4-bit Counter durch Lichtschranke zählen lass en

[Christian Scharwächter]

Hallo!

Ich verstehe grade die Welt nicht mehr:
Ich will mit Hilfe einer ganz normalen IR-Lichtschranke
http://datenblatt.reichelt.de/opendownload.html/?folder=A500&file=CNY36_CNY37%23VIS.pdf&artikel=CNY%2037
einen 4-bit Counter 74HCT93
http://www.semiconductors.philips.com/acrobat/datasheets/74HC_HCT93_CNV_2.pdf
am Takteingang ansteuern.
Da ich bloß 3 bit benötige, nutze ich dort nur den CP1 als eingang.
Damit dieses nette IC lustig vor sich hinzählt, muss doch die Spannung
am Eingang immer zwischen 5 Volt und Masse hin- und hergeschaltet
werden. Ich dachte mir, dass ich das so mache, dass ich den Pluspol von
der Photodiode an 5 Volt anschließe und den Minuspol über einen
Widerstand (560 Ohm) an Masse lege. Dann klemme ich den Takteingang an
die Stelle zwischen Photodiodenausgang und Widerstand.
Wenn die Diode leutet, dann liegt der Eingang auf knapp 5 Volt, weil
diese Spannung fast komplett am Widerstand abfällt.
Wenn sie sperrt, dann ist der Eingang über den Widerstand mit Null
verbunden.

Das klappt aber nicht! Der Zähler macht nur Mist. Das erste Bit bleibt
immer an, das 2. und 3. gehen je nach 5V oder 0V am Takt an und aus.
Wenn ich nun Null am Eingang habe und ich bloß mit der Meßspitze von
meinem Voltmeter an den Eingang komme, dann zählt der wunderbar bit für
bit nach oben.

Was mache ich falsch? Muss ich etwas bei der Ansteuerung beachten?

Was muss den anders sein, als 0 und 5 Volt?

Danke schon mal!

Christian

 

[Dieter Wiedmann]

Christian Scharwächter schrieb:

werden. Ich dachte mir, dass ich das so mache, dass ich den Pluspol von
der Photodiode an 5 Volt anschließe und den Minuspol über einen
Widerstand (560 Ohm) an Masse lege. Dann klemme ich den Takteingang an
die Stelle zwischen Photodiodenausgang und Widerstand.
Wenn die Diode leutet, dann liegt der Eingang auf knapp 5 Volt, weil
diese Spannung fast komplett am Widerstand abfällt.
Wenn sie sperrt, dann ist der Eingang über den Widerstand mit Null
verbunden.

Du sprichst in Rätseln. Eine Photodiode gibts da nicht. In der
Gabellichtschranke sind eine IR-LED und ein Phototransistor. Die kann
man z.B. so beschalten:


VCC VCC
+ +
| |
.-. .-.
| | | |
| |470 | |47k
'-' '-'
| |----Ausgang
| |/
V => -|
- |>
| |
| |
=== ===
GND GND
created by Andy´s ASCII-Circuit v1.21 Beta www.tech-chat.de

Wie hast du denn den 74HCT93 genau beschaltet?


Gruß Dieter

 

[Christian Scharwächter]

Du sprichst in Rätseln. Eine Photodiode gibts da nicht. In der
Gabellichtschranke sind eine IR-LED und ein Phototransistor. Die kann
man z.B. so beschalten:


VCC VCC
+ +
| |
.-. .-.
| | | |
| |470 | |47k
'-' '-'
| |----Ausgang
| |/
V => -|
- |
| |
| |
=== ===
GND GND
created by Andy´s ASCII-Circuit v1.21 Beta www.tech-chat.de

OK, dann Phototransistor. Wo ist denn der Unterschied?
Ich habe jetzt mal die Schaltung wie bei dir aufgebaut, nur dass ich den
Sender über 180 Ohm an 12 Volt betreibe und ich aus Mangel an
Widerständen statt dem 47k einen 18k genommen habe.

Vorher hatte ich Transistor und Widerstand vertauscht, womit ich bei
nicht unterbrochener Lichtschranke den Ausgang High hatte und bei
unterbrochener Low. Jetzt ist es halt andersherum, aber das tut mir eh
nichts zur Sache.

Wie hast du denn den 74HCT93 genau beschaltet?

