3zu2 Frequenzteiler Theorie und Praxis

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3zu2 Frequenzteiler Theorie und Praxis

Neuer Beitragvon taunusrainer am Samstag 24. November 2012, 20:04

Guten Abend liebe Elektronikgemeinde,
dies ist mein erster Post hier und ich bitte euch nachsichtig zu sein, sollte ich allzu triviale Fragen stellen.
Ich habe den Logikfunktionsplan eines 3zu2 Frequenzteilers im Netz gefunden, hier ist er:
Bild
Jetzt wollte ich euch Fragen, wie man sowas in die Praxis umsetzt, sprich baut. Ich habe bereits die ICs mit den D-Flipflops, AND und OR Gattern aufgespürt. Kann man die jetzt einfach so "verdrahten" wie auf dem Bild oder sind da noch Widerstände, Induktivitäten oder Kondensatoren nötig? Oder andere Bauteile? Das Eingangssignal ist 5V Rechteck, Versorgung 12VDC.
Vielen Dank!
taunusrainer
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Re: 3zu2 Frequenzteiler Theorie und Praxis

Neuer Beitragvon anders am Sonntag 25. November 2012, 15:36

Kann man die jetzt einfach so "verdrahten" wie auf dem Bild
Fast.
Üblicherweise wird man noch Masse und eine geeignete Versorgungsspannung anschliessen, und u.U. muß man auch das Eingangssignal noch anpassen, und mit hinreichend steilen Flanken versehen.
Kondensatoren braucht man nur zum Stützen der Versorgungspannung, evtl. an jedem IC einen.

Die Schaltung, die du gefunden hast, scheint mit ECL Bausteinen ausgerüstet zu sein. Das ist die schnellste Logik, die man kaufen kann und deshalb auch anspruchsvoll beim Verlegen der Leitungen.
Nichts für Anfänger.

Wenn du nur Signale bis zu einigen kHz verarbeiten willst, empfehle ich die 4000er oder 74C... CMOS-Schaltungen.
Diese Familien kann man direkt mit 12V betreiben und sie sind auch anspruchsloser hinsichtlich des Aufbaus und der Versorgung.
anders
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Re: 3zu2 Frequenzteiler Theorie und Praxis

Neuer Beitragvon taunusrainer am Dienstag 27. November 2012, 07:52

Vielen Dank. Das erleichtert die Sache deutlich. Dann versuche ich es mal und werde berichten, wie es funktioniert hat.
Beste Grüße
Rainer
taunusrainer
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Re: 3zu2 Frequenzteiler Theorie und Praxis

Neuer Beitragvon taunusrainer am Montag 17. Dezember 2012, 13:40

So, jetzt bin ich soweit, dass ich anfangen kann, zu löten :lol:
Ich habe den rat befolgt und HEF4013, HEF 4081 sowie SN74LS32 ausgewählt.
Hieraus ergibt sich noch eine Frage:
Die D-Flipflops in der obigen Schaltung haben die Eingänge D, C und S
Der HEF 4013 hat die Eingänge CP, CD, SD und D.
Bild
Meine Vermutung: CP entspricht C, D ist D, SD ist S und CD wird nicht gebraucht.
Stimmt das? Muss CD dann high oder low gesetzt werden oder darf es offen sein?
Vielen Dank!
Rainer
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Re: 3zu2 Frequenzteiler Theorie und Praxis

Neuer Beitragvon anders am Montag 17. Dezember 2012, 16:55

HEF4013, HEF 4081 sowie SN74LS32 ausgewählt.
Der 74LS32 hat dort nichts zu suchen, denn er eignet sich nicht für 12V Versorgung.
Mit etwas Überlegung kann man auch die gesamte den 4013 umgebende Logik mit einem einzigen 2x2-Input NAND wie dem 4011 erledigen.

