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Fragen zur praktischen Umsetzung von CMOS-Logik

Carsten R.

Foriker
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86
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Halle (Saale)
Mahlzeit zusammen und allen hier noch ein gesundes neues Jahr.

Für die Umsetzung einer Ausschlusslogik mittels CMOS-Schaltkreisen benötige ich mangels eigener Erfahrung mal etwas Hilfe. Was ich prinzipiell vorhabe, sollte die beigefügte Skizze erkennen lassen. Versorgung erfolgt mit 12V=. Das Ganze soll auf Rasterplatinen (die mit den 3er-Gruppen) unter Verwendung von Stecksockeln montiert werden, elektrische Verbindungen mittels Draht (Ätzerei kommt nicht in Frage). Der Ausschnitt zeigt etwa ein Viertel der gesamten Logik, das wird auf einer Platine nicht unterzubringen sein.
Und nun meine Fragen:

1. In welcher Größenordnung liegt die Längenbegrenzung (durch den Leitungswiderstand) zwischen Ausgang eines Gatters und dem Eingang des nachfolgenden? Dass ich diese Abstände kurz zu halten versuche, versteht sich von selbst. Aber wenn ich von einer Platine zur nächsten muss, könnten es schon mal bis zu 30 cm werden.

2. Muss man auf Mindestabstände oder Abschirmung gegenüber anderen Stromkreisen besonders achten?

3. Ist es erforderlich, die Eingänge zu entprellen? Hierzu sei angemerkt, dass an den Eingängen eher statische Zustände (Lage von Weichen und Relais) und Tastenbedienungen erfasst werden, also keine schnellen Schaltfolgen. Es gab vor längerer Zeit schon einmal eine Diskussion über das Entprellen der Eingänge. Da wurde einerseits argumentiert, dass unter den vorliegenden und mit meinen vergleichbaren Voraussetzungen das Entprellen entbehrlich sei. Diese Argumentation war für mich nachvollziehbar. Aber einer der Diskussionsteilnehmer behauptete (allerdings nur mit dem Argument seiner Erfahrung), man müsse immer entprellen, sonst könne das unerwünschte Effekte haben. Was könnte also schiefgehen, wenn man hier auf das Entprellen verzichtet???

4. Welche Vorsichtsmaßnahmen sind beim Umgang mit den ICs wegen deren elektrostatischer Empfindlichkeit wirklich angebracht? Dazu habe ich recht gegensätzliche Auffassungen gelesen. Reicht eine Berührung der vollständig verdrahteten und bestückten Platine tatsächlich aus, um die ICs abzuschießen?

5. Welche Optokoppler (nach Möglichkeit aus dem Sortiment von Reichelt) sind für die Ein- und Ausgänge geeignet? Mir fällt es schwer, in den Datenblättern das zu finden, was mich wirklich interessiert: den minimalen Strom auf der Eingangsseite, um den Ausgang in die Sättigung zu bringen.

6. Gibt es bei den Logik-Gattern ein typisches Ausfallverhalten? Äußert sich ein defektes UND-Gatter z. B. eher dadurch, dass der Ausgang auf HIGH geht, obwohl nicht alle Eingänge HIGH sind? Oder eher so, dass trotz aller Eingänge auf HIGH der Ausgang LOW bleibt? Oder muss man gar damit rechnen, dass bei defektem Gatter am Ausgang überhaupt nichts mehr ist? Letzteres würde bei Kaskadierung (diese ist beabsichtigt) eine Art Kettenreaktion hervorrufen, oder?

7. Wäre es zur Vermeidung einer solchen Kettenreaktion sinnvoll, alle Gatter-Ausgänge, welche auf den Eingang eines weiteren Gatters führen, hochohmig (wie hoch?) mit Masse zu verbinden?

Vielen Dank schon im Voraus für alle hilfreichen Antworten,
schönes Restwochenende und beste Grüße

Carsten
 

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Gehe auf die Seite http://www.elektronik-kompendium.de/ und gib z.B. "Entprellschaltung" ein. Für Deine statische Logik solltest Du alle Eingänge entprellen, das erspart viele rätselhafte 'Fehlfunktionen'. Unter "CMOS-Logik" findest Du alles zu Pullup/down und Leitungslänge.
Die allermeisten der von Dir in Deinem Beitrag aufgeworfenen Fragen werden Dir darin beantwortet. Die Zeit zum Lesen ist gut investiert.
Übrigens, es ist immer besser, dort sich zu informieren, wo das Sachgebiet Thema ist. Oder lässt Du Dich beim Bäcker über die Wurstherstellung beraten, nur weil er belegte Brötchen verkauft?
 
