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Inhaltsverzeichnis 1 Einführung............................................................................... 3 2 Bauteile ...................................................................................4 2.1 Batterie............................................................................... 4 2.2 Steckbrett ........................................................................... 5 2.3 Widerstand......................................................................... 5 2.4 Elektrolytkondensator........................................................ 9 2.5 Taster ................................................................................10 2.6 Leuchtdiode .......................................................................11 2.7 Transistor .......................................................................... 12 2.8 Integrierte Schaltkreise (ICs)............................................. 13 3 Beispiele.................................................................................16 3.1 Heißer Draht ..................................................................... 17 3.2 Heißer Draht mit Speicherung......................................... 20 3.3 Liebestester ...................................................................... 24 3.4 Zeitbombe ........................................................................ 26 3.5 Takttrainer ....................................................................... 28 3.6 Glücksspiel........................................................................ 31 3.7 Binärwürfel .......................................................................33 3.8 Flaschendrehen ................................................................37 3.9 Reaktionstester................................................................. 39 3.10 Adler oder Zahl ................................................................ 42 3.11 Ratespiel........................................................................... 44 3.12 Glücksspielautomat ..........................................................47 2 1 Einführung Elektronische Bauteile sind die Grundlage für alle elektronischen Geräte, die es in den unterschiedlichsten Ausführungen gibt. In vielen Fällen handelt es sich dabei um digitale Bausteine, die logische Operationen und Berechnungen ausführen. Jeder kennt Computerspiele, die die Hardware des Computers nutzen. Allerdings wissen nur wenige, wie die Hardware wirklich funktioniert. Dieses Lernpaket erklärt anhand von kleinen elektronischen Spielen, wie die Bauteile funktionieren und zu einer Schaltung verschaltet werden können, die immer eine andere Funktion realisiert. Es wird gezeigt, wie man aus einer Handvoll einfachen Bauteilen unterschiedliche Spiele bauen kann. Im ersten Teil lernen Sie kurz die Bauteile und deren Funktion kennen und im zweiten Teil werden anhand von elektronischen Spielen unterschiedliche Anwendungsmöglichkeiten der Bauteile demonstriert. Hier wird erklärt, wie ein einfacher Taktgenerator aufgebaut wird und wozu man die integrierten Schaltkreise (ICs) verwenden kann. Es wird gezeigt, wie Transistoren funktionieren und wie sie zusammen mit Widerständen und Kondensatoren die Funktionalität der Schaltung beeinflussen können. Während des Experimentierens mit den elektronischen Bauteilen wird man feststellen, dass es sich nicht um Hexerei handelt, sondern um einfache logische Verknüpfungen. Auf der Steckplatine können Sie die Beispiele einfach verändern und sich eigene Schaltungen ausdenken und aufbauen. Michael Hofmann 3 2 Bauteile Um die Beispiele in diesem Lernpaket erfolgreich auszuprobieren, sollte man sie zuerst einmal kennenlernen, damit beim Zusammenstecken Fehler vermieden werden. In den folgenden Kapiteln werden die Eigenschaften, die Funktionsweise und die Belegung der Anschlüsse erklärt. 2.1 Batterie Jede elektronische Schaltung benötigt eine Spannungsquelle für die Stromversorgung. In diesem Lernpaket werden alle Beispielschaltungen mit einem handelsüblichen 9-V-Block versorgt (nicht im Lieferumfang enthalten). Die Batterie hat zwei Anschlüsse, einen Pluspol (kleinerer Kontakt) und einen Minuspol (größerer Kontakt). Um die Batterie mit dem Steckbrett zu verbinden, liegt dem Lernpaket ein Batterieclip bei. Dieser Clip wird auf die Batterie geklemmt und über die beiden Drähte mit dem Steckbrett verbunden. Das rote Kabel ist der Pluspol und das schwarze Kabel ist der Minuspol. Abb. 1: 9-V-Block mit Batterieclip 4 2.2 Steckbrett Mit Hilfe des Steckbretts können verschiedene Beispiele aufgebaut werden. Die Bauteile können ohne Löten direkt eingesteckt werden. Um die Verbindung zwischen den Bauteilen herzustellen, sind die Buchsen im Innern teilweise miteinander verbunden. In Abb. 2 erkennt man, welche Buchsen miteinander verbunden sind. Abb. 2: Steckbrett mit internen Verbindungen 2.3 Widerstand Widerstände sind Strom begrenzende Bauteile. Sie sorgen dafür, dass man die Ströme und Spannungen in einer Schaltung entsprechend einstellen kann. Sie werden z. B. eingesetzt, um den Strom durch eine Leuchtdiode zu begrenzen. Würde man eine Leuchtdiode (LED = Light Emitting Diode) ohne Vorwiderstand betreiben, wäre diese sehr schnell 5 überlastet und würde durchbrennen. In Abb. 3 ist ein Widerstand mit seinem zugehörigen Schaltplansymbol dargestellt. Abb. 3: Widerstand und Schaltplansymbol Widerstände gibt es in vielen verschiedenen Werten, üblicherweise zwischen 1 Ω und 10 MΩ. Die Zwischenwerte sind, je nach Toleranz, gröber oder feiner abgestuft. Damit man die Werte voneinander unterscheiden kann, haben die bedrahteten Widerstände einen aufgedruckten Farbcode. Tabelle 1: Farbcode von Widerständen Farbe 1. Ring 2. Ring Multiplikator 