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Von der Entstehung einer Idee

Im Oktober 2006 war ich auf Norderney zur Kur. An und für sich ein angenehme Zeit,
die meiner Gesundheit auch gut getan hat. Viel Sport, medizinische Anwendungen, Seeluft,
Wind, Sonne Wolken, viele dicke Herren in Begleitung dicker Damen.
Es gab auch einige Dinge, die mir nicht gefallen haben – nur so viel: Norderney hat seinen Charme
verloren, seit die Partyzüge Massen von Menschen auf die Insel bringen, die sich dort volllaufen lassen.
Das alles steht aber auf einem anderen Blatt...
Ich habe in der Kurklinik auch einen Typen kennen gelernt. Etwas älter als ich, mit viel Humor und
dem ´Herz auf dem rechten Fleck`. Wir saßen im Speisesaal am selben Tisch und haben uns bei
1200 Kalorien pro Tag gut unterhalten. Die Zeit mit ihm war sehr kurzweilig.
Irgendwann zwischen den vielen Anwendungen saßen wir in der Cafeteria und, wie soll es auch
anders sein, sprachen über unsere Berufe.
Ich bin Elektroniker, er ist LKW-Fahrer, also ein »Trucker«, ein »Kapitän der Straße«.
Und weil diese Herren ihre Namen oder deren Abkürzungen als Schriftzug in leuchtend und
blinkender Form hinter den Windschutzscheiben ihrer Trucks spazieren fahren, kam er auf die
Idee, ich könne ihm ja so ein Schriftzug bauen.

»Brainstorming«

Also war die Idee, einen Schriftzug mit Rahmen zu entwerfen. Der Schriftzug sollte aus fünf
Buchstaben bestehen, die nacheinander aufleuchten. Anschließend sollte der Rahmen aufleuchten und
blinken, wiederum im Anschluss sollten die Buchstaben und der Rahmen wild blinken.
Zum Schluss sollten sowohl der Rahmen als auch die Buchstaben zwei Mal gesamt blinken bevor
der ganze Zyklus wieder von vorne begann - Also eine wilde Blinkerei, aber mit System.
Der nächstliegende Gedanke war, die einen Mikrocontroller einzusetzen und den Schriftzug
frei programmierbar zu gestallten. Diese Idee war gut, scheiterte aber daran, als dass meine
Studien in Sachen »Mikrocontroller« bisher nur bis zum 80C535 vorgedrungen sind.
Es hätte funktionieren können, ich habe aber nur ein einziges 80C535-Board zur Verfügung,
und ich war nicht gewillt, das Ding nachzubauen oder herzugeben.
Die nächste Idee war, die Ansteuerung der Anzeige mittels einer logischen Schaltung zu realisieren.
Diese Idee verwarf ich aber sehr schnell, da sich herausstellte, dass die notwendige Logik
zu einem IC-Grab mutiert wäre.
Spaßeshalber habe ich die Boolesche Gleichung für die fünf nacheinander aufleuchtenden Buchstaben
angehängt, ausgehend von einem Fünf-Bit-Binärzähler, wobei nur die ersten vier Bit benötigt werden.
Sie wurden auch nicht mit decodiert:

Wer Spaß daran hat, möge diese Gleichungen in eine Schaltung umsetzen, wobei kein Anspruch
auf Fehlerfreiheit besteht. Das Ergebnis würde mich interessieren.

Schließlich endlich bin ich auf die einfachste Idee gekommen, die gleich mehrere Vorteile in
sich vereint:

• Die Anzeige kann in einem weiten Rahmen frei programmiert werden
• Die Schaltung nimmt wenig Platz weg
• Entwurf, Platinenherstellung und Bestückung gehen zügig

Ich nahm einen Zähler mit integriertem Oszillator, verband die Ausgänge mit den Adresseingängen
eines Eproms, das ich noch in der Schublade hatte, und steuerte mit den acht Datenausgängen über
ebenso viele Transistoren acht Reihen Leuchtdioden an, aus denen schließlich endlich die
Buchstaben und der Rahmen gebildet wurde.