@Carsten R.
zu 1.
Bei bis 30cm dürften keine großen Probleme entstehen, Ausgang eventuell mit geschirmten Kabeln gegen Minus verwenden. Falls Probleme - dann NPN-Transistor als Verstärker und Schutzwiderstand beim nächsten Eingang. Zur Schwingungsneigung an jeden Eingang 62k bis 100k vorsehen, aber nur notwendig, wenn Verstärker oder Leitung dazwischen ist. Ausgang direkt auf Eingang, da ist keine Schutzschaltung notwendig.

zu2.
Zur normalen Gleichspannung nicht - Wechsel- und Digitalspannung schon - macht probieren schlau.

zu 3.
Einiges in 1 erwähnt - nur Anfang und Leitungs- und/oder Verstärkerübergabe notwendig. Ausreichend der Widerstand von 62k bis 100k

zu 4.
Ich verwende SMD CMOS und verarbeite diese mit den Fingern - sind bisher alle heil geblieben (weit über 100 so schon verbaut)

zu 5.
Wird schwer direkt vom Ausgang auf Optokoppler - CMOS nur paar mA Ausgang, könnte nicht reichen. Aber an Ausgang 12k, damit auf PNP-Transistor, dann auf Optokoppler - das sollte für jeden reichen. Hast ja 12V Gleichspannung anliegen.

zu 6.
Kein logisches verhalten vor Ausfall bekannt - wenn Fehlfunktion, dann Beschaltung prüfen - Entprellen wenigstens mit dem bereits erwähnten Widerstand.

zu 7.
Wenn Gatter auf der Platine ordentlich verarbeitet sind brauch man diese Schutzwiderstände nicht. NUR wenn wie oben erwähnt Verstärker oder Leitungen dazwischen sind. Ordentliche Verdrahtung bedeutet aber hier LEITERPLATTENZÜGE und nicht Lochrasterplatte und verdrahten!

Jedenfalls sind ordentlich erstellte Leiterplatten (Layouts) besser und am Ende kostengünstiger so wie sicherer als Lochraster und Drähte. Warum wohl werden sonst auch kleine Leiterplatten industriell auf Leiterbahnbasis hergestellt - doch nicht nur damit es besser aussieht, es hat auch seinen Sinn.
 
Was du prinzipiell beachten musst und das UNBEDINGT: Nicht verwendete Eingänge von Logikgattern müssen auf einem definierten Potential liegen ( High oder Low ) Ein nicht definierter Zustand kann zur Folge haben, dass dein Gatter alles mögliche macht aber nicht das was du willst. Bei einem Und-Gatter ist das neutrale Potential immer HIGH bei einem Oder-Gatter immer LOW.

Zum Thema entprellen kann ich nur raten es sicherheitshalber immer mit einzubauen. Ein mechanischer Kontakt einer Weiche oder ein menschenbedienter Taster geben nicht immer eine saubere Signalflanke also bist du damit auf der sicheren Seite.
Prellen bedeutet, dass wenn du den Taster drückst nicht ein einziger Impuls sondern viele kurze Impulse kommen. Schwer in Worte zu fassen aber es ist wie ein Stein, der auf den Boden fällt. Betrachtet man nur den Endzustand liegt der Stein unten aber vorher springt er noch ein paar mal. Deine Logik kennt aber nur Stein-unten oder Stein-nicht-unten. Und für ein Logikgatter ist die Flugzeit des Steins zwischen zwei Bodenkontakten eine halbe Ewigkeit.

Zu den Optokopplern: Je nachdem was du am Ende damit schalten willst ist die Sättigung gar nicht unbdingt erforderlich. Im Gegenteil manchmal kann der Sättigungsbereich auch hinderlich sein, weil er relativ "lange" braucht. Ich vermute mal dass es bei dir keine Rolle spielen wird da du nicht auf Mikrosekunden angewiesen bist. Also versteif dich nicht auf die Sättigung. Der Optokoppler läuft auch so.
Eher kritisch ist dort der maximale Strom den die Eingangsseite verkraftet. Wenn du zuviele Strömlinge dort draufjagst leuchtet die interne LED nur genau einmal und danach gibt's ein BSQ Signal ( beißender-stinkender-Qualm ) hatten wir bei uns gelegentlich..

Wenn es dir nur um konstante Signale zwischen den Gattern geht ist auch keinerlei Zwischenbeschaltung notwendig. Wir verarbeiten bei uns auch Platinen mit teilweise großer Anzahl ICs und wie schon erwähnt Ausgang auf Eingang geht ohne Verstärker oder Abschirmung.