So wie's laut Plan sein muss:
- CP1 habe ich halt wie oben am Ausgang
- MR1 und MR2 habe ich zusammen am 7 Ausgang eines 3-to-8 Decoders
- Vcc an 5 Volt
- CP0 habe ich einfach mal auf 0 gelegt, brauche ich ja nicht.
- Q0 ist offen gelassen (halt auch nicht benötigt)
- GND liegt auf Masse
- Q1, Q2, Q3 gehen in den oben genannten 3-to-8 Decoder

Die Pins 4, 6, 7, 12, 13 sind somit nirgends angeschlossen.

Wie sieht es mit Kondensatoren aus?
Ich habe mal gesagt bekommen, dass an jedes IC ein kleiner Kondensator
zur Spannungsstabilisierung gehört. Aber ich habe eine bestimmt wirklich
glatte Spannung und außer dem Counter und dem Decoder lasse ich nichts
über die 5 Volt laufen, also auch keine große Last.

Gruß Dieter

Christian

 

[Ingo van Lil]

Christian Scharwächter schrieb:

Merkwürdig finde ich ja auch, dass sowohl beim Unterbrechen der
Lichtschranke als auch beim wieder Öffnen sich die Zustände des Counters
ändern, wobei der laut Angaben ja "High-to-Low" arbeiten soll.
Und das, was er schaltet hat meiner Meinung nach kein festes Muster und
keinen Zusammenhang. Das ist immer wieder etwas anderes.

Spekulation: Vielleicht solltest Du den Ausgang der Lichtschranke
entprellen?

Tschau,
Ingo

--
Hobbes: How come we play war and not peace?
Calvin: Too few role models. -- Bill Watterson, Calvin and Hobbes

 

[Dieter Wiedmann]

Christian Scharwächter schrieb:

OK, dann Phototransistor. Wo ist denn der Unterschied?

Im Strom/Beleuchtungsstärke, der liegt beim Phototransistor um mehrere
Größenordnungen höher.

Ich habe jetzt mal die Schaltung wie bei dir aufgebaut, nur dass ich den
Sender über 180 Ohm an 12 Volt betreibe und ich aus Mangel an
Widerständen statt dem 47k einen 18k genommen habe.

Hey, du betreibst die LED mit (12-1,5)V/180R=58mA, das hält die nicht
lange aus. Ich hab die Widerstände für Vcc=5V dimensioniert. Der
Kollektorwiderstand wird nach dem Stromübertragungsverhältnis
dimensioniert, das liegt bei typ. 0,25% (min. 0,12%).

Vorher hatte ich Transistor und Widerstand vertauscht, womit ich bei
nicht unterbrochener Lichtschranke den Ausgang High hatte und bei
unterbrochener Low. Jetzt ist es halt andersherum, aber das tut mir eh
nichts zur Sache.

In diesem Fall tatsächlich nicht.

Wie hast du denn den 74HCT93 genau beschaltet?

So wie's laut Plan sein muss:
- CP1 habe ich halt wie oben am Ausgang
- MR1 und MR2 habe ich zusammen am 7 Ausgang eines 3-to-8 Decoders
- Vcc an 5 Volt
- CP0 habe ich einfach mal auf 0 gelegt, brauche ich ja nicht.
- Q0 ist offen gelassen (halt auch nicht benötigt)
- GND liegt auf Masse
- Q1, Q2, Q3 gehen in den oben genannten 3-to-8 Decoder

Das klingt soweit gut.

Die Pins 4, 6, 7, 12, 13 sind somit nirgends angeschlossen.

Das sind n.c. und ein Ausgang, das geht o.k..

Wie sieht es mit Kondensatoren aus?
Ich habe mal gesagt bekommen, dass an jedes IC ein kleiner Kondensator
zur Spannungsstabilisierung gehört. Aber ich habe eine bestimmt wirklich
glatte Spannung und außer dem Counter und dem Decoder lasse ich nichts
über die 5 Volt laufen, also auch keine große Last.

Die Kondensatoren sind unbedingt nötig, so 100nF Keramik. Im
Umschaltmoment ziehen die ICs einen erheblichen Strom, der kann schon
über ein paar cm Leitung nicht mehr schnell genung geliefert werden,
deshalb Kondensator so nahe wie möglich an den IC.


Was in deiner Schaltung noch fehlt ist ein Schmitt-Trigger (74HCT14)
zwischen Phototransistor und Zähler sowie eine Begrenzung der
Schaltfrequenz (dazu einfach Kondensator parallel zum Phototransistor,
t~~R*C).