Bleibt nur noch die Umsetzung des 5V Taktes auf 12V Pegel.
Das kann man mit einer einfachen Transistorschaltung oder einem Pegelumsetzer wie dem 4504 machen.
anders
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Re: 3zu2 Frequenzteiler Theorie und Praxis

Neuer Beitragvon derguteweka am Montag 17. Dezember 2012, 17:32

Moin,

Ich werf' mal zaghaft ein, dass ich da ein bisschen Bauchgrummeln bei dem Bauteil 72 im Schaltbild hab - da wird ja der Takt einmal invertiert und einmal nicht invertiert und geht dann auf die Flipflops - Wenn das jetzt mit einem handelsueblichen Inverter passiert, dann sind die Takte ja nicht mehr synchron zueinander, sondern um die Gatterlaufzeit phasenverschoben - Tut das dann noch? Nicht dass dann die Setup/Holdzeiten von einem der Flipflops zum Problem werden.
Und natuerlich aus reiner Neugier: Fuer was braucht man sowas Krummes wie einen 3zu2 Frequenzteiler?

Gruss
WK
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Re: 3zu2 Frequenzteiler Theorie und Praxis

Neuer Beitragvon anders am Montag 17. Dezember 2012, 18:54

Wenn das jetzt mit einem handelsueblichen Inverter passiert, dann sind die Takte ja nicht mehr synchron zueinander,
Das ist ja gerade der Trick an der Sache: Beide Taktflanken werden ausgenutzt. und so lange sie nicht zu nah aneinander liegen, ist dagegen nichts einzuwenden.
Ist ein altbekanntes Verfahren um zwei um 90° versetzte Takte z.B. für I/Q-Mischer herzustellen, und auch bei den SDRAMS von PCs werden seit Jahren schon auf beiden Taktflanken Daten übertragen.

Fuer was braucht man sowas Krummes wie einen 3zu2 Frequenzteiler?
Ich tippe auf Anpassung eines fremden Tacho.
Zuletzt geändert von anders am Montag 17. Dezember 2012, 18:57, insgesamt 2-mal geändert.
anders
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Re: 3zu2 Frequenzteiler Theorie und Praxis

Neuer Beitragvon derguteweka am Montag 17. Dezember 2012, 19:13

Moin,

anders hat geschrieben:Das ist ja gerade der Trick an der Sache: Beide Taktflanken werden ausgenutzt. und so lange sie nicht zu nah aneinander liegen, ist dagegen nichts einzuwenden.
Ist ein altbekanntes Verfahren um zwei um 90° versetzte Takte z.B. für I/Q-Mischer herzustellen, und auch bei den SDRAMS von PCs werden seit Jahren schon auf beiden Taktflanken Daten übertragen.

Das mein' ich nicht. Mit beiden Taktflanken hab' ich kein Problem. Ich hab' ein Problem damit, dass, wenn man einen Inverter nimmt, um den einen Takt zu invertieren, man eben auch die Gatterlaufzeit zusaetzlich hat.
Und dann koennte es evtl. passieren, dass genau zu dem Zeitpunkt, wo das "spaetere" Flipflop "seine" Taktflanke kriegt, sich auch die Daten an seinem Eingang aendern (weil ja das "fruehere" Flipflop evtl. schon seine Ausgaenge mit den neuen Daten treibt). Und dann fangen die Probleme an...

Gruss
WK
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Re: 3zu2 Frequenzteiler Theorie und Praxis

Neuer Beitragvon anders am Dienstag 18. Dezember 2012, 01:42

Ich hab' ein Problem damit, dass, wenn man einen Inverter nimmt, um den einen Takt zu invertieren, man eben auch die Gatterlaufzeit zusaetzlich hat.
Das spielt hier keine Rolle.
Die am D-Eingang anliegenden Daten erscheinen ja erst am Ausgang, nach dem Clock positiv geworden ist, und das passiert wegen des Inverters und des langsamen Takts bei beiden FF zu völlig verschiedenen Zeitpunkten.