Was allerdings zu beachten ist: Bei normalen ICs darfst du keine Ausgänge parallel schalten. Heißt jeder Eingang eines IC darf nur von genau EINEM Ausgang eines anderen IC beschaltet werden. Sonst zerstörst du die ICs. Wenn du solche Beschaltungen brauchst musst du ICs mit Tri-State-Ausgängen nehmen. Bei denen wird der Ausgang gesperrt ( hochohmig ) wenn er nicht benutzt wird.

Ich häng mal ein Bild von einer Schaltung an wie wir sie bei uns in der Ausbildung basteln. Ist nur eine einfache LED Schaltung aber ist auch nicht viel anders von außen als das was du bauen wirst.

PS: echte Leiterbahn ist natürlich sauberer und einfacher als Lochrasterplatte aber nicht jeder hat eine komplette Ausrüstung daheim. Blankverdrahtung auf Lochraster ist prinzipiell kein Hexenwerk wenn man es sauber und geplant verarbeitet. Allerdings ist da wichtig, sich vorher genau zu überlegen was man wohin setzt. Die Pinbelegung von Industrieschaltkreisen ist manchmal fern jeder Vernunft. Wenn du dir keinen Plan machst wirst du Kreuzungen ohne Ende reinbekommen. Und die machen Ärger.
Falls du da Hilfe brauchst schick mir deinen ganzen Schaltplan und ich zeichne dir einen Bauplan für deine Lochrasterplatte.
 

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Hallo, sehr schön CMOS Logik. Aus eigener Erfahrung:
- zu jedem IC einen Keramikkondensator parallel zur Versorgungsspannung.

- je höher Hi und Lo auseinander liegen desto mehr Schaltsicherheit, also besser mit 12 Volt betreiben.

- als Endstufen verwende ich gerne die ULN 2003 das spart Optokoppler zu dem ist dort auch schon eine Freilaufdiode verbaut um Relais zu steuern.

-bei den Eingangwiderständen lieber auf 100kohm gehen um den Strom zu senken.

-auf den Schaltungen verwende ich gerne ein paar LEDs um Funktionen sichtbar zu machen, das ist auch parktisch wenn mal etwas nicht so funktioniert wie es soll.

-bei Datenleitungen ohne Endstufe auf längeren Abständen zwischen jede Datenleitung ein Masseleitung.

-die letzte Stufe ist wenn nötig ein Relais, sie sind im Verhältnis zur Elektronik das teuerste Bauteil.

-auf alte Spulenantriebe besser verzichten, die sorgen gerne für Funkspannungen.

-Gleisunterbrechungen auch mit einem Keramikkondensator entkoppeln, die Räder sorgen gerne für Störungen.

Fehler werden bestimmt auch auftreten, hier lernt man aber am besten. Auch wenn es vieleicht 2 oder 3 Anläufe braucht.

mfg Bahn120
 
Fragen, die sich aus den Antworten ergeben

Hallo zusammen,

erst einmal besten Dank für die vielen Hinweise. Zum Teil führen die allerdings zu neuen Fragen:

Zu 6. (Ausfallverhalten von Gattern)

@Lutz 61

Bin mir nicht sicher, ob wir uns richtig verstanden haben. Es geht mir darum, dass die Logik bei Störungen zur sicheren Seite geht. Wäre bei einem defekten UND-Gatter der Ausgang immer LOW, kein Problem. Wenn er aber – durch den Defekt bedingt - auf HIGH gehen kann, ohne dass alle Eingänge HIGH sind, dann wäre das ein echtes Problem. Das lässt sich wohl nur dadurch umgehen, dass man die Logik insgesamt doppelt aufbaut und am Ende die Ausgänge mit einer UND-Schaltung auf Relais-Basis zusammenführt. Nur wenn sich beide einig sind, wird der Schaltvorgang ausgelöst. Nach diesem Prinzip arbeiten ja auch die ESTW bei der großen Eisenbahn.

Zu Leiterbahnen vs. Verdrahtung

@Lutz61, @Desirofreak

Leiterbahnen würden vermutlich auch eine dichtere Anordnung der ICs ermöglichen und vielleicht sogar Platinen einsparen. Aber für vermutlich nur drei bis vier Platinen im Leben der ganze Aufwand?
Was ich nicht ganz verstehe: Wieso bzw. in welcher Weise machen Kreuzungen Ärger? Ich hatte es mir so ähnlich vorgestellt wie bei http://k.f.geering.info/modellbahn/technik/signalsteuerung2.htm - dort scheint es zu funktionieren. Der Kollege verliert auch kein Wort und keinen Strich zum Entprellen der Eingänge,
womit wir bei 3. wären.

