Während eines Fertigungsprozesses werden Produktionsstücke in einer geschlossenen Kammer mit Laserstrahlen
bestrahlt. Nach jeder Bestrahlung wird von dem Laser ein Signal ausgegeben. Je nach den Anforderungen muss die Bestrahlung
mehrmals wiederholt werden. Die Anzahl der Bestrahlungen pro Stück muss exakt eingehalten werden.
Der Bestrahlungsprozess wird mit einer einfachen Schaltung überwacht. Ein Zähler registriert die von dem Laser
ankommenden Signale. Sobald die Anzahl der Bestrahlungen den voreingestellten Wert erreicht hat, wird der Prozess
angehalten. Mit einer Meldeleuchte wird das Beenden des Verfahrens signalisiert.
Die Schaltung realisieren wird mit zwei ICs. Das Herzstück der Schaltung bildet der Zähler CD4040BE. Der Zähler
verfügt über 16 Anschlüsse. Neben zwei Anschlüssen, die für Spannungsversorgung vorgesehen sind, stellt der Baustein zwei
weitere Anschlüsse als Steuereingänge zur Verfügung. Der erste Eingang (Pin 10) ist der Impulseingang. Hier werden die
ankommenden Impulse gezählt. Der Stand des Zählers erhöht sich, wenn am Impuls-Eingang eine negative Flanke erkannt wird.
Der zweite Eingang (Pin 11) hat Reset-Funktion. Beim Erkennen einer steigenden Flanke an dem Eingang wird der aktuelle
Zählerstand genullt.
CD4040BE
Pinbelegung CD4040BE
Alle anderen Anschlüsse (insgesamt 12) sind Ausgänge. Mithilfe dieser Ausgänge wird der aktuelle
Zählerstand dual codiert ausgegeben. Mit 12 Bits kann der Zählerstand den Wert von 4095 erreichen, bevor er genullt wird.
Beim Erreichen eines bestimmten Zählerstandes soll der Prozess angehalten werden. Die Entscheidung trifft der
Gatter-Baustein CD4011BE. Der Baustein hat vier NAND-Gatter, die sich für diese Aufgabe gut eignen. In dem Beispiel
legen wir fest, dass der Prozess nach 640 Bestrahlungsvorgängen angehalten werden muss. Der Wert 640 wird mit Ausgängen
Q8 und Q10 signalisiert. Diese zwei Ausgänge werden an das zweite Gatter (Pins 4,5,6) des ICs CD4011BE gelegt. Sobald der Wert 640
erreicht wird, werden die beiden Ausgänge gesetzt und das Gatter liefert dann am Ausgang den LOW-Wert.
Logikbaustein mit 4 NAND-Gattern. Der Baustein verfügt über 14 Pins. An die Pins Vdd(+) und Vss(-) wird
die Versorgungsspannung angeschlossen. Sie liegt im Bereich 5 bis 15VDC. Jedem Gatter sind drei Pins zugeordnet.
CD4011BE
CD4011BE Anschlüsse
NAND - Wahrheitstabelle
Die Ausgänge Q8 und Q10 stehen im Dual-System für 640 (Dezimal).
Sobald der Zählerstand den Wert 640 erreicht, leuchten die Leuchtdioden D8 und D10 auf (Ausgänge Q8 und Q10).
Impulsgeber
Die Signale des Lasers werden mithilfe eines Signalgenerators simuliert. Das Gerät arbeitet im Bereich
3 – 30VDC und liefert bei Bedarf Signale mit einer Frequenz bis zu 150 kHz
Der Schaltplan
Schaltplan
Die Signale werden nicht direkt zu dem Zähler geführt, sondern mit dem ersten Gatter (Pins 1,2,3) des CD4011BE gefiltert.
An dem zweiten Anschluss des ersten NAND-Gatters (Pin 2) liegt das Signal an, das das zweite Gatter (Pin 4) liefert. Das Signal hat permanent
den Wert HIGH, solange der vordefinierte Zählerstand nicht erreicht ist. Damit kann das erste Gatter abwechselnd LOW und
HIGH Signale senden. Der Zähler zählt hoch.
Sobald der voreingestellter Wert erreicht ist, liefert das zweite Gatter ein LOW Signal. Daraufhin kann am Ausgang
des ersten Gatters (Pin 3) nur ein HIGH Signal erreicht werden. Dadurch wird das Hochzählen abgebrochen. Das LOW Signal am Ausgang
des zweiten Gatters kann dafür verwendet werden, den Arbeitsvorgang abzubrechen. In unserem Beispiel wird hier eine
Meldeleuchte (Leuchtdiode) angeschlossen. Sie leuchtet auf, wenn der voreingestellte Zählerstand erreicht wurde.
Die Schaltung enthält zwei Schalter und einen Taster. Mit dem Schalter S1 wird das Signal von dem Signalgeber
weitergeleitet bzw. ganz unterbrochen. Mit dem Schalter S2 kann die Signalquelle gewechselt werden. Das Signal kann direkt
zum Zähler oder zuerst zu dem Gatter-Baustein geführt werden. Mit der ersten Alternative kann vor dem Start der Zähler
getestet werden.
Da die beiden Schalter nicht entprellt sind, soll nach jeder Umschaltung mit dem Taster S3 der Zähler genullt werden.