Gruß Dieter

 

[Christian Scharwächter]

Spekulation: Vielleicht solltest Du den Ausgang der Lichtschranke
entprellen?

Wie mache ich das?
Kleinen Kondensator dazu damit die Flake langsamer läuft?

Christian

 

[Christian Scharwächter]

Dieter Wiedmann schrieb:

Hey, du betreibst die LED mit (12-1,5)V/180R=58mA, das hält die nicht
lange aus. Ich hab die Widerstände für Vcc=5V dimensioniert. Der
Kollektorwiderstand wird nach dem Stromübertragungsverhältnis
dimensioniert, das liegt bei typ. 0,25% (min. 0,12%).

Aber auf dem Datenblatt zur Lichtschranke steht doch, dass der
Licht-Emitter bis 60mA ab kann. Gut,. es sind "Absolute Maximum
Ratings". Bei dir fließen ja bloß knapp 7,5mA. Das ist natürlich schon
ein unterschied!
Für den CTR steht im Datenblatt am Anfang ein Wert von 2,5%.
Und was besagt dieser CTR?
Hat der dann mit dem Strom auf der Diodenseite und der Übertragen zum
Strom im Transistor zu tun?
Und wieder kann der Detector laut Datenblatt im Dauerbetrieb 100mA ab.

Die Kondensatoren sind unbedingt nötig, so 100nF Keramik. Im
Umschaltmoment ziehen die ICs einen erheblichen Strom, der kann schon
über ein paar cm Leitung nicht mehr schnell genung geliefert werden,
deshalb Kondensator so nahe wie möglich an den IC.

OK, werde ich mal noch machen. Aber ich habe halt direkt hinter dem
Counter diesen 3-to-8 Decoder, womit ich eigentlich erreichen will, dass
durch Unterbrechnung der Lichtschranke immer der Reihe nach 6 Lampen
geschaltet werden. Den 7. Ausgang vom Decoder habe ich also auf den
Reset vom Counter gelegt. Aber der Decoder klappt wunderbar. Auch ohne
extra Kondensatoren. Und der klappt auch, wenn ich ein Eingangssignal
über die Lichtschranke direkt anlege. Also schönes High und Low dafür.
Nur warum der Counter nicht?

Was in deiner Schaltung noch fehlt ist ein Schmitt-Trigger (74HCT14)
zwischen Phototransistor und Zähler sowie eine Begrenzung der
Schaltfrequenz (dazu einfach Kondensator parallel zum Phototransistor,
t~~R*C).

Das brauche ich aber nur, wenn die Taktfrequenz sehr hoch werden kann?
Oder kann es durch Signalfehler zu so hohen Frequenzen in der Tat kommen?
Ich will eigentlich bloß die Lichtschranke von einem Schwungrad
unterbrechen lassen, was von Hand angedreht wird. Und dabei mache ich
vielleicht 1-4 Unterbrecher pro Umdrehung.

Oder meinst du, dass der Schmitt-Trigger unbedingt nötig ist, wenn ich
das mit der Lichtschranke mache?

Christian

 

[Heiko Nocon]

Christian Scharwächter wrote:

Das klappt aber nicht! Der Zähler macht nur Mist.

Das war nicht anders zu erwarten. Selbst wenn die Beleuchtungsstärke
reicht, den Spannungshub zuverlässig zu erzeugen, so sind aber immer
noch die Flanken alles andere als normgerecht. Das erzeugt in der Nähe
der Schaltschwelle wilde Umschaltvorgänge des nachfolgenden Gatters bis
in den Megahertzbereich, die dann aber zuverlässig gezählt werden. ;o)

Da muß also wenigstens noch ein Schmitt-Trigger zur Impulsformung
zwischen. Z.B. 1/4 CMOS 4093. Wahrscheinlich an den Eingang des Triggers
auch noch ein kleiner Kondensator nach Masse, der zusammen mit dem
Ausgangswiderstand deiner Photodioden/Widerstandskombination einen
Tiefpaß zur Unterdrückung von Netzbrumm und anderen störenden
Einstreuungen bildet.