@Desirofreak

Was Prellen ist, ist mir schon klar. Aber nach meinem Verständnis ist das in meinem Fall unkritisch, denn: Für einen Schaltvorgang (Ansteuerung einer Fahrstraße) müssen gleichzeitig zwei Tasten gedrückt werden (Eingänge am letzten Gatter) und die übrigen Bedingungen (feindliche Fahrstraßen und Rangierfahrten ausgeschlossen) erfüllt sein. Die Änderung der übrigen Bedingungen kann eigentlich nie gleichzeitig mit der Bedienung der entscheidenden zwei Tasten stattfinden, weil es dazu der Bedienung anderer Tasten bedarf. Demnach kann sich doch nur das Prellen der Tasten auf den Ausgang der Logik auswirken. Und wenn? Der Schaltvorgang wird eben ausgelöst. Und dann ändert sich hinter dem Ausgang der Logik nichts mehr.
Jedes Bauteil, welches verzichtbar ist, spart Platz auf der Platine, hilft vielleicht mit einer Platine weniger auszukommen und damit auch lange Leitungen und ggf. weiteren Aufwand bei der Verbindung mehrerer Platinen einzusparen.

@Bahn120

„-bei Datenleitungen ohne Endstufe auf längeren Abständen zwischen jede Datenleitung ein Masseleitung.“
Was heißt „ohne Endstufe“ – zwischen Ausgang eines Gatters und dem Eingang des nächsten? Bezieht sich das auf Leiterbahnen auf der Platine?

„-auf alte Spulenantriebe besser verzichten, die sorgen gerne für Funkspannungen.
-Gleisunterbrechungen auch mit einem Keramikkondensator entkoppeln, die Räder sorgen gerne für Störungen.“
Um welche Entfernungen geht es hier? Galvanisch ist die Logik doch ohnehin völlig getrennt. Wenn ja – müssen die Kondensatoren unmittelbar an die Trennstellen (wäre sehr viel Aufwand) oder reicht es aus, sie an anderer Stelle zwischen die Anschlussleitungen der einzelnen Isolierabschnitte zu setzen? Welche Kapazizät?
Spulenantriebe habe ich in den Entkupplern, räumlich sind die mindestens 1 m von der Logik entfernt, aber nicht so ohne weiteres zu ersetzen.

„- als Endstufen verwende ich gerne die ULN 2003 das spart Optokoppler zu dem ist dort auch schon eine Freilaufdiode verbaut um Relais zu steuern.“
Wenn ich das Datenblatt richtig deute, ist das so etwas wie ein Inverter mit ordentlicher Verstärkung. Inwiefern spart das Ding, Optokoppler die der galvanischen Trennung dienen sollen?

Beste Grüße

Carsten
 
Für die Fehlersuche ein Hinweis. Die Pegel bei CMOS- Schaltkreisen sind im Normalfall nur wenige mV größer als OV (Tiefpegel) oder kleiner als die Betriebsspannung ( Hochpegel). Verdrahtungsfehler (Ausgänge mit unterschiedlichen Pegeln verbunden) oder defekte Schaltkreise sind an"unsauberen Pegeln" zu erkennen. Auch offene Eingänge machen sich so bemerkbar bei Gleichspannungsmessungen. Unbenutzte Eingänge können auch mit benutzten Eingängen des gleichen Gatters verbunden werden, das spart unnötige Verbindungen zur Masse oder Betriebsspannung. Die Abblockkondensatoren an den Schaltkreisen (100nF Scheiben Kondensator) sollte man nicht vergessen. Für die Relaisansteuerung ist nicht unbedingt ein Optokoppler notwendig, sondern es genügt der oben erwähnte Treiberbaustein. Bei den Signaleingängen sieht es jedoch anders aus. Normale Tastenschalter, die an der gleichen Spannung wie die Logikschaltungen liegen sind problemlos. Kritisch sind Signale aus andern Stromkreisen (z.B. Gleis besetzt Meldungen o.ä.). Hier sind Optokoppler auf jedem Fall eine Möglichkeit zur Signalanpassung. Auch bei Pegel Anpassungen kann man Optokoppler einsetzen. Wenn die Betriebsspannungleitungen zur Logikschaltung recht lang sind, sollte am Spannungseingang noch ein Elko ( 100uF) vorgesehen werden.
 
@Carsten R.

1. ohne Endstufe soll heißen vom Gatterausgang direkt zum Gattereingang auf einer anderen Platine.

2. Es geht um Trennstellen im Gleis, die Radscheibe kann beim überfahren der Trennstelle eine Funkspannung erzeugen. Ich habe an jeder Trennstelle einen Keramikkondensator. So nahe wie möglich an der Trennstelle, jeweils 0,1µ.