0 Toleranz Schwarz 0 0 x 10 – Braun 1 1 x 101 +/–1 % Rot 2 2 x 102 +/–2 % 3 3 Orange 6 3 x 10 – Farbe 1. Ring 2. Ring Multiplikator Toleranz Gelb 4 4 x 104 – 5 Grün 5 5 x 10 +/–0,5 % Blau 6 6 x 106 +/–0,25 % 7 Violett 7 7 x 10 +/–0,1 % Grau 8 8 x 108 – Weiß 9 9 x 109 – -1 Gold – – x 10 +/–5 % Silber – – x 10-2 +/–10 % In diesem Lernpaket werden Widerstände mit einer Toleranz von +/–5% verwendet. Sie haben insgesamt vier Ringe. Widerstände mit genauerer Toleranz können auch mehr als vier Ringe haben. Die ersten beiden Ringe stehen für die ersten beiden Ziffern des Werts. Der dritte Ring gibt den Multiplikator an, mit dem die beiden Ziffern multipliziert werden müssen, damit man auf den Widerstandswert kommt. Der vierte Ring gibt die Toleranz des Werts an. In Abb. 4 ist ein Beispiel für einen 1,5-kΩ-Widerstand mit einer Toleranz von 5 % gezeigt. Das bedeutet, dass der wirkliche Widerstandswert zwischen 1,425 kΩ und 1,575 kΩ liegen kann. 7 Abb. 4: Beispiel für einen Farbcode Normreihe Wenn man Widerstände kaufen möchte, wird man feststellen, dass es keine Widerstandswerte mit einem Wert von z. B. 1,412 kΩ gibt. Häufig kommt aber bei einer Berechnung ein solcher ungerader Wert heraus. Man muss sich nun für einen Wert aus der Normreihe entscheiden. Es gibt unterschiedliche Normreihen (E6, E12, E24, E48, E96) in die die Widerstandswerte eingeteilt sind. Möchte man sich einen Widerstand aus der E24-Reihe auswählen, stehen folgende Werte zur Verfügung. Tabelle 2: Widerstandswerte der Normreihe E24 1,0 1,1 1,2 1,3 1,5 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,7 3,0 3,3 3,6 3,9 4,3 4,7 5,1 5,6 6,2 6,8 7,5 8,2 9,1 8 Die Normreihe E24 hat 24 Abstufungen der Werte. Die angegebenen Werte müssen noch mit einer Zehnerpotenz multipliziert werden. Im Katalog findet man dann Widerstände mit dem Wert 36 Ω, 360 Ω, 3,6 kΩ, 36 kΩ usw. Anstelle des Widerstandes mit 1,412 kΩ muss man sich nun für einen Widerstand mit 1,3 kΩ oder 1,5 kΩ entscheiden. 2.4 Elektrolytkondensator Bei einem Elektrolytkondensator handelt es sich um einen gepolten Kondensator, mit dem relativ hohe Kapazitätswerte erreicht werden können (im Vergleich zu Keramik- oder Folienkondensatoren). Der Kondensator besteht aus einem flüssigen Elektrolyten, in welchem eine dünne aufgewickelte Aluminiumfolie steckt. Diese Aluminiumfolie wird aufgeraut und hat dadurch eine große Oberfläche. Durch die große Oberfläche und den geringen Abstand der einzelnen Schichten erhält man die hohen Kapazitätswerte. Wie bei einer Batterie muss darauf geachtet werden, dass der Kondensator richtig herum angeschlossen wird, da es sonst zur Zerstörung des Bauteils kommt. Auf dem Gehäuse ist der Minuspol mit einem weißen Streifen mit Minuszeichen gekennzeichnet. Abb. 5: Elektrolytkondensator 9 2.5 Taster Durch Taster wird es dem Benutzer der Schaltung auf einfache Weise ermöglicht, mit der Schaltung zu kommunizieren. Ein Taster hat mindestens zwei Anschlüsse, die bei Betätigung des Tasters miteinander verbunden werden und so einen Stromfluss ermöglichen. Der Taster in diesem Lernpaket (Abb. 6) verfügt auf den ersten Blick über vier Anschlüsse. Allerdings sind jeweils zwei von diesen Anschlüssen miteinander verbunden und der Schaltkontakt liegt zwischen den gebrückten Anschlüssen. Die vier Anschlüsse haben den Vorteil, dass der Taster sehr gut auf einer Leiterplatte aufgelötet und betätigt werden kann. Ein Taster mit nur 2 Anschlüssen ist mechanisch nicht so stabil und kann bei Betätigung wackeln. Ein großer Nachteil von vielen Tastern ist, dass sie prellen. Das bedeutet, dass der Kontakt durch Betätigung, aufgrund des federnden Verhaltens, mehrmals geschlossen und geöffnet wird, bis sich ein stabiler Zustand eingestellt hat. Dieser Effekt kann mehrere Millisekunden dauern. Da die ICs auch sehr schnelle Signalwechsel erkennen, kann es hier zu fehlerhaften Interpretationen kommen. Soll zum Beispiel die Anzahl der Tastendrücke gezählt werden, kann es vorkommen, dass durch das Prellen des Tasters ein Tastendruck mehrfach gezählt wird. Der Effekt des Prellens kann z. B. mit Hilfe von RC-Gliedern reduziert werden. Abb. 6: Taster 10 2.6 Leuchtdiode Leuchtdioden sind Halbleiter-Bauelemente, die bei einem Stromfluss Licht abgeben. Die Abkürzung LED steht für Light Emitting Diode. Die Ansteuerung von LEDs ist sehr einfach und aufgrund der geringen Leistungsaufnahme auch direkt über den Ausgang der CMOS-ICs möglich. Abb. 7 zeigt eine LED mit dem entsprechenden Schaltplansymbol. Abb. 7: Leuchtdiode Da es sich um einen Halbleiter handelt, ist bei dem Einbau der Leuchtdiode auf die Polarität zu achten. Die beiden Anschlüsse sind mit A (Anode) und K (Kathode) gekennzeichnet. Damit man die Anschlüsse der LED auseinanderhalten kann, gibt es mehrere Merkmale. Hält man eine neue LED in den Händen, ist der Anschlussdraht für die Kathode etwas kürzer als der der Anode (K wie Kathode oder kurz). Werden diese Anschlüsse mit einem Seitenschneider auf die gleiche Länge gebracht, fällt dieses Entscheidungsmerkmal weg. Als weiteres Merkmal findet man am Gehäuse der LED eine abgeflachte Seite, während die andere rund ist. Die abgeflachte Seite kennzeichnet ebenfalls die Kathode. Als Eselsbrücke kann man sich merken: K steht an der Kante und kennzeichnet die Kathode. Die letzte Möglichkeit sieht man, wenn man die 11 LED gegen das Licht hält. Im Innern der LED sind zwei unterschiedlich große Anschlüsse. Der größere Anschluss ist die Kathode. LEDs dürfen nur mit einem Vorwiderstand betrieben werden, damit der Strom durch die LED begrenzt wird. Wie der richtige Widerstandswert berechnet wird, ist im Beispiel Heißer Draht beschrieben. 