Intern sind solche D-Flipflops ja als Master-Slave-Flipflops aufgebaut.
D.h. das Eingangsflipflop folgt den Daten solange Clock negativ ist. Wenn Clock dann positiv wird, wird das Eingangs-FF vom D-Eingang abgekoppelt und sein Zustand wird in das Ausgangs-FF kopiert.
Solange die Taktflanke steil genug ist, kann man das als völlig deterministische Angelegenheit ansehen und auf Grund der zwei hintereinandergeschalteten Flipflops gibt es praktisch auch keine metastabilen Zustände.
anders
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Re: 3zu2 Frequenzteiler Theorie und Praxis

Neuer Beitragvon taunusrainer am Samstag 22. Dezember 2012, 19:48

Vielen Dank für die wertvollen Tips:
Darf ich zusammenfassen?
-SN74LS32 (4xOR) gegen HCF4001 (4xNOR) tauschen, ein NOR davon als Negierer nachschalten.
-4011 (4xNAND) als Invertierer fürs Eingangssignal verwenden, sowie fürs AND rechts im Bild.
Ob rechts im Bild ein AND oder NAND ist, ist egal, das Ausgangssignal muss keine besondere Phasenlage haben.
Die Schaltung brauche ich für einen Drehzahlmesser. Auch die Gatterlaufzeiten sollten kein Problem darstellen, da der Frequenzbereich der Eingangsfrequenz < 500Hz.

Wenn ich die Eingänge SD und CD des Flipflop nicht benötige, müssen die dann High oder Low gesetzt werden?

Wenn ich Euch vorher nicht mehr hier treffen sollte: Ein Frohes Weihnachtsfest und schöne, erholsame Feiertage an alle Forumsmitglieder.
Viele Grüße
Rainer
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Re: 3zu2 Frequenzteiler Theorie und Praxis

Neuer Beitragvon anders am Samstag 22. Dezember 2012, 23:36

Für die Logik brauchst du überhaupt nur einen 4011 und den 4013:

Das OR-Gate 78 liefert genau dann L, wenn beide /Q Ausgänge des 4013 L sind.
1) Dann sind aber auch auf beide Q Ausgänge auf H und deshalb kannst du anstelle des OR ein NAND des 4011 nehmen, dessen Eingänge du aber an die Q-Ausgänge des 4013 anschliesst.

2) Anstelle des AND-Gate 80 kannst du auch ein NAND des 4011 verwenden.
Dabei kehrt sich nur die Polarität des Ausgangsignals um, aber die Ausgangsfrequenz ändert sich dabei natürlich nicht.

3) jetzt hast du noch zwei Gate im 4011 übrig.
Eines davon wird man man verwenden um das invertierte Taktsignal /f für das untere FF Q2 herszustellen.

4) Das nun noch übrig bleibende Gate könnte man mit einem Gegenkopplungswiderstand (1MOhm vom Ausgang zum Eingang) in den Linearbetrieb bringen und als Impulsformer für das kapazitiv (100nF) einzukoppelnde 5V Eingangssignal verwenden.
Am Ausgang dieses Gates erscheint dann der Takt f für das obere FF Q1, und ausserdem speist man damit das als Inverter geschaltete Gate, welches den /f Takt liefert.

Wenn ich die Eingänge SD und CD des Flipflop nicht benötige, müssen die dann High oder Low gesetzt werden?
Die werden mit Vss verbunden, also L.

Bei den als Inverter verwendeten Gates des 4011 kann man die Eingänge entweder miteinander Verbinden, oder man legt den unbenutzten Eingang auf Vdd also H.

Außerdem verbindest du bitte direkt am 4013 einen 100nF Keramikkondensator mit möglichst kurzen Drähten
mit Vss und Vdd.
Nicht diskutieren, einfach machen!

Setz die CMOS ICs in Fassungen!
Gelegentlich passiert es, besonders wenn man bei der bereits versorgten Schaltung mit dem Messgerät oder anderen Drähten herumstochert, daß so ein IC in den Latch Up gerät.
Es wird dann glühend heiß und du kannst es in den Mülleimer werfen.
Bei ein Preis von 20 Cent oder so ist das kein Beinbruch, aber mit Fassung ist das Auswechseln sehr viel einfacher.
Normalerweise werden diese ICs nicht warm. Falls doch, dann stimmt etwas nicht.


Dir auch schöne Feiertage!
anders
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Re: 3zu2 Frequenzteiler Theorie und Praxis

Neuer Beitragvon derguteweka am Sonntag 23. Dezember 2012, 09:49

Moin,

OK, in den Frequenzbereichen, um die's beim drehzahlmessen geht, weicht mein Bauchgrummeln bezueglich Setup-und Holdzeiten einem Bauchgrummeln bezueglich Qualitaet der Versorgungsspannung, Qualitaet des Eingangssignals und Ausgangslast.

