Logikpulser 1


Zum Testen und zur Fehlersuche in digitalen Schaltungen ist es zweckmäßig, wenn man die logischen Pegel an bestimmten Punkten ermitteln und anschaulich darstellen kann. Bestens geeignet sind dazu Logikprüfstifte. Wie es der Name schon sagt, handelt es sich dabei um kleine Messgeräte in Form eines Stiftes. Mit einer Metallspitze versehen, kann man das Gerät zur Messung einfach auf die entsprechenden IC-Pins aufsetzen und sich die Pegel anzeigen lassen. Einfache Geräte stellen die Pegel über LEDs oder Siebensegmentanzeigen dar. Bessere Stifte können auch kurze Impulse zur Anzeige bringen.
Ich stelle hier einen Prüfstift für TTL-Pegel vor, der über den normalen Leistungsumfang herkömmlicher Prüfstifte hinausgeht. Neben dem einfachen Sichtbarmachen von Pegeln und Impulsen ist dieses Gerät auch in der Lage, diverse Impulse zu generieren, die in geeigneter Weise in die Schaltung eingespeist werden können. Damit kann die Funktion von Zählern, FlipFlops, Schieberegistern,... getestet werden.

Der Schaltungsaufbau ist weitestgehend in SMD-Technologie erfolgt. Kernstück der Schaltung ist ein preiswerter Mikrocontroller vom Typ AT89C2051. Nur die Erfassung der Pegel und die Impulsein- und -ausgabe wird noch durch zusätzliche Hardware realisiert. Die gesamte restliche Funktionalität wird von der Controllersoftware erzeugt. Die Pegelanzeige erfolgt über eine Siebensegmentanzeige.

Die 5V-Spannungsversorgung erfolgt verpolsicher über zwei Klemmen aus der Zielschaltung. Das Eingangssignal wird über die Tastspitze, die an K1 angeschlossen ist, eingespeist und gelangt an die Transistoren T1 und T2. Diese sind als Emitterfolger beschaltet und besitzen deshalb einen hohen Eingangswiderstand. T1 schaltet nur bei anliegendem L-Signal, T2 nur bei H-Signal durch. Bei einem offenem Eingang oder entgegengesetztem Pegel sperren die jeweiligen Transistoren. Über die nachfolgenden Gatter IC1a und IC1d werden die Signale ausgekoppelt und an die Eingänge des Controllers geführt. Vom Ausgang von IC1a wird das Signal außerdem an den aus den Gattern IC1b und IC1c gebildete Monoflop geleitet. Eine H-L-Flanke am Pin 5 bewirkt das Kippen der Schaltung. Der Ausgang von IC1c, der ebenfalls an den Controller geführt ist, nimmt für ca. 0,3s L-Pegel an. Danach kippt der Monoflop wieder in seine Ausgangslage zurück. Das zeitbestimmende Glied wird aus R5 und C1gebildet. Die beiden Taster S1 und S2 dienen der Steuerung des Stiftes. Das P1-Register des Mikrocontrollers dient komplett der Ansteuerung der Siebensegmentanzeige. Am Pin 11 ist ein kleiner Piezoschwinger angeschlossen, der die Soundwiedergabe ermöglicht. Am Pin 9 wird das Signal für die ausgehenden Impulse ausgekoppelt und an T4 geleitet. An dessen Kollektor können die Impulse über K6 entnommen werden. Die LED D2 zeigt das Senden der Impulse an.

Die Schaltung findet auf einer doppelseitigen Leiterplatte von 85 x 19mm Platz. Man sollte möglichst dünnes Leiterplattenmaterial verwenden. Der Controller wird über eine Kontaktleiste gesockelt. Darüber ist der Schwinger freitragend verlötet. Die Gesamtdicke der bestückten Baugruppe darf 10mm nicht übersteigen, sonst passt sie nicht in das Gehäuse. Dafür habe ich einen alten Textmarker verwendet. Dieser muss auseinandergebaut und mit den Durchbrüchen für Taster, Anzeige, Impulsbuchse und Kabeldurchführung versehen  werden. Die Tastspitze habe ich aus einer Nähnadel angefertigt, die in die Metallspitze eines alten Fineliners eingelötet wurde. Dieses Teil wird dann mit Kunstharz in die Bohrung der Textmarkerspitze eingeklebt und dann über ein kurzes Stück Litze an K1 gelötet. Bevor alles zusammengesteckt und eventuell verklebt wird, sollte die Funktionsfähigkeit nochmals überprüft werden. Die zwei Prüfklemmen zur Spannungszuführung werden am Ende einer etwa 1m langen 2adrigen Leitung angelötet. Eine ca. 40 cm lange Impulsleitung für die Impulsaussendung komplettiert den Stift. Sie muss an einem Ende mit einem 2poligen Stiftstecker und am anderen Ende ebenfalls mit einer Prüfklemme ausgestattet sein. 

