Für die Übung war die Schaltung vereinfacht dargestellt. Damit sie aber tatsächlich funktioniert fehlen einige wesentliche Elemente:
- Eine Spannungsquelle. In dem Fall habe ich einen 9 V-Batterieblock vorgesehen
- Drei LEDs, die in einer Graycodesequenz aufleuchten sollen
- Ein Taster, um die Schaltung zu resetten, damit der Zähler wieder von Null beginnt. Bei Tastendruck leitet er die logische 1 an den CL-Eingang
- Ein Taktsignal. Hierfür wird der NE555 verwendet. Im Datenblatt (http://www.fairchildsemi.com/ds/NE/NE555.pdf) findet man auf Seite 5 bei Grafik 5 dafür die notwendige Beschaltung. Mit entsprechender Wahl der Widerstände und Kondensatoren kann man die Taktperiode einstellen. In diesem Fall sollte die Schaltung mit etwas mehr als 1 Hz laufen, d.h. die Sequenz würde in etwas weniger als einer Sekunde weiterzählen
- Damit Flipflops und Gatter richtig funktionieren muss auch die richtige Spannung anliegen. Ich habe TTL-Bausteine gewählt, die 5 V benötigen. Ein Spannungsregler, in dem Fall der 7805T reduziert die 9 V auf 5 V. Der NE555 verträgt laut Datenblatt Spannungen zwischen 4,5 und 16 V. Er hätte folglich abweichend vom untenstehenden Schaltplan auch direkt mit der Batterie verbunden werden können ohne durch den 7805T zu laufen
Von diesem Schaltplan ausgehend kann man nun beginnen, sich eine Platine zu layouten. Bauteile wie Flipflops oder Gatter gibt es oft in mehreren Gehäuseformen und Montagetechnicken, bekannte Beispiele sind DIP für Through Hole Technology oder SMD-Bauteile zur Oberflächenmontage (Dank an Attilu für den Hinweis, dass SMD keine Gehäuseform ist). Da die Platine einfach von Hand lötbar sein soll, habe ich DIP-Bauteile gewählt. Man kann nun beginnen, die Bauteile an ihren späteren Platz auf der Platine zu setzen. Ich habe die LEDs sowie den Taster an den unteren Rand geschoben, der Adapter für die Batterie findet links darüber Platz. Die vier identisch aussehenden Gehäuse am oberen Rand beherbergen die Flipflops sowie die Logikgatter (Im Schaltplan taucht nur ein AND-Gatter auf, das von mir gewählte Gehäuse beherbergt bspw. jedoch vier AND-Gatter, aus diesem Grund sind viele Pins im dritten Gehäuse von links unbenuzt). Rechts in der Mitte erkennt man den Takterzeuger NE555, das Bauteil links daneben ist der Spannungsregler. In Reihe liegen fünf Widerstände, darunter zwei Kondensatoren.
Nachdem man alle Bauteile wunschgemäß platziert hat, lässt man den Autorouter die Leitungen verlegen. Dabei entsprechen die roten Linien Leitungen auf der Ober-, blaue auf Leitungen auf der Unterseite der Platine. Wird von einer auf die andere Seite gewechselt, wird eine kleine leitfähige Bohrung ("Via") erstellt, sichtbar als kleine Kreise z.B. innerhalb der ersten zwei DIP-Gehäuse oben.
Bei komplexeren Schaltungen ist der Autorouter nicht in der Lage, alle Leitungen zu routen. In diesem Fall muss man selbst die Leiterbahnen ziehen. Hat man alle Leitungen verbunden, lässt man einen Design Checker prüfen, ob es keine unerlaubten Kreuzungen, Abstandsverletzungen etc. gibt. Wird dieser Test erfolgreich absolviert, sieht die Platine so aus:
Diese Layoutdatei kann man nun an entsprechende Unternehmen senden, die die Platine nach diesen Vorgaben fertigen. Sie bieten auch oft eigene, auf ihr Herstellungsverfahren ausgerichtete Design-Prüfdateien für die gängigen CAD-Programme an, damit man sein Layout vor dem Absenden kontrollieren kann. Gegen Aufpreis wird die Platine auch mit den geforderten Bauteilen bestückt, falls nicht bekommt man die vorgebohrte, mit Leiterbahnen versehene Platine nach einigen Tagen zugeschickt und kann die Bauteile selbst einlöten. Hat man auch diesen Schritt erfolgreich hinter sich gebracht, schließt man die Batterie an und stellt sehr wahrscheinlich erstmal fest, dass überhaupt nichts funktioniert.
Und aus diesem Grund studieren wir Informatik und nicht Elektrotechnik.
Den Schaltplan und das Layout habe ich mit der Software Eagle von Cadsoft erstellt. Es gibt sie für alle gängigen Betriebssysteme, die Light-Version gibt es als Freeware unter http://www.cadsoft.de
Für Fehler, Kurzschlüsse und Hausbrände, die durch die obige Schaltung entstehen wird keine Haftung übernommen