetzen des RS-FF 6. RS-FF zum Starten und Anhalten 7. Torschaltung für Zählimpulse Aufbau der Baugruppen WWU – Institut für Technik und ihre Didaktik – Hein Informationstechnik – 1.5 Schaltungsentwicklung 1

Vereinfachter Schaltungsentwurf Mit dem IC 4026 steht ein CMOS-IC mit folgenden Eigenschaften zur Verfügung: Dezimalzähler mit codiertem 7-Segment-Ausgang Eingang für Zählbereitschaft Cen, d.h. der Chip zählt nur, wenn Cen auf L liegt. Ausgang für die folgende Dekade +10 Takt-generator Zähler BCD- 7- Segment-Coder Cen C R +10 Zähler BCD- 7- Segment-Coder Cen C R +10 Zähler BCD- 7- Segment-Coder Cen C R +10 Signal-geber EIN S R Q Signal-geber AUS WWU – Institut für Technik und ihre Didaktik – Hein Informationstechnik – 1.5 Schaltungsentwicklung 1

RS-FF für Start und Stop Für die Steuerung des Zählers kann jede Art von RS-FF verwendet werden. & S R Q Im Beispiel ist eine Ausführung mit NAND-Gliedern angezeigt. Ebenso würde ein FF mit NOR- Gliedern oder ein IC möglich sein. T1 T2 RS2 RA1 RA2 RK2 RK1 RS1 RS-FF sind auch leicht mit diskreten Bauelementen realisierbar. zurück WWU – Institut für Technik und ihre Didaktik – Hein Informationstechnik – 1.5 Schaltungsentwicklung 1

Signalgeber Taktgenerator Mit einer Lichtschranke gesteuerter Schmitt-Trigger + UB & R1 R2 Durch den Kondensator entsteht ein Impuls. Ue Ua zurück Taktgenerator Astabiler Multivibrator mit dem Tastverhältnis 1:1 Die kleinste Zeiteinheit T des Zählers beträgt 10 ms. Das entspricht einer Frequenz von & C1 C2 R1 R2 G1 G2 ua Für die Frequenz des AMV gilt: Die Kapazitäten des Kondensatoren beträgt C = 100 nF. Für die Widerstände ergibt sich dann: zurück Frequenz mit Einstellreglern 50 k abgleichen. WWU – Institut für Technik und ihre Didaktik – Hein Informationstechnik – 1.5 Schaltungsentwicklung 1