3. Wenn Du Optokoppler nutzen möchtest soll in den meißten Fällen ein Relais bedient werden. In dem Fall ist das Relais die galvanische Trennung. Wenn Du Lichtsignale steuern möchtest ist eine galvanische Trennung nicht notwendig, außer Du verwendest noch welche mit Glühlampen und mehr Leistung.

Wenn Du den Ausgang von CMOS für einen Optokoppler nehmen möchtest ist es auch noch aufpassen das die LED nicht zu viel Strom zieht.
Sonst muß hier schon wieder ein Transistor mit rein und den Optokoppler zu schalten, das macht es mit den ULN viel einfacher.

Als Tip für die Leiterplatten ich verwende nur die teureren Steckfüße für Schaltkreise. Am Anfang dachte ich sparen zu können, Fehler die einfachen Füße machen oft schlecht kontakt.

mfg Bahn120
 
Guten Abend und besten Dank für die Hinweise.

Für die Fehlersuche ein Hinweis. ...

Mir geht es aber zunächst weniger um Fehlersuche, sondern darum, wie sich defekte Gatter bzw. ICs im laufenden Betrieb bemerkbar machen.
Wenn die Logik einen erwarteten Schaltvorgang nicht ausführt, ist der Fehler (richtige Erstellung der Schaltung mal vorausgesetzt) offensichtlich. Aber wenn die Logik einen vom Bediener beabsichtigten Schaltvorgang nicht zuverlässig verhindert, solange nicht wirklich alle Voraussetzungen für diesen Schaltvorgang erfüllt sind, dann bleibt das womöglich unbemerkt und das wäre fatal. Deshalb meine ursprüngliche Frage nach einem typischen Ausfallverhalten.

Für die Relaisansteuerung ist nicht unbedingt ein Optokoppler notwendig, sondern es genügt der oben erwähnte Treiberbaustein. ...

Das will ich nicht in Frage stellen, aber ich hatte vor, die Logik galvanisch komplett vom Rest der Welt zu trennen, insbesondere um Störungen vorzubeugen. Auch wenn man das Ausgangsrelais (also dessen Spule) mit in den Stromkreis der Logik nehmen könnte - das nützt mir wenig. Dann hätte ich wieder zusätzlichen Verdrahtungsaufwand für die Umschaltkontakte des Relais, außerdem kämen dann die Laststromkreise der Logik wieder räumlich viel näher.

Beste Grüße,
schönen Abend noch

Carsten
 
CMOS-IC in der Steuerungstechnik gibt es seit ca 1978. Durch den Pegel 12V und ihre hochohmigkeit sind sie ziemlich störsicher. Ich kann mich an keinen Ausfall eines CMOS-IC erinnern. Sie sind ziemlich kurzschlussfest, allerdings ist der maximale Ausgangsstrom mit ca 10 mA begrenzt. Das führt wiederum kaum zum "abschmoren".
Die Kopplung eingangsseitig mit Schaltmitteln erfordert aber unbedingt eine Anpasschaltung, am besten mit Optokopplern.
Ich habe mich allerdings schon lange von dieser Technik getrennt. Eine kleine Änderung im logischen Ablauf, und schon ist eine Umverdratung notwendig. Es passt zwar nicht zur Anfrage, aber der Aufbau mit Atmel-Prozessoren ist viel effektiver. Eine kleine Änderung im logischen Ablauf lässt sich ohne Verdrahtungsänderung erzielen. Störsicherer sind sie allemal in Bezug auf Hardwarefehler und auch signalmäßig.
 
Guten Abend,

zum Deiner Ausfallfrage:
Grundsätzlich haben Ausfälle eine Ursache, wenn es im besten Fall die Alterung ist, oder auch ESD-Schäden bei MOS. Ausgangsseitig kannst Du theoretisch von allen Zuständen ausgehen, H/L fest, hochohmig, ggf dann auch Schluß Vss. (Eingangseitig ähnlich)

Ich denke die Kernfrage lautet, welches Betriebskonzept erfüllt Deine Erfordernisse, und weniger „CMOS“. Wenn Du bestimme Zustände verhindern musst, sollte dies Grundlage Deiner Betrachtung werden.

Ich weis nicht ob es heute noch sinnvoll ist IC-(Massen) Gräber zu bauen, wenn man dies mit einem PLD umsetzen kann und sich jede Menge Probleme vorab ersparen kann.
Wenn Du MOS umsetzen willst wirst Du um einen vollredundanten Aufbau nicht umher kommen, das hat sich zu mindestens beim Spaceshuttle vor 50 Jahren bewährt.
 
