Lauflicht mit einem 4015

Lichteffekte, Experimente und ein Lauflicht mit einem IC MC14015 bzw. CD4015

Als mir kürzlich ein MC14015 (natürlich geht auch der CD4015) in die Finger kam, wollte ich einige Experimente mit ihm machen. Dazu braucht man zuerst einmal ein Datenblatt, um etwas mehr über den IC zu erfahren. Das findet man ganz einfach bei Google. Dort erfahren wir, dass es sich um ein "Dual 4-Bit Static Shift Register", also ein doppeltes 4-Bit Schieberegister handelt. Was ist nun ein 4-Bit Schieberegister? Ein Schieberegister ist ein logisches Schaltwerk. Dabei wird der Speicherinhalt (1 Bit; ist entweder 0 = kein Strom oder 1 = Strom) bei jedem Arbeitstakt weitergeschoben. Bei einem 4-Bit Schieberegister ist die "Speicherkapazität" also 4-Bit, das heisst man kann 4 Speicherinfomationen (0 oder 1) speichern.
Im Datenblatt steht auch noch "Serial to parallel data conversion". Also eine Umwandlung von Seriell zu Parallel. Seriell und Parallel findet man zum Beispiel auch bei Computeranschlussen und es bedeutet folgendes: Seriell heisst, dass die Daten nacheinander übermittelt werden. Parallel heisst, dass Daten eben parallel, also gleichzeitig auf mehreren Kanälen übermittelt werden. Der 4015 wandelt also Serielle Signale in Parallele um. Das heisst nun konkret, dass eine Anwendung dieses 4-Bit-Schieberegisters die Umwandlung von seriell nach parallel ist.

Schaltung
Was das Ganze mit Lichteffekten zu tun zeige ich am besten gleich anhand eines Schaltplans.
Hier wurde als Arbeitstakt bei dem Schieberegister A einen Takt von einem Multivibrator auf den Eingang CLKA gelegt. Weiter wurden an die vier Ausgänge Q1A bis Q4A je eine LED mit Vorwiderstand 3,3kOhm gelegt. Der Resetkanal A RSTA und der Dateneingang A DA wurden mit einem Widerstand auf Minus gelegt und mit einem Taster zum Plus versehen.

Was geschieht nun?
Schliesst man die Batterie an, passiert vorerst nichts, da am "seriellen" Eingang DA noch nichts gedrückt wurde. Legt man mit S2 (Prog.) den Eingang DA auf Plus leuchtetet die LED an Q1A auf. Also kann man sagen Q1A liegt auf 1. Das Leuchten wandert nun im Takt des Multivibrators zu Q2A usw. bis es nach Q4A verschwindet. Nun kann man natürlich auch mehrere LED gleichzeitig zum Leuchten bringen.


Lauflicht
Aus dieser Schaltung kann man ganz einfach ein Lauflicht bauen. Wie wir schon in der oberen Schaltung sehen, haben wir noch einen Widerstand von Q4A zu DA, was dazu führt, dass sich das Muster im Lauflicht immer wiederholt. Das Leuchten "verschwindet" also gar nicht nach Q4A sondern erscheint wieder bei Q1A.

Wir haben aber ja noch ein zweites 4-Bit Schieberegister und das wollen wir ja nicht einfach so leerlassen, sonden wir können es auch noch einbeziehen, wodurch wir zu einem 8-Bit Schieberegister beziehungsweise zu einem 8-Kanal-Lauflicht kommen. Dazu müssen wir die obenstehende Schaltung so erweitern: Der Widerstand von Q4A zu DA fällt weg, da wir ja nicht mehr wollen, dass sich das Muster schon nach 4 Kanälen wiederholt. Anstelle dessen müssen wir das Muster zum zweiten Schieberegister weiterleiten. Wir müssen also Q4A direkt mit Pin 15 also mit DB verbinden. Wenn sich das Muster nach 8 Kanälen wiederholen soll, müssen wir noch Q4B mit einem Widerstand 3k3 mit DA verbinden. Und zum Schluss müssen wir noch CLKA mit CLKB und RSTA mit RSTB zusammenhängen. Ich hoffe diese schriftliche Anleitung genügt, denn wie man schon beim obigen Schaltplan sieht, habe ich das Zeichnen mit ICs noch nicht im Griff, deshalb auch das Chaos schon bei einem 4-Kanal-Lauflicht.
Aber hier zur Übersichtlichkeit noch einmal die Pinbelgung des ICs:

Pin - Funktion
1 - CLK (Eingang für Arbeitstakt bei Schieberegister B)
2 - Q4B (Ausgang 4 von Schiebereister B)
3 - Q3A (Ausgang 3 von Schieberegister A)
4 - Q2A (...)
5 - Q1A
6 - RSTA (Reset von Schieberegister A, mit Widerstand nach Minus, zum Reset -> Plus)
7 - DA (Dateneingang von Schieberegister A)
8 - Vss (gehört aufs Minus)
9 - CLKA (Eingang für Arbeitstakt bei Schieberegister A)
10 - Q4A
11 - Q3B
12 - Q2B
13 - Q1B
14 - RSTB (Reset von Schieberegister B, mit RSTA zusammenschliessen)
15 - DB (Dateneingang von Schieberegister B)
16 - Vcc (gehört auf Plus)

Aufbau auf einer Platine

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