2.7 Transistor Transistoren gibt es in sehr vielen Varianten, die sich in der Strombelastbarkeit, Bauform und Schaltfrequenz unterscheiden. In diesem Lernpaket wird ein bipolarer NPN-Transistor vom Typ BC547 eingesetzt. Dies ist ein Kleinsignaltransistor, mit dem man keine allzu großen Ströme schalten kann. Die Anschlüsse sind mit Basis (B), Emitter (E) und Kollektor (C) gekennzeichnet. Abb. 8: Transistor Mit einem Transistor hat man die Möglichkeit, durch einen kleinen Basisstrom (IB) einen größeren Kollektorstrom (IC) fließen zu lassen. Bei einem BC547 liegt die Stromverstärkung zwischen 200 und 450. Das bedeutet, dass ein Basisstrom von 1 mA einen Kollektorstrom von 200450 mA fließen lassen kann. Der maximale Strom darf allerdings 100 mA nicht überschreiten, da sonst der Transistor zerstört werden 12 könnte. Daher muss der Strom durch den Transistor über Widerstände oder einen Verbraucher begrenzt werden. 2.8 Integrierte Schaltkreise (ICs) Das Lernpaket beinhaltet zwei Schaltkreise in CMOS-Technik, die aus der 40xx-Famile stammen. In dieser Familie gibt es alle logischen Gatter und verschiedene Zähler sowie viele ICs (IC = Integrated Circuit) mit speziellen Funktionen. Mit diesen Bausteinen können verschiedenste digitale Schaltungen aufgebaut werden. Der große Vorteil an dieser Familie ist, dass der erlaubte Bereich der Versorgungsspannung von 3–15 V geht, anders als bei den TTL-ICs (74xx-Familie), die in der Regel nur mit +5 V betrieben werden dürfen. Daher können die ICs in diesem Lernpaket auch direkt mit einer 9-V-Batterie versorgt werden ohne einen zusätzlichen Spannungsregler vorzuschalten. Im Auslieferzustand sind bei ICs die Beinchen häufig etwas nach außen gebogen. Der IC passt daher nicht perfekt in das Raster des Steckbretts. Es wird daher empfohlen, vor der ersten Verwendung die Beine vorsichtig nach innen zu biegen, bis sie genau in das Raster passen. Jetzt können die ICs problemlos in das Steckbrett gesteckt werden. Zum Entfernen sollte man von der Seite vorsichtig mit einem kleinen Schraubenzieher hebeln, damit die Beinchen beim Herausziehen nicht verbogen werden. NAND-Gatter (4093) Die digitalen ICs haben mehrere Anschlüsse, die richtig miteinander verschaltet werden müssen. Bei der Verschaltung muss man besonders darauf achten, dass man keine Ausgänge zusammenschaltet, da es sonst zu einem Kurzschluss kommen kann. Hat ein Ausgang einen Low-Pegel (0 V) und der andere einen High-Pegel (9 V), würde ein hoher Strom 13 zwischen den Ausgängen fließen und könnte so den Baustein zerstören. Das Zusammenschalten von Eingängen ist kein Problem, da diese hochohmig sind. Die Zählweise der Pins beginnt bei Pin 1, der häufig mit einem Punkt gekennzeichnet ist, und verläuft gegen den Uhrzeigersinn bis zum letzten Pin. Bei der Bauform, die im Lernpaket verwendet wird, ist eine Kerbe zwischen dem ersten und letzten Pin. Richtet man diese Kerbe nach links aus, befindet sich der Pin 1 links unten. Dann ist auch die Beschriftung richtig herum lesbar. Da es sich um eine integrierte Schaltung handelt, muss diese mit Strom versorgt werden. Die Anschlüsse für die Spannungsversorgung befinden sich bei der 40xx-Familie in der Regel an zwei diagonal gegenüberliegenden Pins. Am Pin rechts unten wird Masse (GND oder 0 V) und am Pin links oben wird die positive Betriebsspannung V+ (9 V) angeschlossen. Beim 4093 (NAND-Gatter) liegt an Pin 7 Masse und an Pin 14 V+. Abb. 9: Anschlussbelegung der NAND-Gatter Das NAND-Gatter ist ein UND-Gatter, dessen Ausgang invertiert ist. Dadurch erhält man an dem Ausgang immer einen High-Pegel, wenn irgendein Eingang einen Low-Pegel hat. Der Ausgang geht nur auf Low, wenn an beiden Eingängen gleichzeitig ein High-Pegel anliegt. Die logische Funktion ist in der folgenden Wahrheitstabelle dargestellt. 14 Eingang 1 Eingang 2 Ausgang 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 Binärer Zähler (40193) Der binäre Zähler zählt bei jedem Takt den intern gespeicherten Zählerstand um 1 nach oben oder nach unten. Dies ist abhängig davon, ob der Takt am Pin CPU (hochzählen) oder CPD (runterzählen) angeschlossen wird. Über die Eingänge D0, D1, D2 und D3 kann man festlegen, bei welchem Zählerstand mit dem Zählen begonnen werden soll. Dieser Anfangswert wird übernommen, sobald an dem Pin PL ein Wechsel von High nach Low erfolgt. Liegt an D0=1, D1=0, D2=1 und D3=0 wird der Zählerstand auf 5 gesetzt. Über den Pin MR wird ein Reset ausgeführt, der den Zählerstand immer auf 0 setzt, egal was an den Pins D0 bis D3 anliegt. Der Zählerstand wird über die Ausgänge Q0 bis Q3 nach außen gegeben. Dabei steht Q0 für die Wertigkeit 1, Q1 für 2, Q2 für 4 und Q3 für 8. Bei der Zahl 10 haben die Ausgänge Q1 und Q3 einen High-Pegel (2+8=10). Q0 und Q2 liegen in diesem Fall auf einem Low-Pegel. 15 Abb. 10: Anschlussbelegung des binären Zählers Anders als beim NAND-Gatter (4093) verfügt dieser IC über 16 Pins. Daher muss die Versorgungsspannung V+ an Pin 16 und Masse an Pin 8 angeschlossen werden. Grundsätzlich gilt bei integrierten Schaltungen, dass nicht benutzte Eingänge auf einen definierten Pegel (Low oder High) gelegt werden sollten. Werden Eingänge offen gelassen, können diese durch Störungen sehr leicht einen falschen Eingangspegel interpretieren und es kommt zu einer Fehlfunktion. Das komplette Datenblatt des ICs kann man sich im Internet von mehreren Herstellern herunterladen. 