 

[Christian Scharwächter]

Heiko Nocon schrieb:

Das war nicht anders zu erwarten. Selbst wenn die Beleuchtungsstärke
reicht, den Spannungshub zuverlässig zu erzeugen, so sind aber immer
noch die Flanken alles andere als normgerecht. Das erzeugt in der Nähe
der Schaltschwelle wilde Umschaltvorgänge des nachfolgenden Gatters bis
in den Megahertzbereich, die dann aber zuverlässig gezählt werden. ;o)

Da muß also wenigstens noch ein Schmitt-Trigger zur Impulsformung
zwischen. Z.B. 1/4 CMOS 4093. Wahrscheinlich an den Eingang des Triggers
auch noch ein kleiner Kondensator nach Masse, der zusammen mit dem
Ausgangswiderstand deiner Photodioden/Widerstandskombination einen
Tiefpaß zur Unterdrückung von Netzbrumm und anderen störenden
Einstreuungen bildet.

Würde es denn für wirklich niedrige Frequenzen reichen, einfach einen
relativ großen Kondensator parallel zu schalten, damit ich wirklich
einen linearen Spannungsverlauf habe?
Aber vermutlich würde dann die Spannung immer noch zu lange im Bereich
der Schaltspannung verweilen, woraufhin das Problem bleibt, oder nicht?

Christian

 

[Martin Lenz]

Christian Scharwächter schrieb:

Merkwürdig finde ich ja auch, dass sowohl beim Unterbrechen der
Lichtschranke als auch beim wieder Öffnen sich die Zustände des Counters
ändern, wobei der laut Angaben ja "High-to-Low" arbeiten soll.
Und das, was er schaltet hat meiner Meinung nach kein festes Muster und
keinen Zusammenhang. Das ist immer wieder etwas anderes.

Die Flanken sind wahrscheinlich zu langsam, sodaß der Eingang im
Umschaltmoment schwingt, ev. noch verschlimmert, durch den fehlenden
Abblock C. Du brauchst einen Schmittrigger vor dem Eingang.

Martin

 

[Winfried Buechsenschuetz]

Ingo van Lil <inguin@gmx.de> wrote in message news:<slrnbhuc6n.e5.inguin@marvin.csn.tu-chemnitz.de>...

Spekulation: Vielleicht solltest Du den Ausgang der Lichtschranke
entprellen?

Entprellen weniger, da Lichtschranken - zumindest wenn die Mechanik,
die sie abtasten sollen - nicht wie ein mechanischer Schalter prellen.

Allerdings ist es dringend anzuraten, entweder Lichtschranken mit
eingebautem Schmitt-Trigger zu verwenden, oder einen solchen
dahinterzuhängen (z.B. zwei Gatter eines 74x14). Notfalls geht auch
ein 74LS245, der hat auch ne Eingangshysterese - allerdings AFAIK nur
in der LS-Ausführung, die HC/HCTs haben das nicht.

Winfried Büchsenschütz

 

[Dieter Wiedmann]

Christian Scharwächter schrieb:

Aber auf dem Datenblatt zur Lichtschranke steht doch, dass der
Licht-Emitter bis 60mA ab kann. Gut,. es sind "Absolute Maximum
Ratings". Bei dir fließen ja bloß knapp 7,5mA. Das ist natürlich schon
ein unterschied!

AMR darf nur für kurze Zeit ausgenutzt werden.

Für den CTR steht im Datenblatt am Anfang ein Wert von 2,5%.
Und was besagt dieser CTR?

10mA durch die LED --> 0,25mA durch den Phototransistor, aber orientiere
dich an der unteren Toleranzgrenze, die liegt bei 1,2%.

Hat der dann mit dem Strom auf der Diodenseite und der Übertragen zum
Strom im Transistor zu tun?
Und wieder kann der Detector laut Datenblatt im Dauerbetrieb 100mA ab.

Die müssen erstmal fließen können, kannst ja mal mit einem Baustrahler
reinleuchten.

Nur warum der Counter nicht?

Beseitige erstmal die groben Fehler, dann sieht man weiter.


[Schmitt-Trigger/Kondensator]

Das brauche ich aber nur, wenn die Taktfrequenz sehr hoch werden kann?
Oder kann es durch Signalfehler zu so hohen Frequenzen in der Tat kommen?
Ich will eigentlich bloß die Lichtschranke von einem Schwungrad
unterbrechen lassen, was von Hand angedreht wird. Und dabei mache ich
vielleicht 1-4 Unterbrecher pro Umdrehung.

