Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Hilfe benötigt beim Logikgatter-Schaltplan (Pulldown & Entkoppelkondensator)


von Janek P. (shibabwe00)



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Guten Abend liebes Elektronikforum,

habe mich heute das erste Mal hier registriert,
hoffe also,
dass das hier in dem Bereich richtig gepostet wurde..
Entschuldige mich auch schonmal für fehlerhafte Begriffe..

Das Problem ist folgendes:

Als grobes Ziel habe ich mir vorgenommen,
ein einfaches 4-Bit Rechenwerk zu bauen (vllt. auch 8-Bit später..).
Hierzu wollte ich erstmal einen 4-Bit-Volladdierer bauen.
Dieser verwendet Logikgatter aus der 74HC-Familie.

Anhand des erstellten Schaltplanes (PDF oder PNG im Anhang) stellen sich 
mir nun zwei Fragen:

Muss ich den Entkoppelkondensator (oben links, 100nf) nur vor die 
Spannungsversorgung setzen oder auch vor jedem Logikeingang am Gatter?
Dann wären meine Kondensatoren nämlich gleich alle futsch..
Macht das überhaupt bei der kleinen Schaltung Sinn,
welche einzusetzen?
Zumal würde ich später wahrscheinlich keinen Taktgeber einsetzen mit 
einer Frequenz, die größer als 100Hz o.ä. ist
(damit man noch schön sehen und nachvollziehen kann, wie gerechnet wird, 
wenn das Projekt überhaupt über ein Rechenwerk hinaus geht :D).
Man muss ja schonmal alles richtig in Voraus planen,
auch wenn meine Elektronik-Kenntnisse eher bescheiden sind..

Und wie sieht das eigtl. mit den drei Pulldown-Widerständen aus unten 
rechts beim
Baustein (AND-ab-FA-1)?
Kann ich die unteren drei Pins einfach miteinander verlöten und über 
einen gemeinsamen Pulldown-Widerstand auf ein Nullpotential bringen?
Wie würde ich,
falls möglich,
den gemeinsamen Pulldown-Widerstand genau berechnen?
Dann könnte ich nämlich zwei Widerstände sparen..
Das gleiche beim Baustein "XOR-ab-FA-1" und beim OR-Baustein.

Zur Sicherheit nochmal die Abkürzungen auf'm Schaltplan:

FA = Full Adder
HA = Half Adder
C = Carry

Bei "HA_0_C0" also das erste Carry vom Halbaddierer 0 bzw. vom ersten 
Halbaddierer (ist hier auch nur ein Halbaddierer in der Schaltung).

Danke schonmal im Voraus! :)

: Bearbeitet durch User
von Martin (Gast)


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Entkoppelkondensator werdfen nur an die Spannungsversorgungseingänge 
gesetzt um Spannungseinbrüche beim Schalten der Gatter zu vermeiden.

Janek P. schrieb:
> Kann ich die unteren drei Pins einfach miteinander verlöten und über
> einen gemeinsamen Pulldown-Widerstand auf ein Nullpotential bringen?

Ja das geht problemlos.

von HildeK (Gast)


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Janek P. schrieb:
> Muss ich den Entkoppelkondensator (oben links, 100nf) nur vor die
> Spannungsversorgung setzen oder auch vor jedem Logikeingang am Gatter?

Sinnvollerweise an die Spannungsversorgen jedes ICs einen. Dort, wo 
jetzt der 100n sitzt, kann man einen Elko - 10...100µF - verwenden. Bei 
einer langsamen, kombinatorischen Logik wie hier ist das aber weniger 
kritisch.
Was sind das überhaupt für ICs? Davon hängt das auch ab, ebenso die 
Betrachtung mit den Pull-Widerständen.

Janek P. schrieb:
> Und wie sieht das eigtl. mit den drei Pulldown-Widerständen aus unten
> rechts beim
> Baustein (AND-ab-FA-1)?