3 Beispiele Beim Aufbau und beim Ändern der Beispiele sollten Sie immer zuerst die Batterie abklemmen, damit ein Kurzschluss während des Steckens der Bauteile ausgeschlossen ist. Die Batterie sollte erst nach einer Kontrolle der gesamten Schaltung wieder angeschlossen werden. Bitte achten Sie auch darauf, dass sich die Widerstandsbeine nicht berühren – es geht bei den Aufbauten teilweise recht eng zu. 16 Bei allen Beispielen wird zuerst der Steckbrettaufbau gezeigt und anschließend die Schaltung erklärt. Die Werte der Widerstände und Kondensatoren sowie die Farben der LEDs entnehmen Sie bitte dem Schaltplan. Dort steht zum Beispiel, dass R1 einen Wert von 820 kΩ hat. Vorbereitung Bevor Sie die Beispiele aufbauen, sollten Sie noch einige Vorbereitungen treffen. Sie können bereits im Vorfeld die Drähte auf die richtige Länge zuschneiden und abisolieren. Für die Beispiele werden folgende Längen benötigt: 11x 30 mm 7x 50 mm 5x 70 mm Die zugeschnittenen Leitungen müssen nun noch auf jeder Seite ca. 7–8 mm abisoliert werden. Verwenden Sie für das Abisolieren am besten eine Abisolierzange für einen Drahtdurchmesser von 0,6 mm. Sollten Sie keine Abisolierzange zur Hand haben, können Sie die Drähte auch mit einem scharfen Messer vorsichtig rundherum einschneiden und dann die Isolierung abziehen. 3.1 Heißer Draht Der Heiße Draht ist ein sehr beliebtes und einfaches Spiel. Man benötigt dafür lediglich ein Stück Draht, eine Batterie und eine Lampe oder ein Summer. In diesem Beispiel ist es eine Leuchtdiode (LED) mit Vorwiderstand. Bei dem Spiel muss versucht werden, mit einer Drahtschlaufe einem beliebig gebogenen Draht zu folgen, ohne diesen zu berühren. Wird der gebogene Draht dennoch berührt, leuchtet die LED und man 17 muss wieder von vorne beginnen. Der Spieler, der die Strecke am schnellsten ohne eine Berührung schafft, hat gewonnen. In Abb. 11 ist der Aufbau des Spiels auf der Steckplatine dargestellt. Bevor das Spiel aufgebaut werden kann, sind noch ein paar Vorbereitungen nötig. Dem Lernpaket liegt ein isolierter Draht bei, der abisoliert werden muss, damit auch ein Kontakt hergestellt werden kann. Dazu schneiden Sie von dem isolierten Draht ein ca. 20 cm langes Stück ab und isolieren ein Ende ca. 5 cm ab. Jetzt halten Sie den Draht am abisolierten Ende fest und ziehen mit den Fingernägeln die restliche Isolierung ab. Der komplett blanke Draht kann nun beliebig gebogen werden und in die entsprechenden Löcher des Steckbretts gesteckt werden. Jetzt muss noch die Drahtschlaufe hergestellt werden, die der Spieler in die Hand nimmt. Dazu schneiden Sie ein 25 cm langes Stück vom isolierten Draht ab und isolieren an einer Seite ca. 7 mm ab. Diese Seite wird später in die Steckplatine gesteckt. Die andere Seite muss ca. 4 cm abisoliert werden, um eine Drahtschlaufe mit 1 cm Durchmesser zu biegen. Zum Biegen der Drahtschlaufe legen Sie das isolierte Stück am besten um einen Stift, um eine runde Form zu erhalten. Jetzt können die Bauteile an die entsprechenden Positionen in die Steckplatine gesteckt werden. Die Batterie sollte grundsätzlich erst angeschlossen werden, wenn alle Bauteile gesteckt wurden und Sie die Schaltung nochmals kontrolliert haben. 18 Abb. 11: Steckbrettaufbau Heißer Draht Schaltungsbeschreibung Im Prinzip dient die Drahtschlaufe mit dem gebogenen Draht als Schaltkontakt, der den Stromkreis schließt, sobald die beiden Drähte sich berühren. Dadurch kommt der Stromfluss zustande, der die LED leuchten lässt. Eine LED muss immer mit einem Vorwiderstand betrieben werden, um den Strom durch die Leuchtdiode zu begrenzen, damit sie nicht zerstört wird. 19 Abb. 12: Schaltplan Heißer Draht Wie groß der Strom durch eine LED sein darf, ist abhängig vom verwendeten Typ und muss im Zweifelsfall im Datenblatt des Herstellers nachgelesen werden. Die verwendeten Leuchtdioden in diesem Lernpaket sind Standardbauteile, die bereits bei einem Strom von 1–2 mA leuchten. Die Vorwärtsspannung beträgt 2,0 V bei einer gelben LED, 2,1 V bei einer roten und 2,4 V bei einer grünen. Die LED soll mit einem Strom von ca. 2 mA betrieben werden. Mit diesen Informationen kann man nun den Vorwiderstand für die LED berechnen. UBatt – ULED RV = ILED 9 V – 2,1 V = 2 mA = 3450 Ω Da man in der Widerstandsnormreihe keinen Widerstand mit dem Wert 3450 Ω findet, muss man auf den nächstgelegenen Wert zurückgreifen. In diesem Fall ist es ein Widerstand mit 3,3 kΩ. 3.2 Heißer Draht mit Speicherung Bei diesem Beispiel handelt es sich um eine Erweiterung des vorherigen Beispiels. Die Spielregeln sind die gleichen. Wenn die Leuchtdiode nur leuchtet, solange der Draht berührt wird, kommt es schnell zu Streitig- 20 keiten der Spieler. Einer hat gesehen, dass die LED leuchtet und der andere behauptet, dass sie nicht geleuchtet hat. Um dieses Problem zu beseitigen, wird die Schaltung um eine Speicherung erweitert. Jetzt geht die Leuchtdiode nach einer Berührung des Drahtes nicht mehr aus. Die LED kann nur mit dem Taster wieder ausgeschaltet werden. Abb. 13: Heißer Draht mit Speicher Die Schaltung wurde zusätzlich noch um eine grüne Leuchtdiode erweitert, die anzeigt, dass die Schaltung funktioniert und noch keine Berührung stattgefunden hat. Sollte nach dem Anschließen der Versorgungsspannung die rote LED anstelle der grünen leuchten, muss der 21 Taster kurz betätigt werden, um die Schaltung wieder auf den Startzustand zurückzusetzen. Schaltungsbeschreibung Über die beiden NAND-Gatter (IC1A und IC1B) wird ein NAND-Flip-Flop realisiert. Das NAND-Flip-Flop funktioniert wie ein RS-Flip-Flop mit invertierten Eingängen. Daher kann der Zustand des Ausgangs mit einem Low-Pegel am Eingang geändert werden. Die Widerstände R1 und R2 sind Pull-up-Widerstände und legen die Eingänge auf einen High-Pegel. Wird der Draht mit der Schlaufe berührt, liegt ein Massepotenzial auf dem Pin 1 von IC1A und entspricht somit einem Low-Pegel. Um die FlipFlop-Schaltung zu verstehen, muss man einen stabilen Zustand annehmen. Angenommen, die grüne LED leuchtet und Pin 4 hat somit einen High-Pegel, dann liegt an Pin 2 ebenfalls ein High-Pegel. Wird Pin 1 durch eine Berührung auf Low-Pegel gezogen, geht Pin 3 entsprechend der NAND-Funktionalität auf High. Dieser Pegel liegt auch an Pin 5 an. Solange der Taster nicht betätigt ist, liegen beide Eingänge von IC1B auf einem High-Pegel und der Ausgang wird auf Low gesetzt. Dadurch geht die grüne LED (V2) aus und die rote (V1) leuchtet. Wird der Taster gedrückt und der Draht nicht berührt, geht nach dem gleichen Funktionsprinzip die grüne LED an und die rote aus. Wird der Draht berührt und gleichzeitig der Taster gedrückt, handelt es sich um einen undefinierten Zustand, der vermieden werden sollte, da es zu keinem eindeutigen Ergebnis kommt. 