Du brauchst beides.

Oder meinst du, dass der Schmitt-Trigger unbedingt nötig ist, wenn ich
das mit der Lichtschranke mache?

Ja, unbedingt. Sonst können am Eingang des Zählers Pegel auftreten, die
der gar nicht mag.


Gruß Dieter

 

[MaWin]

Christian Scharwächter <christian@scharwaechter.org> schrieb im Beitrag <bfo1n9$avv$1@nets3.rz.RWTH-Aachen.DE>...

Würde es denn für wirklich niedrige Frequenzen reichen, einfach einen
relativ großen Kondensator parallel zu schalten, damit ich wirklich
einen linearen Spannungsverlauf habe?

GEADE das mag der IC ueberhaupt nicht. siehe Maximale Flankensteilheit
im Datenblatt.

Nein, 74HC14 oder so ein Schmitt-Trigger MUSS sein.
Den Rest solltest du ja inzwischen zusammen haben.
--
Manfred Winterhoff, reply-to invalid, use mawin at gmx.net
homepage: http://www.geocities.com/mwinterhoff/
de.sci.electronics FAQ: http://dse-faq.elektronik-kompendium.de/
Read 'Art of Electronics' Horowitz/Hill before you ask.
Lese 'Hohe Schule der Elektronik 1+2' bevor du fragst.

 

[Christian Scharwächter]

Ein ganz ganz große DANKESCHÖÖÖÖN an euch alle!

Es klappt nun. Juhu!

Christian

 

[MaWin]

Dieter Wiedmann <Dieter.Wiedmann@t-online.de> schrieb im Beitrag <3F1F9AE5.140464F7@t-online.de>...

Kleiner Lapsus. Du meinst natürlich die Minimale.

Jaa, schon gut, ich meinte maximale Flankenschlaffheit... (aeh).

--
Manfred Winterhoff, reply-to invalid, use mawin at gmx.net
homepage: http://www.geocities.com/mwinterhoff/
de.sci.electronics FAQ: http://dse-faq.elektronik-kompendium.de/
Read 'Art of Electronics' Horowitz/Hill before you ask.
Lese 'Hohe Schule der Elektronik 1+2' bevor du fragst.

 

[Harald Wilhelms]

Christian Scharwächter <christian@scharwaechter.org> wrote in message news:<bfo19m$akv$1@nets3.rz.RWTH-Aachen.DE>...

Aber ich habe halt direkt hinter dem
Counter diesen 3-to-8 Decoder, womit ich eigentlich erreichen will, dass
durch Unterbrechnung der Lichtschranke immer der Reihe nach 6 Lampen
geschaltet werden. Den 7. Ausgang vom Decoder habe ich also auf den
Reset vom Counter gelegt. Aber der Decoder klappt wunderbar. Auch ohne
extra Kondensatoren. Und der klappt auch, wenn ich ein Eingangssignal
über die Lichtschranke direkt anlege. Also schönes High und Low dafür.
Nur warum der Counter nicht?

Das liegt daran, das ein Dekoder auf Dauersignale ausgelegt ist und
ein Zähler auf Flanken reagiert.

Was in deiner Schaltung noch fehlt ist ein Schmitt-Trigger (74HCT14)
zwischen Phototransistor und Zähler sowie eine Begrenzung der
Schaltfrequenz (dazu einfach Kondensator parallel zum Phototransistor,
t~~R*C).

Das brauche ich aber nur, wenn die Taktfrequenz sehr hoch werden kann?
Oder kann es durch Signalfehler zu so hohen Frequenzen in der Tat kommen?

Hallo Christian,
Das Problem ist, das Du Dir einen Zähler ausgesucht hast, der von vorherein
sehr schnell arbeiten kann und damit auch unerwünschte Signale sehr schnell
zählt. Das ist unabhängig davon, wie schnell Du ihn dann wirklich ansteuerst.
(Hättest Du von vorherein einen langsamen 4017 genommen, wären Dir diese
Probleme wahrscheinlich erspart geblieben.) Solche Zähler reagieren mit
unerwünschten Effekten, wenn das Eingangspotential genau zwischen den
erlaubten Low und High Pegel liegt. Die Lösung dafür ist, diesen Zwischen-
zustand auf jeden Fall zu vermeiden. Das geht am besten mit dem bereits
vorgeschlagenem Schmitt-Trigger.
Gruss
Harald