@taunusrainer: Lass' vielleicht mal noch ein bisschen was dazu raus - zB. wenn du die CMOS Spannungsversorgung direkt an das Auto-12V Netz haengst, ist der vorgeschlagene 100nF alleine evtl. etwas ueberfordert.Wo kommt denn das 5V Eingangssignal her? Ist da eine laengere Leitung dran? Weisst du irgendwas ueber die Eingangsimpedanz des Drehzahlmessers, den du dann wahrscheinlich an den Ausgang der Schaltung haengen willst? Kann das ein CMOS Gatter treiben?

Gruss
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Re: 3zu2 Frequenzteiler Theorie und Praxis

Neuer Beitragvon taunusrainer am Sonntag 23. Dezember 2012, 10:23

Das stimmt, hier kann vereinfacht werden...ich habs mal gezeichnet:
Bild

aber da geht doch noch mehr bei den beiden rechten NAND, die sind parallel, eigentlich müsste man eins weglassen können, nämlich so:
Bild


Die Eingangsspannung ist laut meinem Uralt-Oszi ein recht guter +5V Rechteck. Die Versorgungsspannung ist bei nicht laufendem Motor (und Zündung an) etwa 11V aus dem Bleiakku des Autos, bei laufendem Motor sind es 14V mit sehr geringer Restwelligkeit aus der Drehstromlichtmachine mit Brückengleichrichter. Ich hatte vor, die Versorgungsspannung mit einem Festspannungsregler z.B. auf 9V zu begrenzen, falls die 11-14V Bordnetz Probleme machen sollten. Glaub ich aber nicht. Die Bausteine sind für 5-20V Versorgungsspannung gemacht...wird schon schiefgehen. Die Last (=Drehzahlmesser) hat eine mir unbekannte Stromaufnahme. Kann sie auch nicht messen, da der Original-DZM ja kaputt ist und der Ersatz-DZM leider für 4-Zylinder-Motoren ist.
Ich dachte ich probiers und muss notfalls eine kleine Treiberstufe nachschalten, falls die Last zu groß ist und die CMOS durchbrennen. Glaub ich aber auch nicht. Bin Optimist
:sm12:
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Re: 3zu2 Frequenzteiler Theorie und Praxis

Neuer Beitragvon anders am Sonntag 23. Dezember 2012, 12:23

muss notfalls eine kleine Treiberstufe nachschalten, falls die Last zu groß
Deshalb empfiehlt es sich das Ausgangs-NAND als Puffer eben nicht wegzulassen.
Abbrennen wird CMOS wegen der Last nicht, aber wie gesagt, kann das aus andere Gründen passieren.
Du kannst aber z.B. in die 12V Zuleitung einen 100 Ohm Wderstand legen, damit sich der Strom bei einem eventuellen Latchup in Grenzen hält.
Hinter diesem Widerstand kannst du die Schaltung auch mit einer 18V-Zenerdiode vor Überspannungen aus dem Bordnetz schützen.
Zuletzt geändert von anders am Sonntag 23. Dezember 2012, 12:27, insgesamt 1-mal geändert.
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Re: 3zu2 Frequenzteiler Theorie und Praxis

Neuer Beitragvon taunusrainer am Sonntag 23. Dezember 2012, 14:39

Das mit den 100Ohm und der Z-Diode 18V ist eine Superidee, vielen Dank! Einfach und wirksam. Genial.
Übrigens habe ich die Schaltung gerade provisorisch aufgebaut und mit 2 LEDs mit je 1k Vorwiderstand getestet.
Bei Eingangsfrequenz 1Hz kann man super mitzählen, wenn die eine LED am Eingang, die andere am Ausgang hängt. Ergebnis: Ausgang blinkt 20mal wenn Eingang 30mal blinkt. FUNKTIONIERT!!!!!
Als Versorgung hab ich einen 9V-Block genommen.

Ich bedanke mich herzlich für die freundliche Hilfe und kann mich jetzt in den Weihnachtswahnsinn stürzen.
Machts gut und eine schöne Zeit. Wer Fragen hat, einfach mailen oder posten, ich schaue gelegentlich rein.
Hat toll geklappt!

Euer
Rainer
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