22 Abb. 14: Schaltplan Heißer Draht mit Speicher 23 3.3 Liebestester Der Liebestester ist ein kleines Beispiel, mit dem zwei Menschen testen können, ob sie das Gleiche fühlen. Dazu müssen die Personen jeweils zwei Kontakte in die Hand nehmen und aneinander denken. Leuchtet nur die grüne LED, denken beide Kandidaten an ihren Partner. Denkt eine Person von beiden gerade an etwas anderes und bekommt, aufgrund ihres schlechten Gewissens, feuchte Hände, leuchtet die rote oder gelbe LED auf. Abb. 15: Steckbrettaufbau Liebestester Schaltungsbeschreibung Die beiden Transistoren werden über den Hautwiderstand angesteuert. Je geringer dieser ist, z. B. durch feuchtere Hände, desto stärker wird der Transistor durchgesteuert und desto geringer ist der Widerstand in der Kollektor-Emitter-Strecke. Wird der Widerstand des Transistors geringer, kann mehr Strom fließen und dadurch können die Leuchtdioden heller 24 leuchten. Der maximale Strom durch die Leuchtdioden ist durch die Vorwiderstände R1 und R2 begrenzt. Sind die Hautwiderstände gleich groß, werden die Transistoren gleich stark angesteuert und der Spannungsabfall über die Kollektor-Emitter-Strecke ist gleich hoch. Dadurch fällt keine Spannung an den Leuchtdioden V1 und V2 ab und sie bleiben somit dunkel. Da die grüne LED zwischen Emitter und Masse geschaltet ist, leuchtet sie immer, sobald die Transistoren leitend werden. Abb. 16: Schaltplan Liebestester 25 3.4 Zeitbombe Dieses Spiel ist ein Spiel für zwei oder mehr Spieler. Bei dem Spiel Zeitbombe muss man den Taster für eine kurze Zeit drücken. Dadurch wird die Bombe „scharf geschaltet“. Jetzt wird die Schaltung unter den Mitspielern herumgereicht. Irgendwann geht die angeschlossene Leuchtdiode an und simuliert somit das Explodieren der Bombe. Derjenige Spieler, der zu diesem Zeitpunkt die Schaltung in der Hand hält, hat verloren und scheidet aus. Danach geben die übrigen Spieler die Schaltung untereinander weiter – bis nur noch ein Spieler übrig bleibt und somit das Spiel gewonnen hat. Abb. 17: Steckbrettaufbau Zeitbombe 26 Schaltungsbeschreibung Über das RC-Glied aus R1 und C1 wird eine relativ große Zeitkonstante realisiert. Es dauert ca. 100–130 Sekunden, bis die Schaltschwelle von IC1A erreicht ist. Abb. 18: Schaltplan Zeitbombe Wird zu Spielbeginn der Taster gedrückt, entlädt sich der Kondensator C1 sehr schnell und die Spannung an den beiden Eingängen des NANDGatters ist 0 V. Die beiden Gatter funktionieren, durch das Zusammenschalten der Eingänge, als Inverter. Nach dem Loslassen des Tasters wird über den Widerstand R1 der Kondensator C1 langsam aufgeladen und die Spannung steigt an. Irgendwann ist die Schaltschwelle des NAND-Gatters (IC1A) erreicht und der Ausgangspegel von Gatter A geht auf Low. Der nachgeschaltete Inverter (IC1B) bewirkt einen High-Pegel an 27 R2. Dadurch wird der Transistor T1 durchgesteuert und die LED V1 leuchtet. Um die Schaltung zu testen, kann man den Kondensator C1 kurz herausziehen. Sobald man den Kondensator entfernt hat, leuchtet die LED und man spart sich die Wartezeit. 3.5 Takttrainer Mit dem folgenden Beispiel kann man üben, einen vorgegebenen Takt mit einem Taster nachzutasten. Bei dem Takttrainer muss der Taster immer dann betätigt werden, wenn die gelbe LED leuchtet. Wird die Taste zum richtigen Zeitpunkt gedrückt, leuchtet die grüne LED. Leuchtet die gelbe LED nicht und die Taste wird betätigt, geht die rote LED an. Dadurch erkennt man, dass man die Taste zu einem falschen Zeitpunkt gedrückt hat. Abb. 19: Steckbrettaufbau Takttrainer 28 Schaltungsbeschreibung Mit Hilfe von IC1A (NAND-Gatter als Inverter), R1 und C1 wird ein sehr einfacher Taktgenerator gebaut. Dieser gibt den Takt vor, der mit dem Taster nachempfunden werden muss. Nach dem Anlegen der Versorgungsspannung ist der Kondensator noch entladen und an den beiden Eingangspins (1 und 2) liegt dadurch ein Low-Pegel an. Durch die invertierende Funktion des Gatters erhält man am Ausgang einen HighPegel (Pin 3). Durch den High-Pegel wird über den Widerstand R1 der Kondensator C1 aufgeladen und die Spannung an den beiden Eingängen steigt. Irgendwann ist die Schwelle erreicht, an der der Inverter einen High-Pegel erkennt und den Ausgang auf Low schaltet. Jetzt wird der Kondensator C1 über R1 wieder entladen, bis die Eingänge einen LowPegel erkennen und der Inverter wieder umschaltet. Durch dieses ständige Umladen des Kondensators entsteht der Takt, der mit Hilfe der LED V1 sichtbar gemacht wird. 29 Abb. 20: Schaltplan Takttrainer Der Takt wird über einen Vorwiderstand R4 auf die Basis des Transistors T2 geführt. Der Transistor T1 wird mit dem invertierten Takt durch das Gatter IC1C angesteuert. Ist der Taster nicht gedrückt, liegt auch keine Spannung an den Leuchtdioden an und keine LED leuchtet. Wird der Taster gedrückt, während die gelbe LED leuchtet, ist der Transistor T2 durchgeschaltet und die grüne LED kann leuchten. Betätigt man allerdings den Taster, während die gelbe LED (V1) aus ist, ist über den Inverter (IC1C) der Transistor T1 durchgesteuert und die rote LED kann leuchten. Der Transistor T2 ist zu diesem Zeitpunkt gesperrt und die 30 grüne LED kann nicht leuchten. Hält man den Taster gedrückt, sieht man die rote und die grüne LED abwechselnd blinken. 