Hallo und guten Abend,

1. ohne Endstufe soll heißen vom Gatterausgang direkt zum Gattereingang auf einer anderen Platine.

Danke für die Klarstellung. Aber wie setzt man das zwischen zwei Platinen um? Auf einer Platine mit Leiterbahnen ist die Sache klar.

2. Es geht um Trennstellen im Gleis, ... So nahe wie möglich an der Trennstelle, jeweils 0,1µ.

Auch für diese Klarstellung besten Dank. Wieder ein Punkt, der für mich praktisch nicht mehr umsetzbar ist. Gleise sind "verrostet" und eingeschottert, Trennstellen gibt es reichlich. :-(
Aber noch mal zu meiner Frage nach den Abständen: Bei vollständiger galvanischer Trennung können derartige Störeffekte ja nur noch durch die Wirkung elektromagnetischer Felder in die Logik eindringen. Diese Wirkung nimmt doch mit der Entfernung ab. Sonst müssten auch andere Elektrogeräte stören?

3. Wenn Du Optokoppler nutzen möchtest soll in den meißten Fällen ein Relais bedient werden. In dem Fall ist das Relais die galvanische Trennung. ...

Ist mir schon klar. Aber siehe meine Antwort an paulotto.

Wenn Du den Ausgang von CMOS für einen Optokoppler nehmen möchtest ist es auch noch aufpassen das die LED nicht zu viel Strom zieht.
Sonst muß hier schon wieder ein Transistor mit rein und den Optokoppler zu schalten, das macht es mit den ULN viel einfacher.

Wäre es dann nicht zweckmäßig, diesen ULN (oder analog zur Lösung von http://k.f.geering.info/modellbahn/technik/signalsteuerung2.htm) den LM324 zwischen Gatterausgang und Optokoppler zu schalten? Das scheint mir zumindest einigen Platz zu sparen gegenüber einem Transistor mit den notwendigen Widerständen.

Als Tip für die Leiterplatten ich verwende nur die teureren Steckfüße für Schaltkreise. Am Anfang dachte ich sparen zu können, Fehler die einfachen Füße machen oft schlecht kontakt..

Wird berücksichtigt, falls ich die CMOS-Logik realisiere. Da ich einige der hier gegebenen Hinweise nicht mit für mich vertretbarem Aufwand berücksichtigen kann, sind mir aber inzwischen arge Zweifel gekommen, ob das ganze wirklich sinnvoll ist.

Dennoch besten Dank für die bisherige Hilfe.

Beste Grüße und einen schönen Abend,

Carsten
 
zum Deiner Ausfallfrage:
... Ausgangsseitig kannst Du theoretisch von allen Zuständen ausgehen, H/L fest, hochohmig, ggf dann auch Schluß Vss. (Eingangseitig ähnlich).

Danke für diese unmissverständliche Antwort, jetzt ist dieser Punkt geklärt.

Ich weis nicht ob es heute noch sinnvoll ist IC-(Massen) Gräber zu bauen, wenn man dies mit einem PLD umsetzen kann und sich jede Menge Probleme vorab ersparen kann.
Wenn Du MOS umsetzen willst wirst Du um einen vollredundanten Aufbau nicht umher kommen, das hat sich zu mindestens beim Spaceshuttle vor 50 Jahren bewährt.

Ursprünglich wollte ich eine reine Relaisschaltung aufbauen. Das wird jetzt sicher bei vielen bestenfalls Verständnislosigkeit hervorrufen. Bei der Entwicklung der Schaltung wurden es immer mehr Bedingungen, die mit zu berücksichtigen waren. Und auf der anderen Seite verschwanden kleine Relais mit vier Wechselkontakten mehr oder weniger vom Markt. So entstand die Idee, Teile der Logik mit Transistoren zu realisieren. Auch hier zeigte sich, dass es eine schier endlose Löterei werden würde und letztlich auch zu viel Einbauraum braucht. CMOS war nun der nächste Schritt. Auch hier zeichnet sich nun ab, dass man nicht wirklich Einbauraum spart. Die Logik für sich ist erheblich kompakter, aber dafür fressen die Aufbereitung der Eingänge und die Umwandlung der Ausgänge den Platz. Wenn ich das ganze nun auch noch zweikanalig baue, spare ich womöglich gegenüber einer kombinierten Relais- und Transistorlösung nicht mal Platz.

Von PLD habe ich nun überhaupt keine Ahnung, zum anderen reizt es mich durchaus, logische Schaltungen zu entwickeln.