 

Leiterplattenbestückung Oberseite

Sobald der Digipulser mit Spannung versorgt wird, leuchten zunächst alle Segmente der Siebensegmentanzeige hintereinander für ca 0,1 s auf. Dazu ertönt ein Signalton. Danach geht der Stift automatisch in den Logikmode. Ein "U" wie offener Eingang wird angezeigt. Man kann jetzt sofort mit den Messungen beginnen, indem man die Tastspitze an den gewünschten Stellen der Schaltung aufsetzt. Entsprechend der anliegenden Pegel wird "L" oder "H" angezeigt. Bei einem Pegelwechsel von H nach L blinkt der Dezimalpunkt kurz auf. Kurze Impulse, die normalerweise nicht sichtbar sind, werden so angezeigt.
Um Impulse senden zu können, muss die Impulsleitung auf die Buchse am Ende des Stiftes aufgesteckt werden. Die Prüfklemme wird an den Einspeisepunkt, der z.B.ein Gattereingang sein kann, angeklemmt. Ein Druck von S1 löst den Impuls aus. Die grüne LED zeigt diesen Vorgang an.
Zur Änderung der Betriebsart muss in den Menümodus geschaltet werden. Dazu werden beide Taster gleichzeitig für etwa 0,5s gedrückt. Der Menümodus beginnt, wie beim Einschalten des Prüfstiftes mit dem Aufleuchten aller Segmente. Der Soundeinstellung ist zunächst aktiv, gekennzeichnet durch Anzeige von "S". Wird S2 gedrückt, erscheint "o", wie on. Das bedeutet, dass der Sound aktiv ist. Durch Drücken von S1 wechselt die Anzeige zu "F", wie off. Solange S1 gedrückt gehalten wird, wechselt die Anzeige zwischen diesen Optionen. Erneutes Drücken von S2 aktiviert die gewählte Betriebsart und das Menü wird automatisch verlassen.
Um nach dem Menüaufruf in den nächsten Modus zu gelangen , muss S1 gedrückt werden. Die Anzeige wechselt zwischen "S" (bereits beschrieben), "l" wie Logikmode und "P" wie Pulsermode. Mit der S2 wird der entsprechende Modus ausgewählt. Beim Logikmode wird das Menü dann sofort verlassen. Beim Pulsermode erscheint die Anzahl der voreingestellten Impulse. Mit S1 kann zwischen 1 bis 15 Impulsen ausgewählt werden. Die Anzeige ist hexadezimal. Das heißt 10 bis 15 wird als A,b,C,d,E,F dargestellt. Für Dauerimpuls wird ein Impulssymbol in der Anzeige dargestellt. Mit S1 wird das Menü wieder verlassen. Der Pulsermode ist jetzt aktiv und die voreingestellte Impulszahl erscheint in der Anzeige. Sobald ein Impuls "gefangen" wird, schaltet die Anzeige auf 1 um und zählt jeden weiteren erkannten Impuls hoch. Nach "F" erfolgt ein Übertrag nach 0. Eine Betätigung von S1 setzt den Eingangsimpulszähler sofort auf 0 und sendet die im Menü vorgewählte Anzahl an Impulsen aus. S2 wirkt in dieser Betriebsart als RESET-Schalter.  War Dauerimpuls eingestellt, so werden solange Impulse generiert, bis S1 wieder losgelassen wird. Die Anzeige ist in dieser Betriebsart inaktiv.

Tastspitze Anzeige und Impulsausgangsbuchse Impuls-Leitung