3.6 Glücksspiel Die Regeln des Glücksspiels sind schnell erklärt. Es geht darum, den Taster im richtigen Moment zu drücken. Es ist nur selten möglich, die LED durch einen Tastendruck zum Leuchten zu bringen. Nach dem Tastendruck wird die Schaltung an den nächsten Spieler weitergegeben und dieser darf sein Glück versuchen. Derjenige Spieler, der es schafft, die LED zum Leuchten zu bringen, ist der Glückspilz und hat gewonnen. Abb. 21: Steckbrettaufbau Glücksspiel 31 Schaltungsbeschreibung Im Hintergrund läuft ein langsamer Takt, der alle 7-8 Sekunden kurz auf einen High-Pegel geht. Wird der Taster zu diesem Zeitpunkt gedrückt, kann die LED zum Leuchten gebracht werden. Abb. 22: Schaltplan Glücksspiel Über den Widerstand R1 und den Kondensator C1 wird die relativ lange Zeitkonstante erzeugt. Ist die Schaltschwelle von IC1A erreicht, geht der Ausgang (Pin 3) auf einen Low-Pegel und wird über das Gatter IC1B 32 invertiert. Durch den High-Pegel an Pin 4 wird der Transistor T1 durchgeschaltet und der Kondensator C1 über R2 schneller entladen, da der Widerstandswert nur 10 kΩ beträgt. Wird nun der Taster gedrückt, während an Pin 9 von IC1C der High-Pegel anliegt, erhält man am Ausgang (Pin 10) einen Low-Pegel, der über IC1D invertiert wird und somit die LED einschaltet. 3.7 Binärwürfel Der Binärwürfel ist ein einfacher elektronischer Würfel, der mit nur 3 LEDs funktioniert. Mit drei LEDs können nicht, wie bei anderen elektronischen Würfeln, die Augen dargestellt werden, sondern die gewürfelte Zahl wird als binäre Zahl angezeigt. Die LED V3 (gelb) hat die Wertigkeit 1, die LED V2 (grün) hat die Wertigkeit 2 und die LED V1 (rot) hat die Wertigkeit 4. Die folgende Tabelle zeigt, bei welcher Zahl die entsprechenden LEDs leuchten. In der ersten Spalte steht die gewürfelte Zahl und das X in der entsprechenden Spalte unter der LED, gibt an, dass die LED leuchtet. Tabelle 3: Übersicht der leuchtenden LEDs bei der gewürfelten Zahl Zahl V1 (rot) = 4 V2 (grün) = 2 1 V3 (gelb) = 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X X X X 33 Für die Zahl 5 müssen die LEDs V1 und V3 leuchten. Addiert man die Wertigkeiten der beiden Zahlen, erhält man: 4+1=5. Solange der Taster gedrückt wird, wechseln die LEDs schnell ihren Zustand und man kann keine Zahl erkennen. Nach dem Loslassen des Tasters bleiben die LEDs in einem stabilen Zustand stehen und die gewürfelte Zahl kann abgelesen werden. Die Schaltung ist so dimensioniert, dass man noch ein Wechseln der einzelnen Zustände erkennen kann. Sollte es Mitspieler geben, die noch die Zahlen erkennen können und es immer wieder schaffen, zum richtigen Moment loszulassen, kann man den Takt erhöhen. Dazu muss man nur den Widerstandswert von R1 verringern. Man kann den Widerstand von 100 kΩ zum Beispiel gegen einen Widerstand mit 10 kΩ austauschen. Dann ist der Wechsel zwischen den Zuständen ca. 10-mal so schnell. 34 Abb. 23: Steckbrettaufbau Binärwürfel Schaltungsbeschreibung Der Takt für das Durchschalten der Zustände wird mit dem NAND-Gatter IC1A erreicht. Über den Widerstand R1 und den Kondensator C1 wird die Geschwindigkeit des Takts festgelegt. Der Takt liegt nur dann an dem binären Zähler (IC2) an, wenn der Taster gedrückt ist. Wird der Taster nicht betätigt, liegt der Takteingang (CPU) über den Pull-DownWiderstand R2 auf Masse. Würde man den Binärzähler ohne weitere Beschaltung betreiben, könnte man Zahlen zwischen 0 und 15 würfeln, eigentlich nur zwischen 0 und 7, da am Ausgang Q3 keine LED angeschlossen ist. Bei einem richtigen Würfel sind aber nur die Zahlen 1 bis 6 erlaubt. Über die Eingänge D0 bis D3 wird festgelegt, dass der Zählerstand bei 1 beginnen 35 soll. Dazu wird nur der Eingang D0 (Pin 15) auf High gelegt. Die Eingänge D1 bis D3 werden auf Masse gelegt (Low-Pegel). Der Zählerstand wird immer auf 1 zurückgesetzt sobald der Pin PL (11) auf Low-Pegel gezogen wird. Dies soll nach der Zahl 6 geschehen, da die Zahl 7 ebenfalls nicht erlaubt ist. Das Rücksetzen auf die Zahl 1 erfolgt mit der Zahl 7, dann sind alle Ausgänge (Q0 bis Q3) auf einem High-Pegel. Die drei NANDGatter sind so verschaltet, dass sich ein NAND-Gatter mit drei Eingängen ergibt. Bei drei High-Pegeln an den Eingängen ergibt sich ein Low-Pegel am Ausgang von IC1D (Pin 11). Der Low-Pegel setzt somit den Zählerstand wieder auf die 1 zurück. Das Zurücksetzen erfolgt so schnell, dass man den Zählerstand 7 (alle auf High-Pegel) nicht erkennen kann. Abb. 24: Schaltplan Binärwürfel 36 3.8 Flaschendrehen Beim Spiel Flaschendrehen geht es wie beim Drehen einer echten Flasche darum, einen Mitspieler auszuwählen. Die zufällig ausgewählte Person muss dann eine zuvor festgelegte Aufgabe erfüllen. In diesem elektronischen Flaschendrehen wird die Auswahl des Spielers über die LEDs angezeigt. Jeder Mitspieler sucht sich vor dem Spiel eine Farbe der LED aus und anschließend wird der Taster für ca. 1–5 Sekunden betätigt. Nach dem Loslassen bleibt eine LED dauernd an. Der Spieler, der sich die entsprechende Farbe ausgesucht hatte, muss nun die zuvor festgelegte Aufgabe erfüllen. Abb. 25: Steckbrettaufbau Flaschendrehen Der hier vorgestellte Aufbau der Schaltung ist für drei Spieler gedacht. Bei zwei Spielern kann man auch das Beispiel Adler oder Zahl ver- 37 wenden. Bei mehreren Spielern müsste man einen binären Zähler aufbauen, der anhand einer binären Zahl den Spieler auswählt. Abb. 26: Schaltplan Flaschendrehen Schaltungsbeschreibung Wie beim vorherigen Beispiel funktioniert auch hier das IC1A mit dem Widerstand R1 und dem Kondensator C1 als Taktgenerator, der den Zähler ansteuert. Der Takt liegt aber nur bei gedrücktem Taster am Takteingang des Zählers an. Es soll immer mindestens eine LED 38 leuchten, daher wird der Zählerstand über die Eingangspins D0 bis D3 auf 1 gesetzt, wenn ein Low-Pegel am Pin PL (11) anliegt. Eine 