Die Logikbausteine der 74er-Familie können u.a. einfache Logikoperationen durchführen, aber auch hilfreich sein, wenn man einen Zähler (z.B. für eine Uhr) umsetzen möchte. In diesem Beitrag wird ein Zähler aufgebaut, der kontinuierlich von 0 bis 99 hochzählt.
In diesem Fall wird der Zähler nicht manuell (also z.B. durch einen Knopfdruck) sondern durch einen
automatischen Taktgeber ausgelöst. Dafür kann man z.B. das Signal am Ausgang eines Mikrocontrollers
verwenden, aber hier wird einfach ein NE555-Zeitgeber mit dem Aufbau als
astabile Kippstufe mit einem Potentiometer verwendet, analog
zum Beitrag mit dem Blitzlicht mit NE555. Den Schaltplan für den
Aufbau kann aus diesen Beiträgen entnommen werden, wobei am Ausgang des Taktgebers keine LED benötigt wird,
sondern lediglich ein Kabel zum Eingang (CKA) des folgenden Dekadenzähler 74LS90.
Als zweite Stufe wird der Dekadenzähler 74LS90 verwendet, der ein Taktsignal in eine binär kodierte Dezimalzahl (BCD) umwandelt und an seinen 4 Ausgängen als HIGH- und LOW-Signale zur Verfügung stellt. Durch den Namen des ICs ist auch klar, dass der Chip nur von 0 bis 9 zählen kann und dann wieder von vorne beginnt.
| VCC | 5V |
|---|---|
| GND | GND/0V |
| R0(1), R0(2) | Reset-Eingänge (active HIGH): alle Ausgänge werden auf HIGH gesetzt |
| R9(1), R9(2) | Reset-Eingänge (active HIGH): alle Ausgänge werden auf LOW gesetzt |
| QA, QB, QC, QD | Ausgänge mit BCD |
| CKA (CLKA) | Eingang für Taktsignal (DIV 2) |
| CKB (CLKB) | Eingang für Taktsignal (DIV 5) (active LOW) |
Der 74LS90 besteht aus einem DIV-2 und einem DIV-5-Zähler innerhalb desselben Pakets. Also kann man entweder
einen Zähler verwenden, um nur einen DIV-2 (CKA an Taktsignal und CKB an GND) oder
einen DIV-5-Frequenzzähler (CKB an Taktsignal und CKA an GND) zu erhalten oder beide zusammen,
für den hier gewünschten DIV-10-BCD-Zähler. (CKA an Taktsignal und CKB an QA)
Wie im folgenden Schaltplan gezeigt, wird der Dekadenzähler 74LS90 als Zählerstufe aufgebaut, wobei das Taktsignal
(Clock) mit dem Ausgang der vorherigen NE555 am Pin #14 (CKA) verbunden wird. Somit liegen dann an den
Ausgängen A, B, C und D die aktuelle 4-bit-BCD an.
Dies wird durch vier LEDs an den Ausgängen veranschaulicht, wie der darauf folgende Schaltplan zeigt.
Wenn der Aufbau von Taktgeber und Zähler richtig durchgeführt wurde, sollten die LEDs nun beim Anlegen einer Spannung
(hier: 5V) im Takt des NE555 hintereinander die binör kodierten Zahlen von 0 bis 9 anzeigen, also: 0000,
0001, 0010, 0011, 0100, 0101, 0110,
0111, 0100 und 1001
Wie schon im Beitrag der 7-Segment-LED-Anzeige mit Arduino gezeigt, werden die Segmente der Displays wie gewöhnliche LEDs angesteuert und benötigen pro Segment einen Vorwiderstand. In diesem Fall ist darauf zu achten, dass die 7-Segment-Anzeigen eine gemeinsame Anode haben, denn der hier verwendete Decoder-IC funktioniert nur mit diesem Display-Typ.
Damit die einzelnen Segmente der LED-Anzeige für die entsprechende Ziffer richtig leuchten, verwenden wir hier den 74LS47 Dekoder, der eine BCD in 7 getrennte Ausgänge umwandelt, die direkt zur Anzeige verwendet werden können.
| VCC | 5V |
|---|---|
| GND | GND/0V |
| A, B, C, D | Eingänge für das BCD-Signal |
| LT | "Lamp Test Input" (active LOW) |
| RBI | "Ripple Blanking Input" (active LOW) |
| BI/RBO | "Blanking Input" (active LOW) bzw. "Ripple Blanking Output" (active LOW) |
| a, b, c, d, e, f, g | Segment-Ausgänge (active LOW) (Open-collector) |
Im Schaltplan sieht man, wie die 4 BCD-Eingänge und die 7-Segment-Anzeige verbunden werden.
Der Anschluss für den Punkt auf dem LED-Display bleibt leer, denn er kann in diesem Aufbau nicht
angesteuert werden. (LT, RBI und BI/RBO bleiben frei)
Wenn alle drei Stufen zusammenspielen, dann sollten Ziffern von 0 bis 9 auf dem 7-Segment-Display hochzählen und dann wieder bei 0 beginnen. (Evtl. muss die Geschwindigkeit des NE555-Taktes angepasst werden).
Um über 10 zählen zu können und damit einen zweistelligen Zähler und Display zu erhalten, muss man
zwei separate 74LS90 kaskadieren. Ein zweistelliger BCD-Zähler zählt von 00 bis 99
(binär: 00000000 bis 10011001) und wird dann auf 00 zurückgesetzt.
An die Ausgänge des zweiten 74LS90 muss natürlich eine weitere Stufe mit 74LS47 + Display gehängt werden, damit der zweistellige Zähler alle Zahlen anzeigen kann.
Als Alternative zu den oben genutzten 74LS90 und 74LS47 kann auch der CMOS CD4026 genutzt werden. Dieser hat den Vorteil, dass er das Zählen und Dekodieren in einem Chip beinhaltet, so dass die Schaltung etwas einfacher wird. Außerdem kann er in einem Spannungsbereich von 3V bis 12V betrieben werden.
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