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Elektronischer Faschingsspaß

Torsten als Astronaut...
...und Johannes als Roboter

Als ich erfuhr, dass sich mein Neffe Johannes zu Fasching 2010 als Roboter verkleiden wollte, entsann ich mich meiner eigenen glücklichen Kindheit und eines kleinen Kästchens mit zwei blinkenden Leuchtdioden, das ich mir dereinst in den frühen 80ern für ein Astronautenkostüm gebastelt hatte. Das Kästchen war nicht mehr aufzutreiben -- wohl aber das Grundwissen Digitaltechnik, das ich damals in einer entsprechenden Artikelserie in irgendeiner Elektronikzeitschrift erworben hatte. Die Beiträge, auf die mich dankenswerterweise ein Schulkamerad auferksam gemacht hatte, behandelten alles vom 7400er, dem Urvater der Logik-ICs, über die verschiedenen Arten von Flip-Flops, Binär- und Dezimalzähler und Schieberegister bis hin zu BCD-Decodern für 7-Segment-Anzeigen. Und auch eine Anleitung, wie mittels eines Schmitt-getriggerten NAND-Gatters ein Kippschwinger gebastelt werden kann, war dabei.

Begeistert von der Möglichkeit, dieses brachliegende Wissen mal wieder anzuwenden, warf ich einen Blick in meine Elektronik-Grabbelecke und fand in einer der Schubladen noch drei 25 Jahre alte ICs -- und war entzückt, als sich darunter ein 74132 (4 Schmitt-getriggerte NAND-Gatter mit 2 Eingängen) und ein 7493 (4-Bit-Binärzähler) fanden. Schnell war ein Konzept für eine Applikation für Johannes' Roboter-Kostüm entworfen, die dem Blechmann das Blinken lehren sollte -- das Robotron Intergalactic Logik-Modul LM3000!

Jetzt wird's technisch

Hier das mit gschem (aus der freien Elektronik-Software-Suite gEDA) entworfene Schaltbild:

 

Wir sehen, wie der Schmitt-Trigger U1 mittels des Widerstands R2 und des Kondensators C1 zur Oszillation angeregt wird. Die Oszillation ist asymetrisch (L- und H-Phase haben verschiedene Längen -- muss gestehen: keine Ahnung warum...) und wird durch die Dimensionierung von R2 und C1 größenordnungsmäßig auf einige wenige Hertz eingestellt.

U2 ist durch Kopplung beider Eingänge als Inverter geschaltet, so dass die beiden LEDs D2 und D3 abwechselnd blinken -- daher ist auch nur ein gemeinsam genutzer Begrenzungswiderstand R3 nötig.

Dem Zählbaustein U3 wird durch Belegen eines der Reset-Eingänge mit L das Zählen erlaubt. Getaktet wird der Zähler vom Ausgang des U2-Gatters. Zudem muss beim verwendeten 7493-IC der Ausgang des niederwertigsten Bits (Q0) auf den CLK1-Eingang gelegt werden, welcher als Taktgeber für die restlichen 3 Bits dient; nur so kann der volle Zählbereich von 0 bis 15 ausgeschöpft werden (was sich aber eigentlich als gar nicht nötig erwiesen hat, da von Q3 kein Gebrauch gemacht wird). Die an die Ausgängen Q0 und Q2 angeschlossenen LEDs D4 und D5 blinken entsprechend der Wertigkeit der zugehörigen Binärstelle mit der halben bzw. einem Achtel der Frequenz von D2/D3.

Nur am Rande erwähnt sei D1, die kontinuierlich leuchtet, sobald der Schalter S1 geschlossen wird.

Probieren geht über Studieren

Beim Entwickeln und Testen der Schaltung hat sich erneut das Steckbrett als sehr nützlich erwiesen, dass ich ursprünglich zur Diagnose meines erkrankten PET angeschafft hatte. Als die Schaltung so funktionierte, wie sie sollte, und angenehme Blinkfrequenzen und -farben gefunden waren, wurde mit Papier und Bleistift ein Layout für die Lochrasterplatine erstellt, und dann ging's ans Löten.

Die komplette Schaltung auf dem Steckbrett
In der fertigen Lochraster-Version waren LEDs und Schalter auf ein "Bedienfeld" ausgelagert; der schwarze, rechts hervorstehende Kasten ist ein Batteriefach

Das Bedienfeld wurde ausgedruckt, auf ein passend zugesägtes Stück Sperrholz geleimt, mit selbstklebender Buchbindefolie fixiert und mit Bohrungen für die LEDs und den Schalter versehen. Die Beschriftung ist übrigens bar jeder Bedeutung.

Ein Video sagt mehr als 1024 Worte

Und hier das Robotron Intergalactic LM3000 in Aktion:

Anmerkung

An alle Abmahnanwälte, selbsternannten Wettbewerbshüter und sonstige Internet-Kaputtmacher: Bei Robotron Intergalactic handelt es sich um eine fiktive Firma in einem Paralleluniversum, in dem der Kommunismus gesiegt und die sowjetische Raumfahrt der Menschheit die friedliche Besiedlung der Galaxis ermöglicht hat, wobei der ehemalige VEB gleichen Namens seinen Beitrag in Form von Roboter-Steuermodulen geleistet hat. Mögliche heutige, im hiesigen Universum verortete RechteinhaberInnen an dem Namen "Robotron" mögen mir bitte diesen kleinen künstlerisch-kreativ-satirischen Spaß gönnen, ja? Danke.