Beste Grüße

Carsten
 
@Carsten R.
Ich glaube du verrennst dich etwas und versuchst Geister hervor zu rufen, welche es gar nicht gibt.
Was willst du eigentlich mit der ganzen Logik erreichen (einsetzen), oder habe ich das überlesen (sorry).
Einfache und überspitzte Grundregeln zu CMOS wurden genug gegeben. Aber du brauchst bestimmt nicht die Betriebssicherheit eines Spaceshuttle (@TT-Jan :D )
Der Einfachheit zusammengefasst:
  • galvanische Trennung eingangsseitig
  • Eingänge entprellen, offen Eingänge auf Potential legen
  • ausgangsseitig ULN2003A für Relais (und auch OC - absolut sorgenfrei)
  • Betriebs- bzw. Signalspannung besser 12V
  • Blockkondensatoren (es reicht auch einer für 4-6 lokal gruppierte IC)
Alles Andere ist übertrieben. Bei 30cm Verbindungslänge braucht es keinerlei Vorsichtsmaßnahmen (es sei denn du betreibst in 50cm Abstand eine offene Mikrowelle).
Ach ja, OC's erreichen oft schon bei niedrigen Strömen (I-forward) ein ausreichendes (vollständiges) Durchsteuern (forward current), der PC8x7 z.B. bei 3-4mA.

Ansonsten stellt sich, wie schon erwähnt, die Frage nach der Sinnhaftigkeit eines solchen Unterfangens. Je nach Anzahl der E/A ist ein Arduino mit einfacher Programmierung sinnvoller und platzsparender.

Es bleibt auch die Frage nach dem Zweck des Ganzen?

Gruß Flic
 
Hallo Carsten,

Du hast ja schon Deine logischen Verküpfungen gezeichnet, das ganze kann man auch mit boolescher Algebra beschreiben, ist gar nicht schwer.

Mit beiden (grafisch und b. Algebra) Darstellungen kannst Du z.B. bei Xillinx in der Software die Funktion eines CPLD (ComplexProgrammableLogicDevice) beschreiben.
Wenn Du Spass daran hast geht es dann mit HDL, VHDL. (Hardware Description Language) weiter.
So kannst Du mit einem IC mit 18 I/O s Dein Projekt umsetzen. (Kosten ~2€).
Aber du brauchst bestimmt nicht die Betriebssicherheit eines Spaceshuttle (@TT-Jan :D )
Sicher mit den Shuttle ist überspitzt, aber auch das waren CMOS dreifachredundante Systeme ;).
Carsten schrieb, dass ein "Fehler" niemals (!) am Ausgang wirksam werden darf. Daher auch die Fragestellung nach dem Betriebzonzept.

Klar auch mit einem µC lösbar, es gibt viele Lösungsmöglichkeiten. Es ist eher nicht die Frage der Logic-Familie, sondern der Aufgabenstellung.

Viele Grüße

Jan
 
Was willst du eigentlich mit der ganzen Logik erreichen (einsetzen), oder habe ich das überlesen (sorry).
... Aber du brauchst bestimmt nicht die Betriebssicherheit eines Spaceshuttle (@TT-Jan :D )

Hallo Flic, es geht darum, die Stellwerkstechnik mit ihren Grundprinzipien nachzuempfinden. Signalabhängigkeit, Fahrstraßenausschlüsse etc. Auch wenn es mit dem Spaceshuttle nicht zu vergleichen ist, Störungen sollen sich offenbaren und den Laden zum Stehen bringen.

Je nach Anzahl der E/A ist ein Arduino mit einfacher Programmierung sinnvoller und platzsparender.

Schon möglich. Aber da bräuchte ich erst mal eine Art Einführungslehrgang. Außerdem wäre es für mich nur die (vielleicht unvermeidliche) Notlösung. Am liebsten mag ich immer noch Schaltungen, die man arbeiten hört.

Beste Grüße

Carsten
 
Schau mal, ob Du hier

https://pictures.abebooks.com/ITHBUECHER/12232939714.jpg

einen Blick reinwerfen kannst ... da findest Du auch beispielhaft ein Stellwerk in Drucktastentechnik mit Fahrstrassen, Abhängigkeiten usw.

Aber eins gilt auf jeden Fall: Je mehr Abhängigkeiten Du willst, desto größer wird der Logikaufwand.
 
Also die Idee Stellwerkstechnik mit den ganzen Abhängigkeiten nachzuenmpfinden finde ich absolut lobenswert. Ich finde das ist ein Teil des Vorbilds, dem bei der MoBa viel zu wenig Beachtung geschenkt wird. Ich hatte auch mal überlegt sowas mit Logikschaltungen zu machen. Aber dafür bin ich dann doch zu wenig Elektroniker. Ich bin jetzt beim Arduino gelandet, das entspricht mehr meiner Profession. Und für die ganze IO-Beschaltung ist genug Elektronik (für meine Verhältnisse) übrig. Aber wie war Heizers Spruch "Misstraue allem was mehr als einen Transistor hat"? Deshalb wird das Stellwerk für meine Abzweig Trebbichau rein mechanisch - mit allen Abhängigkeiten, Fahrstraßen, etc.
 