Schaltungsbeschreibung

Oszillator, Zähler und Ansteuerung

Kernstück des Oszillators ist der 14-stufige CMOS-Binärzähler, Teiler und Oszillator 4060.
Eine RC-Kombination, bestehend C1, R19 und dem Potentiometer R20 erzeugt eine Schwingung von ca. 90 Hz,
die an Pin 11 von IC3, 4060, gemessen werden kann. Mit R20 wird die Frequenz in einem weiten Bereich
eingestellt. Wird das Poti R20 zu weit verdreht, bricht die Schwingung zusammen, der Oszillator
hört auf zu schwingen.
Die Teilerausgänge Q4 bis Q8 sind mit den Adresseingänge A0 bis A5 des Eproms IC1 verbunden. Alle
Adressleitungen von A6 bis A15 sind auf GND gelegt; sie werden nicht benötigt. Die Eingänge
»Chip Enable«, Pin 20, und »Output Enable«, Pin 22, sind Low-aktiv und ebenfalls auf GND gelegt.
Pin 20, »Chip Enable« ist 0-aktiv, d.h. liegt an diesem Eingang eine logische »0«, ist das
Eprom selektiert, es fühlt sich sozusagen angesprochen, wenn Adressdaten auf dem Adressbus anliegen.
Eine »0« an Pin 22, »Output Enable«, veranlasst das Eprom, Daten auf den Datenbus Q0 bis Q7
auszugeben. Ist dieser Eingang logisch »1«, gehen die Datenleitungen in einen hochohmigen
Zustand und das Eprom schaltet sich vom Bus weg.
Der Zähler-Oszillator IC3 zählt bis dezimal 31 und wird beim erreichen von dezimal 32 , auf 0
zurück gesetzt.
Es werden also nur die ersten 31 Speicherplätze des Eproms adressiert, was ohne
Zweifel eine gigantische Verschwendung von Speicher bedeutet. Die Geschwindigkeit,
mit der das Eprom ausgelesen wird, kann, wie schon weiter oben beschrieben, mit R20 beeinflusst werden.
Die Stiftleiste K4 ist nichts anderes, als dass damit die logischen Zustände des Datenbusses Q0 bis Q7
ausgegebene werden können. Hier können z.B. Sieben-Segment-Dekoder angeschlossen werden, um die
Daten hexadezimal sichtbar zu machen.
Der nachfolgende Schaltbildauszug zeigt den Oszillator mit angeschlossenem Eprom:

Anzeige und Anzeigetreiber

Der nebenstehende Zweig der Anzeige ist der Zweig des Buchstaben »F« und steht stellvertretend für alle anderen Buchstaben und Rahmen. Ausgehend von Adressleitung Q0 dient ein Transistor, der Standardtyp NPN-Transistor BC547B, als Treiber für die Leuchtdioden. Der Vorwiderstand R1 ist so dimensioniert, dass die Kollektor-Emitter-Spannung des Transistor gegen 0V geht, wenn er angesteuert wird, d.h. wenn die Leitung Q0 auf »1« steht. Der Widerstand R1 ist nur 22Ω groß, er begrenzt den maximalen Strom durch die LEDs auf ca. 20mA pro Zweig. Die Schwellspannungen der grünen LEDs beträgt 2.2V, der Spannungsabfall über R1 beträgt dann nach Adam Riese 1V. Daraus ergibt sich ein Strom von 45,5mA. Da sich der Strom aufteilt, fließen durch die beiden Zweige jeweils ca. 22 mA. Die Vorwiderstände sind auf eine Bordspannung von 12V ausgelegt, was der Bordspannung eines PKWs entspricht. Für die Bordspannung eines LKWs, also 24V, müssen die Vorwiderstände erhöht werden. Die Werte sind der Stückliste zu entnehmen.

Die Spannungsversorgung

Die Spannung für das Eprom, IC1, und den Oszillator-Teiler, IC3, werden mit einem
5V-Festspannungsregler erzeugt. Diese Bauteile benötigen relativ wenig Strom. Theoretisch
wäre eine kleiner Bauform verwendbar gewesen, hier trat jedoch der ´Schubladeneffekt` ein:
Das Bauteil, das gerade in der Schublade war, wurde verwendet. Derselbe Effekt trat auch
bei der Auswahl des Eproms ein...
Die Spannung für die LEDs wird direkt aus der Bordversorgung des PKWs bzw. des LKWs entnommen.
Die +12V werden mit einem Kondensator, C5, gepuffert, er dient aber eher dazu, eventuelle
Spannungsspitzen kurzzuschließen, die über die Bordversorgung kommen könnte. Die Kondensatoren
C2, C3 und C4 erfüllen denselben Zweck.

Ausklang

Alles in allem ist die Schaltung unkritisch. Sie hat sofort funktioniert – was eigentlich
auch nicht anders zu erwarten war. Anzumerken ist, dass man mit diesem Schaltungsprinzip sehr
einfach eine Ablaufsteuerung realisieren kann. Man muss die Daten nur im Eprom ablegen und
hat dann acht Bit parallel zur Verfügung, die beliebig weiter verarbeiten werden können. Der
Oszillator und Zähler kann durch Einsatz eines anderen Prinzips einfach verändert
werden. Als Oszillator eine astabile Kippstufe und als Adressdecoder zwei 4040, die in Serie
geschaltet sind um den gesamten Adressbereich zu erreichen. Der Möglichkeiten gibt es viele.
Ach ja, hier ist noch ein Flash-Video der Anzeige zum herunterladen.
Der Download ist ca. 1.4MByte lang. Viel Spaß!

Flash-Video der Anzeige in Aktion (ca. 1,4MB)
Das Video wird evtl. in einem externen Video-Player gestartet, je nachden wie der Browser
eingestellt ist...