Wenn der Pin dauerhaft auf LOW sein soll, brauchst du nicht mal einen 
Widerstand, eine feste Verbindung nach LOW tut es auch. Der Widerstand 
hat den Vorteil, dass man ihn auslöten kann, falls man den Eingang 
später noch brauchen würde. Wenn man sich das offen halten will, dann 
muss jeder Pin einen eignen PD haben.
Einen Maximalwert kann man berechnen, wenn man für den schlechtesten 
Fall (Hochtemperatur) den Eingangsleckstrom nimmt und dann schaut, dass 
bei diesem Strom noch immer sicher LOW (bzw. HIGH beim PullUp) erreicht 
wird. In der Praxis macht man das nur in Grenzfällen machen. 1k oder 10k 
oder eben 0Ω passt immer bei CMOS-ICs.

von HildeK (Gast)


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Zu spät gesehen: was sollen die 10k Widerstände (R1, R2, ...) am 
GND-Pin?
Die gehören da keinesfalls hin!

von Joachim B. (jar)


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HildeK schrieb:
> Sinnvollerweise an die Spannungsversorgen jedes ICs einen.

dazu schaut man sich optimal mal alte Computerplatinen an, dort sieht 
man es besser

die blauen Kondensatoren an fast jedem IC
http://appleclub.pl/wp-content/uploads/2018/04/DSCF4862.jpg

die grünen Kondensatoren an fast jedem IC
http://2.bp.blogspot.com/-10CfrDbvUmk/VjXQ45xbMsI/AAAAAAAAGm8/M9qCTHQz_Rk/s1600/2001%2Bboard%2Bbefore.jpg

auch hier
https://atariage.com/forums/uploads/monthly_09_2018/post-65925-0-60171700-1536515781.jpg

von Janek P. (shibabwe00)


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Hallo,
danke schonmal für die ausführliche Antwort! :)

Habe glaube ich mal gesehen,
dass Leute an den GND-Pins bei Logikgattern einen Widerstand,
z.B. 10k verwenden.
Meine auch wegen Störanfälligkeit beim Schalten und dem Runterziehen des 
Potentials auf null,
dass das der Grund war.
Bin mir da aber nicht mehr so sicher..

MfG

von Teo D. (teoderix)


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Janek P. schrieb:
> Habe glaube ich mal gesehen,
> dass Leute an den GND-Pins bei Logikgattern einen Widerstand,
> z.B. 10k verwenden.

HildeK schrieb:
> Die gehören da keinesfalls hin!

!!!

Evtl. haste das so ähnlich an nem Reset-Pin gesehen!?

von Janek P. (shibabwe00)


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Danke für die ausführlichen und vor allen Dingen schnellen Antworten!
Somit wieder was neues, hilfreiches gelernt! :)

Fasse das nochmal alles zusammen,
damit ich jetzt letztendlich nicht falsch liege:

* Alle unbenutzten Pins an den Gatter-Bausteinen kann ich miteinander
  verlöten und einfach mit GND verbinden / verlöten,
  ohne dass ein Pulldown-Widerstand (nicht zwingend) notwendig ist.

* An jedem Vcc-Pin eines ICs muss ich einen Entkoppelkondensator
  (c.a. 100nf) an GND anschließen,
  um Leckströme und Störungen beim Schalten des ICs auszugleichen.

* An die "Hauptversorgung" kann ich theoretisch auch noch einen 10µF - 
100µF
  Elko anschließen.
  Das ist aber bei meiner Anwendung eher weniger nötig,
  weil diese voraussichtlich auf einer sehr niedrigen Frequenz
  (bis/um die 100Hz) laufen wird.

* An die GND-Pins der Bausteine gehört absolut kein Widerstand.

Mit diesen Regeln sollte die Schaltung dann optimal laufen, oder?

: Bearbeitet durch User
von Teo D. (teoderix)


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Janek P. schrieb:
> * Alle unbenutzten Pins an den Gatter-Bausteinen kann ich miteinander
>   verlöten und einfach mit GND verbinden / verlöten,
>   ohne dass ein Pulldown-Widerstand (nicht zwingend) notwendig ist.

NUR die Eingänge! Warum....
(Ausgänge nirgends anschließen)

von Sinus T. (micha_micha)


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Janek P. schrieb:
> * Alle unbenutzten Pins an den Gatter-Bausteinen kann ich miteinander
>   verlöten und einfach mit GND verbinden / verlöten,
>   ohne dass ein Pulldown-Widerstand (nicht zwingend) notwendig ist.