Mahlzeit!

Den finde ich echt lustig :totlach:
Wahrscheinlich aber nur Germaniumtransistoren, und Selengleichrichter.

Och, die sind genauso sicher wie Silizium. Rauscht vielleicht 'n bissl mehr - besser Röhren nehmen...

Da muß ich aber noch den Standartspruch ergänzen: "Was man mechanisch lösen kann, das fange nicht elektrisch an!"
(Den kenne ich auch von Joschi...):fasziniert:
Zur Klärung der Philosophiefrage schlage ich mal den Besuch einer unserer Therapiesitzungen, auch bekannt als "Modultreffen", vor. Da sind einerseits einige der hier Schreibenden als auch eine Unmenge Lösungen der beschriebenen Aufgabenstellung vertreten.
Mal unter www.fktt-module.de schauen, wie's am Besten paßt - und Kontakt suchen. :allesgut:

Grüße und Bestes Gelingen!
Der Tunnelmatthias
 
...Am liebsten mag ich immer noch Schaltungen, die man arbeiten hört.
...
Lehn dein Ohr an den Kopf einer Frau. Diese haben 3 Knochen mehr als Männer, weil das Gehirn noch mechanisch funktioniert...

Zurück zum Ernst!
Dein Vorhaben in Ehren, aber nimm z.B. Lochmaster und versuche einen kleinen Teil deines Vorhabens in realer Größe zu visualisieren. Du wirst schnell erkennen, dass deine Vorstellungen im vollen Ausbau die Größe eines Schaltschranks erreichen! Ich hatte Ähnliches vor Jahren vor... Vom Aufwand der Korrektur bei Logikfehlern mal abgesehen. Dann hatte ich es mit Microcontrollern realisiert, aber als der Hbf dazu kam, stand der Aufwand in keiner Realität mehr zum Nutzen. Gaaanz schnell landete ich bei PC-Steuerung.
Ist natürlich alles abhängig von der Größe der Anlage und der Anzahl der logischen Verknüpfungen.

Good luck

Flic
 
Dem kann ich nur zustimmen, aber Carsten hat eine Idee um dieses Projekt zu entwickeln. Das dies nicht sofort zum Erfolg führt ist jedem klar. Aber er schrieb, das er Spaß hat sich mit logischen Verküpfungen zu beschäftigen, also Hobby was einem Freude und Wissen bringt. Ich persönlich kann es nur begrüßen, wenn jemand seine Lösung für ein Problem erarbeiten möchte.
 
@Carsten R., wenn Du in kurzer Zeit etwas realisieren möchtest, dann gehe gleich zu digital. Hier wiegen natürlich die Kosten auf.

Ich kann nur für mich persönlich sprechen. Ich habe eine Multiplexersteuerung mit dieser steure ich alles. Zu schalten und fahren habe ich ein 15 Tastenplut mit nochmals 8 Tasen um die Decoder an zu steuern. Wenn ich eine neue Schaltung einbaue brauche ich keine Erweiterung zum bedienen. Was bei klassischen Stellpulten der Fall ist.

Das ist eine Schaltung aus der MIBA von Berthold Langer. Nur hier wird der Fahrtregler mit einem Motorpotie bedient. Ich habe einen Fahrtregler bei dem ich die Transitoren jeweils weiter ansteuere. Die Grundschaltung ist aus dem Modellbahnpraxisbuch Nummer 7 von alba.

Dazu kommt es macht einfach spaß sich diese Logikschaltungen auszudenken, aber kostet eben Zeit.

Ein nächster Schritt wäre ein PIC Mikrocontroler.

Noch kurz zu den eingeschotterten Gleisen, Du wirst doch bestimmt in Gleisnähe die Kabel zugänglich haben. Dann den Kondensator eben so nahe wie möglich anbringen.
 
@Carsten
Vielleicht entspricht die Realisierung mit GAL16V8 eher Deiner Denkweise, als mit dem µC zu arbeiten. Suche mal nach G540 ( kostet so um die 50,- ) und Programme ( abgeleitet von KV-Diagrammen und Schrittfolgeprogrammierung ) dafür gibt's auch für lau. Dann ersparst Du Dir eine Menge Löterei und wenn's logisch falsch ist, kann man es problemlos neu programmieren.
 
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