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Experiment 18: Reaktions-Timer > Verfeinerungen
Verfeinerungen
Jetzt erinnern wir uns wieder daran, dass wir mit dieser Schaltung die Reflexe einer Person testen wollten. Wenn der Benutzer anfängt, brauchen wir eine Startverzögerung, danach ein Signal, z.B. eine LED, die angeht. Der Benutzer reagiert auf das Signal, indem er so schnell wie möglich einen Knopf drückt. Während der Zeit, die der Benutzer bis zur Reaktion braucht, zählt der Zähler die Millisekunden. Wenn der Benutzer den Knopf drückt, hält der Zähler an. Das Display bleibt dann auf unbestimmte Zeit stehen und zeigt die Anzahl der Impulse an, die abgezählt wurden, bevor die Person reagieren konnte.
Wie setzen wir das um? Ich glaube, wir brauchen ein Flip-Flop. Wenn das FlipFlop ein Signal bekommt, startet es den Zähler und lässt ihn laufen. Wenn das Flip-Flop noch ein Signal bekommt (indem der Benutzer einen Knopf drückt), stoppt es den Zähler an und hält ihn in diesem Zustand.
Wie bauen wir dieses Flip-Flop? Ob du es glaubst oder nicht, wir können noch einen 555-Timer benutzen, auf eine andere Weise, nämlich im Bistabilen Modus.
Im bistabilen Modus ist der 555 zu einem großen Flip-Flop geworden. Um Unklarheiten zu vermeiden, halten wir die Pins 2 und 4 im Ruhezustand und über pull-up-Widerstände positiv. Wir können diese Pins aber mit negativen Impulsen herunterziehen, wenn wir den Zustand des 555 umschalten wollen. In Abbildung 4.40 ist die Beschaltung für einen 555-Timer im bistabilen Modus zu sehen, gesteuert von zwei Tastern. Du kannst dies über deiner bisherigen Schaltung aufbauen. Weil du den Output von IC6 an den Pin 2 von IC1, den obersten Zähler, anschließen wirst, kannst du von diesem Pin S1 und R1 abstecken. Siehe Abbildung 4.41.
Aktiviere die Schaltung wieder. Sie sollte genau so wie bisher zählen, aber stehenbleiben, wenn du S4 drückst. Das liegt daran, dass dein bistabiler 555-Timer seinen positiven Output an den »clock disable«-Pin des Zählers sendet. Der Counter empfängt immer noch eine Folge von Impulsen vom astabilen 555-Timer, aber solange Pin 2 am Zähler positiv ist, ignoriert dieser die Impulse einfach.
Drücke jetzt S5, der deinen bistabilen 555 wieder zurück auf einen negativen Output schaltet, wodurch der Zähler weiter schaltet.
Wir sind jetzt schon ganz nah an einer fertigen, funktionierenden Schaltung. Wir können den Zähler auf Null stellen (über S3), den Zähler starten (mit S5) und darauf warten, dass der Benutzer den Zähler stoppt (mit S4). Es fehlt nur noch eine Möglichkeit, den Zählvorgang unerwartet zu starten.
Grundlagen
Der bistabile 555-Timer
Abbildung 4.39 zeigt wie zuvor den Aufbau eines 555-Timers, aber die externen Bauteile auf der rechten Seite sind nicht mehr da. Stattdessen liegt an Pin 6 durchgehend eine negative Spannung an. Kannst du erkennen, was dann passiert? Gehen wir davon aus, dass du einen negativen Impuls an den Trigger (Pin 2) schickst. Wenn du das machst und der 555 zu laufen beginnt, wird normalerweise ein positives Ausgangssignal erzeugt und der Kondensator an Pin 6 aufgeladen. Sobald der Kondensator 2/3 der Versorgungsspannung erreicht, beendet der 555 sein positives Ausgangssignal und schaltet wieder auf negativ.
Aber da hier der Kondensator fehlt, gibt es nichts, das den Timer wieder anhält. Sein positives Ausgangssignal geht einfach auf unbestimmte Zeit weiter. Pin 4 (Reset) kann aber immer noch alles aufheben. Wenn du also eine negative Spannung an Pin 4 anlegst, schaltet er den Ausgang auf negativ. Danach bleibt der Ausgang auch auf unbestimmte Zeit negativ, so wie es immer ist, bis man den Timer wieder triggert, indem man die Spannung an Pin 2 abfallen lässt. Dadurch kippt der Timer wieder in den Zustand, in dem er ein positives Ausgangssignal erzeugt.
Eine kurze Zusammenfassung der bistabilen Belegung:
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Ein negativer Impuls an Pin 2 schaltet den Ausgang positiv.
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Ein negativer Impuls an Pin 4 schaltet den Ausgang negativ.
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Der Timer ist in beiden Zuständen stabil. Seine Laufzeit ist dadurch unendlich.
Es ist kein Problem, die Pins 5 und 7 offen zu lassen, weil wir den Timer sowieso in extreme Zustände versetzen, in denen zufällige Signale an diesen Pins ignoriert werden.
Abbildung 4.40 Indem man dem Reflex-Tester einen bistabilen 555-Timer hinzufügt, kann man den Zähler auf Knopfdruck anhalten und in diesem Zustand festhalten.