Das ist nicht ganz richtig.
Du muss das Eingangs-Pin mit dem Potential verbinden, wo es logisch 
irrelevant ist. Wenn du z.B. den offenen Eingang eines UND-Gatters mit 
GND verbindest, wird sein Ausgang immer LOW sein, das willst du nicht. 
Der gehört dann auf +5V.
Unbenutzte LOW-aktive Reset-Pins gehören z.B. auch an +5V.

Wichtig ist: niemals einen CMOS-Eingang offen lassen.

: Bearbeitet durch User
von HildeK (Gast)


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Janek P. schrieb:
> Fasse das nochmal alles zusammen,
> damit ich jetzt letztendlich nicht falsch liege:
>
> * Alle unbenutzten Pins an den Gatter-Bausteinen kann ich miteinander
>   verlöten und einfach mit GND verbinden / verlöten,
>   ohne dass ein Pulldown-Widerstand (nicht zwingend) notwendig ist.
Korrekt.

> * An jedem Vcc-Pin eines ICs muss ich einen Entkoppelkondensator
>   (c.a. 100nf) an GND anschließen,
>   um Leckströme und Störungen beim Schalten des ICs auszugleichen.
Ja, aber es geht nicht um Leckströme, sondern um den sehr kurzen 
erhöhten Strombedarf des IC beim jedem Signalwechsel - auch nur einem 
inneren Wechsel.

> * An die "Hauptversorgung" kann ich theoretisch auch noch einen 10µF -
> 100µF
>   Elko anschließen.
>   Das ist aber bei meiner Anwendung eher weniger nötig,
>   weil diese voraussichtlich auf einer sehr niedrigen Frequenz
>   (bis/um die 100Hz) laufen wird.
Hängt auch von deiner Stromversorgung ab.

> * An die GND-Pins der Bausteine gehört absolut kein Widerstand.
Korrekt. Definitiv nicht! Man macht gelegentlich in Analogschaltungen in 
die VCC-Leitung ein RC-Glied für die Teile, die kleine Signal hoch 
verstärken.

> Mit diesen Regeln sollte die Schaltung dann optimal laufen, oder?
Tja, nachdem du auch auf meine Nachfrage noch nicht die verwendete 
Logikfamilie genannt hast und ich mir eine selber ausdenken muss: ja. 
Und auch nur, wenn die Logik richtig entwickelt und verdrahtet ist. Das 
will ich jetzt nicht durchackern.

von Sinus T. (micha_micha)


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HildeK schrieb:
> ja, nachdem du auch auf meine Nachfrage noch nicht die verwendete
> Logikfamilie genannt hast

Janek P. schrieb:
> Hierzu wollte ich erstmal einen 4-Bit-Volladdierer bauen.
> Dieser verwendet Logikgatter aus der 74HC-Familie.

von HildeK (Gast)


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Sinus T. schrieb:
> Janek P. schrieb:
>> Hierzu wollte ich erstmal einen 4-Bit-Volladdierer bauen.
>> Dieser verwendet Logikgatter aus der 74HC-Familie.

Danke. Wer lesen kann ...

von Janek P. (shibabwe00)


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Perfekt! :)
Werde die Logik gleich nochmal auf simulator.io übertragen und testen,
sollte aber theoretisch alles funzen,
nachdem ich alles nochmal durchgegangen bin.
Sorry,
Logikfamilie ist die 74HC-Familie,
hatte ich oben aber eigtl. geschrieben :D

von HildeK (Gast)


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Janek P. schrieb:
> Logikfamilie ist die 74HC-Familie,
> hatte ich oben aber eigtl. geschrieben :D

Ja, hast du - sorry.
Ich hab mich wohl durch deine speziellen Symbole durcheinanderbringen 
lassen und zudem nicht richtig gelesen ...

von Janek P. (shibabwe00)


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HildeK schrieb:
> Janek P. schrieb:
>> Logikfamilie ist die 74HC-Familie,
>> hatte ich oben aber eigtl. geschrieben :D
>
> Ja, hast du - sorry.
> Ich hab mich wohl durch deine speziellen Symbole durcheinanderbringen
> lassen und zudem nicht richtig gelesen ...

Alles gut, danke allen nochmal für die ausführliche Hilfe!

Wünsche einen schönen Abend! :)

: Bearbeitet durch User
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