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Acht-Bit-Binär-Johnson-Zähler



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Acht-Bit-Johnson-Zähler

Es gibt nicht nur 4-Bit-Binär-Zähler in einem IC, sondern auch mehr. Dieser hier kann acht Bits zählen, aber sein Zählwerk ist anders aufgebaut: er gibt keine Bits binär aus, sondern nacheinander. Bei jedem Zählimpuls wird der jeweils nächste Ausgang Eins. So was kann man nehmen, um Abläufe zu serialisieren: immer Eins nach dem Andern.

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Die Schaltung

Die Schaltung geht so:

Schaltbild 8-Bit-Johnson-Zähler Oben im Bild erkennen wir wieder unseren schon bekannten Taktgenerator mit einem 4093. Der taktet jetzt aber einen 4022. Das ist ein 8-Bit-Johnson-Zähler. Der Zustand der acht Zählerbits wird mit acht LEDs angezeigt. Da immer nur eine LED gleichzeitig an sein kann, reicht ein einziger Stromregel-Widerstand von 1 kΩ. Die nicht beschalteten Anschlüsse des 4022 bleiben offen, die nicht verwendeten Steuereingänge am 4022 kommen an GND. Ihre Funktion ist weiter unten bei dem Bauteil erläutert.

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Die Bauteile

Die Widerstände von 1 kΩ, den Elko von 10 µF, die LEDs, den Trimmer mit 100 kΩ, die beiden IC-Fassungen (14- und 16-polig) sowie die beiden Abblockkondensatoren mit 100 nF kennen wir schon. Neu ist das CMOS-IC 4022.

Der Acht-Bit-Johnson-Zähler 4022

So sieht der 4022 mit seinen Innereien und äußerlich aus:

4022 Innen 4022 Außen

Das IC ist 16-polig, die beiden Betriebsspannungsanschlüsse VSS (minus) und VDD (plus) liegen wieder an gegenüberliegenden Ecken (corner pinning). Der Takteingang für den Zähler liegt diesmal an Pin 14. Die acht Ausgänge Q0 bis Q7 sind nun mal wieder schön unregelmäßig über die gesamte Packung verteilt, so dass sich ein netter Verhau an Verbindungen nach außen ergibt. Die anderen Abschlüsse haben folgende Funktionen:

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 erfolgt so:

Der 8-Bit-Bin-Johnson-Zähler Die acht LEDs sind in der richtigen Reihenfolge an Q0 bis Q7 angeschlossen, so dass sie in der richtigen Folge leuchten (hier: Bit Q0 ist aktiv).

Die Dimensionierung des Taktgebers erlaubt Takte zwischen einer Sekunde bis 100 Taktimpulse pro Sekunde (Schnell-Durchlauf).

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Wie es funktioniert

Der 4022 besteht, wie das Bild oben zeigt, intern aus vier D-Flipflops. Aus deren Ausgängen (normal und invertiert) werden die acht Zustände mit UND-Gattern dekodiert. Wer mag, kann sich den internen Aufbau des Decoders in dem Datenblatt des 4022 anschauen, er ist ziemlich geschickt konstruiert.

Wer statt acht lieber zehn Bits haben möchte, nehme einen 4017. Bei dem sind die beiden NC-Pins des 4022 auch noch belegt (mit Q8 und Q9), so dass er bis zehn zählen kann.

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Videos

Abspielen mit 1 Hz Takt:


Etwas schnelleres Abspielen:


Und noch etwas schnelleres Abspielen:


Und Abspielen mit 100 Hz:


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