0 als Zählerstand ist nicht erlaubt und nach der Zahl 3 soll der Zähler wieder zurückgesetzt werden. Da es etwas schwierig ist, mit wenigen Bauteilen aus einem binären Zähler ein Lauflicht zu bauen, musste etwas in die Trickkiste gegriffen werden. Die Alternative wäre ein dezimaler Zähler oder ein zusätzlicher Binär-zu-Dezimal-Decoder. Sobald die Zahl 4 erreicht wird, geht Q2 auf High und setzt über den Inverter IC1D den Zählerstand sofort wieder auf 1 zurück. Jetzt müssen mit 2 Ausgängen (Q0 und Q1) drei LEDs angesteuert werden. Liegen beide Ausgänge auf einem High-Pegel, handelt es sich um die Zahl drei. Die LED V3 wird über IC1B zum Leuchten gebracht, da der Ausgang auf Low geht und ein Stromfluss von V+ über V3 und R5 zustande kommt. Durch den LowPegel an Pin 4 von IC1B liegt hinter dem Inverter (IC1C) ein High-Pegel an den beiden LEDs V1 und V2. Da auch die Ausgänge Q0 und Q1 einen High-Pegel haben, kommt kein Stromfluss durch die LEDs zustande. Die LEDs V1 und V2 leuchten nur, wenn nur einer der beiden Ausgänge Q0 oder Q1 auf High geht. Nur dann liegt über IC1B und IC1C ein Low-Pegel am Pin 10 an und ermöglicht so den Stromfluss durch eine der beiden LEDs. 3.9 Reaktionstester Beim Reaktionstester geht es darum, den Taster zu einem bestimmten Zeitpunkt möglichst schnell zu drücken. Die LEDs sind die Anzeige für die abgelaufene Zeit und zeigen dadurch die Reaktionszeit an. Der Reaktionstester funktioniert mit zwei Phasen. Die erste Phase ist die Wartephase, während dieser Zeit werden die LEDs relativ langsam angesteuert. Der Zählerstand wird in binärer Form über die LEDs angezeigt (V3 = 1, V2 = 2 und V1 = 4). Beim Übergang von der Zahl 7 (alle LEDs leuchten) zu der Zahl 0 (keine LED leuchtet) beginnt die zweite Phase. Jetzt wird der Zählerstand sehr schnell hochgezählt und die LEDs 39 entsprechend schneller angesteuert. Durch einen Tastendruck kann man das Zählen anhalten. Je niedriger die angezeigte Zahl ist, desto besser ist die Reaktionszeit. Abb. 27: Steckbrettaufbau Reaktionstester Schaltungsbeschreibung Damit die Schaltung stabil funktioniert, muss man einen kompletten Durchlauf abwarten. Solange der Taster nicht gedrückt wird, liegt der generierte Takt von IC1A, über den Widerstand R2, an dem binären Zähler IC2 an und die Zählerzustände werden hochgezählt. Nach der Zahl 7 (Q0, Q1 und Q2 = High) kommt die Zahl 8, bei der nur Q3 einen High-Pegel ausgibt. Dadurch wird der Transistor T1 durchgeschaltet und verbindet den Kondensator C2 mit Masse. Jetzt sind die beiden Kondensatoren parallel geschaltet und man erhält eine deutlich längere Zeitkonstante, 40 wodurch der Zähler nun relativ langsam hochgezählt wird. Im Innern zählt der Zähler eigentlich von 0 bis 15, allerdings sind an die Ausgänge nur 3 LEDs angeschlossen, dadurch sieht es anhand der Leuchtdioden so aus, als ob der Zähler zweimal von 0 bis 7 zählt. Das höchstwertige Bit (Q3) steuert nur den Transistor an und verändert so die Zeitkonstante. Ab der Zahl 8 läuft die Wartephase und der Zähler zählt langsam bis 15. Nach der Zahl 15 beginnt der IC wieder bei 0 hochzuzählen. Bei diesem Zustand sind alle Ausgänge (Q0 bis Q3) auf einem Low-Pegel und der Transistor T1 ist gesperrt. Dadurch ist für die Zeitkonstante nur noch der Kondensator C1 relevant. Jetzt zählt der Zähler sehr schnell hoch und der Spieler kann den Zählerstand durch einen Tastendruck auf S1 anhalten. Ist der Taster gedrückt, liegt immer ein Low-Pegel am Takteingang (CPU) und der Zähler zählt nicht mehr. Nach dem Tastendruck kann man die Reaktionszeit an den LEDs ablesen. Abb. 28: Schaltplan Reaktionstester 41 3.10 Adler oder Zahl Das Spiel Adler oder Zahl kennt vermutlich jeder. Es wird vielleicht überall etwas anders genannt, jedoch geht es immer um das Gleiche: Eine Entscheidung muss getroffen werden. Natürlich kann man auch einfach eine Münze werfen und nachsehen, ob diese auf der Seite mit dem Adler oder mit der Zahl liegen geblieben ist. Diese Variante ist aber für Elektroniker recht langweilig und mit diesem Beispiel wird gezeigt, wie eine Entscheidung mit Hilfe einer kleinen Schaltung getroffen werden kann. Die beiden Leuchtdioden blinken sehr schnell abwechselnd, solange der Taster nicht gedrückt wird. Jetzt muss der Taster gedrückt und gehalten werden. Bei gedrücktem Taster leuchtet entweder die rote oder die grüne LED. Der Spieler, der sich vor dem Tastendruck für die entsprechende Farbe entschieden hat, hat das Spiel gewonnen. Abb. 29: Steckbrettaufbau Adler oder Zahl 42 Schaltungsbeschreibung Der Taktgenerator aus IC1A, R1 und C1 ist bereits aus den vorherigen Beispielen bekannt. Durch den Widerstandswert von 3,3 kΩ und die Kapazität von 10 µF ist der Takt schnell genug, dass man den Wechsel der LEDs nicht mehr erkennen kann. Bei nicht betätigtem Taster liegt der Takt an dem Zähler-IC am Pin 5 (CPU) an und schaltet die Zählerzustände. Da immer mindestens eine LED leuchten soll, ist der Zählerstand 0 nicht erlaubt, da dann an allen Ausgängen ein Low-Pegel anliegt. Ein Zählerstand von 3 ist ebenfalls nicht erlaubt, weil in diesem Falle beide LEDs leuchten würden. Abb. 30: Schaltplan Adler oder Zahl 43 Bei einem Zählerstand von 3 liegt an den Ausgängen Q0 und Q1 ein High-Pegel an. Dadurch wird über das NAND-Gatter IC1C der Eingangspin PL (11) auf einen Low-Pegel gelegt. Dies führt dazu, dass der interne Zählerstand mit dem Wert der Eingänge D0 bis D3 überschrieben wird. Da D0 auf einem High-Pegel und D1 bis D3 auf einem Low-Pegel liegen, wird der Zählerstand auf 1 gesetzt. Das Rücksetzen des Zählerstandes funktioniert so schnell, dass man es nicht merkt. Bei einer 1 leuchtet die LED V2 (grün) und bei einer 2 leuchtet die LED V1 (rot). Solange der Taster gedrückt ist, liegt der Takteingang auf Masse und der IC wird dadurch am Weiterzählen gehindert. 