OR, NOR, XNOR und A v A = A
Ich hab ja eine Reihe von Kamera(Zubehör)Reparaturprojekten hier angekündigt bzw. warten andere noch auf Fertigstellung.
Das soll und wird auch alles geschehen :spitze:
Derzeit bin ich jedoch mit einem Fernlehrgang zur Digitalen Elektronik ausgelastet, den ich im Anschluss zu dem zur Analogen Elektronik mache.
Mit beiden zusammen habe ich die Chance, so in etwa zu verstehen, was sich elektronisch in F3, X-700 aber auch in meinen zahlreichen Motor Drives und sonstigem Zugehör abspielt.
Das Digitale ist eine harte Schule für mich, es verlangt klare Definitionen und folgt gnadenlos der Logik. Darauf muss sich mein Hirn erst einstellen, im Analogen gibt es ja oft noch Toleranzen, hier aber nicht mehr :peace:
Der Lehrgang zur Analogen Elektronik dauerte ein Jahr, der zur Digitalen benötigt ca. acht Monate.
Nachdem ich durch BIN-/HEX-Zahlen und logische Gatter getrieben wurde (s. Titel), erfreue ich mich gerade an der Schaltalgebra und demnächst KV-Diagrammen. Alles zu dem Zweck, logische Verknüpfungen flach zu halten.
Faszinierend, wenn man es verstanden hat - eigentlich simpel; aber bis ich es verstanden habe, ein harter Weg.
Mit dem Schraubendreher wird es so ab Herbst weitergehen, hoffentlich dann elektronisch auf höherem Niveau :spitze:
Schönen Sommer noch!
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Anhang 137065
Hier sind am Steckbrett zwei logische Bausteine mit einem Schiebeschalter und zwei Tastern verbunden.
Der Arduino darunter liefert in diesem Fall nur die Betriebsspannung von 5 Volt.
Nur wenn der Schiebeschalter (S4) EIN ist und beide Taster gleichzeitig gedrückt werden, leuchtet in dieser Schaltung die LED auf.
Anhang 137066
Man kann die Verbindungen am Steckbrett mit flexiblen Steckkabel (wie hier) oder mit starren Drahtbrücken herstellen.
Mit den Kabel geht es rascher aber es wird auch rasch unübersichtlich. Außerdem kommt es oft zu Kontaktproblemen.
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Deutlich aufgeräumter geht es auf dem Steckbrett zu, wenn der Arduino als Microcontroller die logischen Bausteine ersetzt.
Dafür wird er über eine Software (IDE) am PC programmiert und über USB verbunden.
Am Steckbrett bleiben nur mehr die LED und ihr zugehöriger Vorwiderstand. Die am Steckbrett integrierten Schalter werden mit der Schaltung über Kabel verbunden.
Anhang 137067
Der Arduino kontrolliert die Schaltvorgänge und liefert gleichzeitig die Betriebsspannung.
Diese Vereinfachung muss man sich durch das (teilweise) Erlernen einer Programmiersprache (C++) erkaufen.
Das Programmieren ist nicht ganz einfach aber auch nicht unmöglich.
Wie auch am Steckbrett mit den logischen Bausteinen gilt:
Ein Fehler und es klappt nicht.
Also auch eine Schule der Genauigkeit ;-)
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Software rund ums digitale Thema
Schaltungssimulation mit MultiSim auf dem PC
Anhang 137068
Aufbau einer EXOR-Schaltung über NAND- und NOR-Gatter.
Die LED (X3) rechts leuchtet nur dann auf, wenn entweder Schalter S1 oder Schalter S2 auf EIN ist.
Die Eingänge der beiden Schalter sind über Pull-Down-Widerstände auf Masse gelegt.
Das bedeutet, dass beide Eingänge bei Schalter auf AUS auf dem logischen Pegel LOW liegen (0V).
Bei EIN liegen die Eingänge auf HIGH (5 V).
LOW und HIGH entsprechen 0 und 1 im binären Zahlensystem.
0 und 1 stellen die beiden Zustände einer digitalen Schaltung dar.
Strom fließt oder fließt nicht.
Spannung liegt an oder nicht.
Programmierung eines NAND-Gatters über IDE auf dem Arduino
Anhang 137069
Zwei Pins des Arduino sind als Eingänge, ein Pin ist als Ausgang festgelegt (inPin1, inPin2, outPin).
Die beiden Eingänge liegen über virtuelle Pull-Up-Widerstände auf dem logischen Pegel HIGH (5 V)
Die - physisch tatsächlich existierenden - Schalter auf dem Steckbrett setzen die Eingänge bei Betätigung auf LOW, dafür sind sie mit Masse verbunden.
NAND invertiert AND, dh. die angeschlossene LED leuchtet, wenn
- Schalter 1 auf AUS und Schalter 2 auf EIN steht
- Schalter 1 auf EIN und Schalter 2 auf AUS steht
- beide Schalter auf AUS stehen
Stehen beide Schalter auf jeweils EIN, leuchtet die LED nicht.
Bei AND ist es genau umgekehrt.
Dokumentation einer Arduino-Schaltung mit Steckbrett über Fritzing
Anhang 137070
Mit Fritzing lassen sich Schaltungsaufbauten auf dem Steckbrett 1 : 1 zum Original darstellen.
Hier sind zwei logische Bausteine, eine LED, Widerstände und Schalter mit dem Arduino (als Spannungsquelle) verbunden.
Es findet jedoch keine Simulation der Schaltung statt.
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Logische Gatter wie AND, OR, NOT etc. arbeiten binäre Signale an ihren Eingängen unterschiedlich ab.
Bei einem AND-Gatter ergeben sich aus zwei Eingängen (A, B) folgende Ausgänge (X), die als sog. "Wahrheitstabelle" gezeigt werden können:
| A |
B |
X |
| 0 |
0 |
0 |
| 0 |
1 |
0 |
| 1 |
0 |
0 |
| 1 |
1 |
1 |
Man müsste also zwei Taster vor den beiden Eingängen eines AND-Gatters gleichzeitig drücken, um als Ausgabe zB eine LED leuchten zu lassen (1 - 1 - 1).
Da Schaltungen aus vielen Gattern, die miteinander verschaltet sind, gebildet werden können und die jeweiligen Gatter auch mehrere Eingänge haben können, wird das Arbeiten mit manuell erstellen Wahrheitstabellen schwierig.
In MultiSim können die Tabellen über eine eigene Funktion auf Knopfdruck erstellt werden.
Ein sog. "Logikwandler" wird an die Eingänge und Ausgänge der Gatterschaltungen angeschlossen und gibt zu den logischen Eingangspegel die zugehörigen Ausgangspegel an.
Hier am Beispiel einer NAND-Schaltung.
Zu überprüfen ist, ob die Ausgangspegel der Schaltungen 2, 3 und 4 ident sind (Verifikation des ersten Gesetzes von de Morgan).
Sie sind es :yes:
Zum Vergleich zeigt die erste Schaltung die Wahrheitstabelle für ein AND-Gatter, dessen Ausgänge sich zum NAND-Gatter verkehrt herum verhalten.
Anhang 137072
