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Serielle Schnittstelle des PC (COM-Port) steuert Großanzeige für Datum / Zeit, oder als Countdown
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Steuerung der Großanzeige:

Die Schieberegister verlangen eine serielle Übertragung einzelner Bits, die durch die Daten- und Clock-Leitung ermöglicht, und mit einem Strobe-Impuls abgeschlossen wird. Wobei ein echter Abschluss der Übertragung nicht wirklich stattfindet. Der Strobe-Impuls veranlasst lediglich die Ausgabe der seriellen Bits auf dem parallelen Ausgang. Das klingt zwar etwas verwirrend, aber die Kettenschaltung der 4094 arbeitet nun mal als einziges Schieberegister, welches die eingehenden Datenbits einfach nur weiterschiebt und auf Befehl parallel ausgibt. Die Datenbits verbleiben jedoch weiterhin in den Registern und werden bei neuen eingehenden Bits einfach weitergeschoben.

Will man 7-Segmentanzeigen (eigentlich sind es acht - der Punkt zählt auch mit) über die Schieberegister ansteuern, so muss man immer Blöcke mit je 8bit übertragen. Je nach Anzahl der Schiebregister folgen entsprechend viele Datenblöcke zu je 8bit bevor die Übertragung mit dem Strobe zur Ausgabe gebracht wird. In meinem Fall sind es zehn Anzeigen zu je 8 Segmenten, was insgesamt 80 Bit ergibt. Das erste übertragene Bit landet also immer am letzten Ausgang des letzten 4094! Aus diesem Grund habe ich die Kette hardwareseitig so aufgebaut, dass das erste übertragene Bit auch das erste Segment der ersten Anzeige ansteuert - also alles rückwärts! Am letzten 4094 in der Kette wird also das erste Segment angeschlossen und das letzte Bit des letzten 4094 ist auch das erste Segment der ersten Anzeige. Das programmiert sich einfacher und der Aufbau wird dadurch weder leichter noch komplizierter. Man muss sich nur eine entsprechende Vorlage schaffen, mit der man die Treiberstufen mit den Segmenten verkabelt.


Übertragung:

Man benötigt 3 Leitungen (Data, Clock, Strobe) und eine zugehörige Masse (Ground). Um eine sichere Funktion zu gewährleisten, schaltet man zuerst alle Leitungen auf LOW (Ausgang NULL, bzw. Ground). Dann beginnt man mit dem ersten zu übertragenden Bit, indem man es an der Datenleitung anlegt und danach einmal kurz mit der Clock-Leitung auf HIGH (Ausgang EINS, bzw. VCC) geht und diese sofort wieder auf LOW schaltet. Dieses kurze Clocksignal veranlasst den 4094 das anliegende Bit zu übernehmen und gleichzeitig alle Inhalte der Register um eine Position zu verschieben. Dabei wird das letzte Bit im Schaltkreis welches bereits am Ausgang des 4094 anliegt von einem nachfolgenden 4094 aufgenommen.

So entsteht eine Reihe von Speicherbits, die bei jedem Clocksignal ihre Position um eins nach hinten verlagern. Ist am Ausgang des letzten 4094 kein weiterer Schaltkreis angeschlossen, wird das heraus geschobene Bit einfach der Luft überlassen und verschwindet im Binärhimmel. Durch das Strobesignal kann jederzeit der Inhalt der Register auf die Ausgänge geschalten werden. Das darf und kann auch permanent geschehen, wenn das Strobesignal dauerhaft auf HIGH bleibt. Man kann so ganz einfach beim Schieben zusehen, was jedoch durch die hohe Übertragungsrate zum blitzen, oder flimmern der Anzeige führt, je nach dem, ob man zwischen den Datenübertragungen eine Rechenpause einlegt.

Die tatsächliche Übernahme des eingehenden Bits geschieht jedoch nicht, wie man vermuten sollte, beim Anliegen des High-Bits am Clockeingang, sondern bereits bei seiner steigenden Flanke, wenn der Clockpegel von LOW nach HIGH wechselt. Da die 4094-Schaltkreise jedoch über eine irrsinnig hohe Schaltfrequenz verfügen, kommt es bei der Übertragung gelegentlich zu Fehlinterpretationen des Eingangssignals, aufgrund von kapazitiven Nebenwirkungen des Aufbaus. Dadurch verschiebt sich das eigentliche Datenbit entweder eine vor, oder eine nach der Zielposition. Das geschieht zwar nur selten, aber es ist äußerst lästig. Abhilfe schafft da nur ein kleiner Kondensator parallel zum Eingang des ersten Schaltkreis, der die Flanken von Clock und Data etwas "flacher" gestaltet, bei gleichzeitiger Absenkung der Übertragungsgrate, oder wesentlich kürzere Verbindungen zu den Schaltkreisen.

Bei meinen Tests bin ich über eine durchschnittliche Fehlerquote von ca. 0,125 % gestolpert. In Worten bedeutet das: bei durchschnittlich jeder zehnten Übertragung ging mal ein Bit um eine Position daneben. Wenn die Übertragung schnell genug wiederholt wird, sollte dieses eine fehlerhafte Bit optisch kaum auffallen, aber es ist trotzdem vorhanden! Sehr ärgerlich! Weder die Segmentanzeigen, noch die Relaisstufen sind in der Lage, derart kurze Schaltimpulse umzusetzen. Daher ist der Übertragungsfehler in meiner Schaltung eher ein unschöner, aber leicht zu kompensierender Effekt.

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