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Ein Acht-Bit-Schieberegister mit 4094



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In der vorigen Schaltung wurden zwei D-Flipflops als Schieberegister verschaltet, die bei jedem Taktimpuls die Bits in das nächste Register geschoben haben. Da man das recht oft braucht, z. B. um serielle Signale in Parallel umzusetzen, gibt es das natürlich noch mit mehr Bits pro Packung. Da ein Byte aus acht einzelnen Bits besteht, hat man deren acht in eine CMOS-Packung gesteckt. Und die heißt 4094, also eins mehr als der 4093 von den bisherigen Lektionen.

Damit wir alle acht Bits auch sehen, werden wir die Schaltung mit acht Leuchtdioden ausstatten und kriegen eine ganze Leuchtreihe.

Die Schaltung

Die Schaltung sieht so aus:

Schaltbild Schieberegister 4094 Wir brauchen hier wieder zwei ICs. Eins, das den Takt angibt. Und zwar der schon bekannte 4093. Hier in der etwas raffinierteren Variante mit einstellbarem Takt. Je weiter der Trimmer aufgedreht wird, desto langsamer geht die Takterei vor sich.

Und natürlich brauchen wir das Acht-Bit-Schieberegister 4094. Dessen acht Ausgänge Q1 bis Q8 treiben die LEDs an, so können wir sehen, ob ein Ausgangsbit Null (LED ist an) oder Eins ist (LED ist aus).

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Die Bauteile

Die neun Widerstände von 1kΩ, den Elko von 10 µF, die LED, das CMOS-IC 4093, die Abblockkondensatoren 100n Keramik, die 14-polige IC-Fassung und die 16-polige IC-Fassung kennen wir schon. Auch einen Trimmer haben wir schon verwendet, der hier hat nur einen anderen Widerstand und ein kleineres Gehäuse.

Neu ist nur der 4094.

Das CMOS-IC 4094

So sieht das IC 4013 äußerlich aus. Es ist 14-polig.

CMOS-IC 4094

Innenschaltung 4094 Seine Innereien sind hier abgebildet.

Die Betriebsspannungsanschlüsse VDD (plus) und VSS (minus) sind wie beim 4093 an zwei Ecken angeordnet.

An Pin 1 liegt der Strobe-Eingang. Ist dieser Eins, dann folgen die Ausgänge Qn den Zuständen der internen Schieberegister Sn. Ist er Null, dann bleibt der letzte gespeicherte Zustand erhalten, auch wenn das Schieberegister seinen Zustand ändert. Den Strobe-Eingang kann man verwenden, um erst nach Abschluss des Schiebens den Ausgang folgen zu lassen.

An den Pins 2 und 3 liegen die Daten- und Takteingänge. Bei jeder positiven Flanke am Takteingang CLOCK wird der Zustand am Dateneingang DATA in das Schieberegister 1 übernommen und alle acht Bits um eine Position nach oben verschoben.

Damit man nicht nur acht, sondern auch 16 oder 24 Bits sammeln kann, muss man ein bzw. zwei weitere 8-Bit Schieberegister zusammenschalten (kaskadieren). Dafür stellt der Ausgang QS das achte Bit zur Verfügung, das den Ausgang des achten Schieberegisters nach außen führt. Verbindet man den Dateneingang des zweiten 8-Bit-Schieberegisters mit diesem QS-Ausgang und verbindet beide Takteingänge, dann hat man ein 16-Bit-Schieberegister.

Der Output-Enable-Eingang an Pin 15 ermöglicht es, alle acht Ausgänge aktiv zu schalten (Output Enable = Eins) oder macht diese inaktiv (Eingang = Null). Im inaktiven Zustand sind die Ausgänge weder eins noch Null, sie treiben einfach keinen Strom ("High-Z"-Zustand). Das ermöglicht es, alle acht Ausgänge von mehreren 8-Bit-Schiebegregistern parallel zu schalten und deren Zustand byteweise nacheinander auf diesen Bus zu schalten und auszulesen, indem man sie nacheinander auf Output-Enable schaltet. In unserer Schaltung sind immer alle Ausgänge aktiv.

Für Spezialzwecke gibt es noch den Q'S-Ausgang. Dieser stellt ein Schieberegister dar, das das Bit S7 bei der fallenden Flanke am Takteingang speichert und damit eine Vorausschau auf den achten Ausgang bei der nächsten positiven Taktflanke zur Verfügung stellt. Wer's braucht, hats und brauchts. Wir brauchens nicht.

Bauteilliste

Die für dieses Experiment benötigten Bauteile sind in der Bauteilliste für den Versandhandel Reichelt aufgelistet.

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Aufbau der Schaltung

Der Aufbau beginnt mit dem Taktgeber um den 4093:

Aufbau des Taktgenerators

Dann folgt der Rest:

Aufbau Schieberegister 4094

Wie es funktioniert, steht weiter unten. Index Top

Wie es funktioniert

Beim Einschalten der Betriebsspannung sind alle acht interne Schieberegister in irgendeinem zufälligen Zustand. Das heißt, die LEDs zeigen irgendwelche Reste vom letzten Betrieb an. Um die Bits im Schieberegister auf Null zu setzen, muss man vor dem Anschließen der Betriebsspannung die Betriebsspannungsanschlüsse der Schaltung einmal kurzschließen.

Mit jedem Takt vom Taktgeber wird der mit dem 4093-Gatter invertierte Zustand im internen Schieberegister 8 in das erste Schieberegister des Chips kopiert und alle vorhandenen Bits werden eine Position höher geschoben. Nach acht Takten kehrt sich die Polarität um, der invertierte Zustand wird ausgegeben. Nach 16 Takten wird wieder der Ausgangszustand erreicht. Das gibt eine schöne Lichtorgel.

Hier das Video in der langsamsten Einstellung.



Falls das Video nicht angezeigt wird: lade das Video herunter und spiele es mit Deinem Lieblingsplayer ab.

Und hier etwas schneller:



Falls das Video nicht angezeigt wird, hier der Link.

Und jetzt ganz schnell:



Hier der Link zum Video.

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