3.11 Ratespiel In diesem Spiel muss eine Zahl geraten werden. Der Spieler sucht sich eine Zahl zwischen 0 und 7 aus und teilt diese den anderen Spielern mit. Danach drückt er den Taster für eine Sekunde. Nach dem Loslassen des Tasters dauert es noch einen Moment, bis die LEDs nicht mehr den Zustand wechseln und die Zahl angezeigt wird. Hat der Spieler die Zahl richtig geraten, erhält er einen Punkt. Nun ist der nächste Spieler an der Reihe und versucht sein Glück. Derjenige Spieler, der nach 10 Runden die meisten Punkte hat, ist der Gewinner. 44 Abb. 31: Steckbrettaufbau Ratespiel Schaltungsbeschreibung Das Interessante an dieser Schaltung ist das Nachlaufen des Zählerstandes, nachdem der Taster losgelassen wurde. Wie schnell sich der Zählerstand ändert, wird über den Taktgenerator aus IC1A, R1 und C1 festgelegt. Der Taktgenerator ist über den Serienwiderstand R2 mit dem Binärzähler verbunden. Am Takteingang ist zusätzlich noch der Transistor T1 angeschlossen, der bei nicht gedrücktem Taster durchgeschaltet ist. Über die Widerstände R3 und R4 fließt ein Strom in die Basis des Transistors, wodurch die Kollektor-Emitter-Strecke niederohmig wird und einen Low-Pegel am Takteingang (CPU) generiert. Dadurch erkennt der Binärzähler nicht mehr die Flanke des Taktes und zählt somit auch nicht hoch. 45 Abb. 32: Schaltplan Ratespiel Wird nun der Taster gedrückt, führt dies zu einer sehr schnellen Entladung des Kondensators C2 und die Basis des Transistors liegt über den Widerstand R4 auf Masse. Der Transistor ist gesperrt und somit die Kollektor-Emitter-Strecke hochohmig. Der Takt kann die Zählerzustände durchschalten, da der Takteingang jetzt nicht mehr auf einem Low-Pegel liegt. Nach dem Loslassen des Tasters wird der Kondensator C2 langsam über den Widerstand R3 aufgeladen. Irgendwann ist die Spannung am Kondensator hoch genug, dass der Transistor durchgeschaltet werden kann. Der niederohmige Transistor bewirkt wieder einen Low-Pegel am Takteingang und hält somit den Zähler an. Der Zählerstand wird über die drei Leuchtdioden (V1 bis V3) angezeigt. Dabei steht die LED V3 für die Wertigkeit 1, V2 für die Wertigkeit 2 und die LED V1 für die Wertigkeit 4. Bei der Zahl 6 leuchten demnach die LEDs V1 und V2. 46 3.12 Glücksspielautomat Die Glücksspielautomaten findet man in vielen Kneipen und natürlich in Las Vegas. Bei diesen Automaten muss man einen Taster drücken und warten, bis die Symbole oder Drehscheiben zum Stillstand gekommen sind. Wird eine bestimmte Kombination angezeigt, erhält man einen Gewinn. Es gibt auch einen Modus, mit dem man nun den Gewinn vervielfachen kann. Dazu blinken abwechselnd ein Taster und eine Anzeige für die Vervielfachung. Wird der Taster zum richtigen Zeitpunkt gedrückt, gelangt man zu der nächsten Vervielfachungsstufe. Drückt man den Taster allerdings zum falschen Zeitpunkt, ist der Gewinn verloren. Die folgende Schaltung demonstriert genau diesen Modus. Die LED V1 blinkt langsam und der Taster muss immer dann gedrückt werden, wenn die LED leuchtet. Nur dann wird der Zähler hochgezählt. Wird der Taster gedrückt, wenn die Leuchtdiode nicht leuchtet, setzt dies den Zähler zurück und man hat den Gewinn verloren. Abb. 33: Steckbrettaufbau Glücksspielautomat 47 Schaltungsbeschreibung Der Takt wird mit dem IC1A über den Widerstand R1 und C1 erzeugt. Hat der Takt einen High-Pegel, fließt ein Strom über R2 durch die Leuchtdiode V1 und bringt diese zum Leuchten. Gleichzeitig wird auch der Transistor T2 über den Widerstand R4 durchgeschaltet und sorgt für einen Low-Pegel am Reset-Pin (MR). Über den Inverter IC1B liegt ein LowPegel an Pin 4 und der Transistor T1 ist hochohmig. Der Takteingang (CPU) liegt über die Widerstände R5 und R7 auf Masse. Dies ändert sich, sobald der Taster gedrückt wird. Dann liegt der Takteingang über R5 an der Versorgungsspannung und es entsteht eine steigende Flanke, die den Zählerstand hochzählt. Abb. 34: Schaltplan Glücksspielautomat 48 Ist der Taster noch gedrückt, wenn die LED V1 ausgeht, wird dadurch der Transistor T2 gesperrt und über den Widerstand R6 liegt ein HighPegel am Reset-Eingang (MR) an. Dies führt zu einem sofortigen Zurücksetzen des Zählerstandes. Der Zählerstand wird über die beiden LEDs V2 und V3 angezeigt. Mit den beiden LEDs kann man nur einen Zählerstand bis 3 darstellen. Durch zwei zusätzliche LEDs, die auf die gleiche Weise an den Ausgangspins Q2 und Q3 angeschlossen werden, kann der anzeigbare Zählerstand bis 15 erweitert werden. Bei diesem Beispiel wird man auch mit einem kleinen Problem des Tasters konfrontiert. Der Taster prellt beim Drücken. Die Kontakte des Tasters sind aus federndem Material gefertigt und berühren sich bei einer Betätigung mehrfach, bevor ein stabiler Zustand hergestellt ist. Dies geschieht zwar sehr schnell (< 1 ms), aber es reicht aus, dass der Zähler mehrere Flanken erkennt und die Zählerstände bei einem einmaligen Tastendruck um 2 oder 3 erhöht. Da dieses Verhalten häufig unerwünscht ist, muss der Taster entprellt werden. In der Regel geschieht dies über ein einfaches RC-Glied. Dabei wird eine kleine Zeitverzögerung erreicht, indem der Kondensator langsam aufgeladen wird. Der Kondensator wird dazu parallel zu dem Taster geschaltet und hat typischerweise einen Wert zwischen 100 nF und 1 µF. 49 Impressum © 2012 Franzis Verlag GmbH, 85540 Haar www.elo-web.de Autor: Michael Hofmann ISBN 978-3-645-10107-3 Produziert im Auftrag der Firma Conrad Electronic SE, Klaus-Conrad-Str. 1, 92240 Hirschau Alle Rechte vorbehalten, auch die der fotomechanischen Wiedergabe und der Speicherung in elektronischen Medien. 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Die Beschreibung gehört zum Produkt und muss mitgegeben werden, wenn Sie es weitergeben.
