Elektor

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Ein Würfel in Elektor - das gab es
schon mal, und zwar öfters. Wenn
man aber jetzt und heute eine Schal-
tung sucht, muß man schon viele Jahr-
gänge im Schrank haben, um etwas zu
finden. Wahrscheinlich wird man
dann auf einen Würfel stoßen, der
noch mit TTL-ICs aufgebaut ist und
zur Stromversorgung 5 V und eine
Menge Milliampere benötigt, für deren
Bereitstellung schon ein paar Mignon-
zellen oder eine 4,5-V-Taschenlampen-
batterie vorzusehen sind. Heute geht
das einfacher, es genügt eine Lithium-
Knopfzelle, die direkt auf der Platine
montiert werden kann.

M

I N I M U M

Da wir uns kein kundenspezifisches
Würfel-IC erlauben können (da gibt es
immer die lästige Frage nach den
Stückzahlen), bescheiden wir uns mit
dem, was ohne Probleme zu haben ist.
Dann gelingt zwar kein 1-IC-Würfel,
aber mit zwei ICs aus der Standard-
HCMOS-Reihe sind die Würfel bei der
Bauteilwahl schnell gefallen. Die dar-
aus resultierende Schaltung ist in Bild
1 zu sehen. Es handelt sich um die
schlichte Kombination eines Oszilla-
tors mit einem Zähler und einer Reihe
von LEDs. Der Zähler vom Typ
74HC191 (IC1) ist ein binärer 4-bit-
Zähler, der so konfiguriert ist, daß die
an die Ausgänge angeschlossenen
LEDs das bekannte Augenmuster des
Würfels darstellen. Ausgang QA (Pin
3) steuert die im Mittelpunkt stehende

LED D7, QB (Pin 2) die zwei daneben
liegenden LEDs D5 und D6, und QC
(Pin 6) die vier in den Ecken liegenden
LEDs des Würfels (D1 bis D4). Welche
Ausgänge des ICs zu einem bestimm-
ten Zeitpunkt High sind, hängt vom
Oszillator ab, der dem Zufall auf die
Sprünge hilft. Der Zähler startet,
sobald man den Sensorkontakt
berührt. Dann wird nämlich der mit
IC2d aufgebaute Taktoszillator über
Puffer IC2e und den durch Berühren
des Sensors hergestellten Kontakt mit
dem CLK-Eingang des Zählers (Pin 14)
verbunden. Die LEDs des Würfels zei-
gen nun in sehr schneller Folge
abwechselnd alle möglichen Würfel-
muster. So schnell, daß es praktisch
unmöglich ist, den Würfel gezielt zu
einem bestimmten Zeitpunkt zu stop-
pen, um ein bestimmtes Ergebnis zu
erzielen. Wenn man den Sensorkontakt
losläßt, zeigen die LEDs daher ein
zufälliges, nicht vorherzubestimmen-
des Muster.
Vor den obligatorischen Bauhinweisen
noch ein paar Informationen zur Funk-
tion der Schaltung:
Von dem verwendeten Binärzähler
sind nur drei Ausgänge beschaltet, so
daß sich acht mögliche Ausgangszu-
stände ergeben (2

3

). Das führt zu

einem Würfel mit den Werten 0 bis 7,
was eigentlich nicht so gebräuchlich ist.
Aus diesem Grund wird ein Zähler-IC
eingesetzt, bei dem sich etwas einstel-
len läßt. Beim Erreichen des höchsten
Zählerstands (15) wird der Ausgang

Wirklich revolutionär

ist diese kleine Schal-

tung eines elektroni-

schen Würfels natür-

lich heutzutage nicht

mehr. Aber dafür sehr

gut geeignet als Ein-

steigerprojekt, etwa

für eine Elektronik-

Arbeitsgemeinschaft,

einen Elektronik-

Schnupperkurs oder

einfach als kleine

Bastelei an einem

ruhigen Winterabend.

Die Schaltung kommt

mit nur zwei ICs und

einer einzigen Knopf-

zelle zur Stromversor-

gung aus. Wahlweise

läßt sich die kleine

Platine auch als blin-

kendes Schmuck-

stück verwenden.

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LED-Würfel

Kompakt mit Knopfzelle

MAX (Pin 12) aktiv. Dieses Signal
gelangt, durch IC2c invertiert, auf den
Eingang LOAD (Pin 11). Sobald LOAD
auf Low geht, übernimmt der Zähler
die Pegel an den Eingängen A...D als
neuen Zählerstand, und das ist hier 9.
Der Zähler beginnt daher stets bei 9
und läuft dann bis 15, von wo aus der
blitzschnelle Rücksprung auf 9 erfolgt.
Die 15 steht nur ganz kurz an, so kurz,
daß man es nicht bemerkt. Zu sehen
sind nur die Zustände 9, 10, 11, 12, 13
und 14, was für die untersten drei Q-
Ausgänge bedeutet, daß die LEDs mit
den Zuständen 1...6 angesteuert wer-
den (von den zuvor genannten
Zählerständen muß man 8 abziehen).

L

Ö T E N

Der Aufbau auf der in Bild 2 angege-
benen Platine stellt auch für den
Anfänger keine allzu große Heraus-
forderung dar. Zwei ICs in der Mitte,
drei Widerstände, ein Kondensator,
dann die sieben LEDs im bekannten
Würfelmuster, die restliche Platinen-
fläche bleibt für die Knopfzelle reser-
viert.
Bei dieser kleinen Energiequelle ist es
unerläßlich, daß es sich um eine 3-V-
Lithiumzelle handelt. Geeignete Aus-
führungen sind die sehr verbreiteten
Standardgrößen CR2016, CR2025 und
CR2032, die im Elektronikhandel
(Laden und Versand) wesentlich gün-
stiger zu haben sind als etwa beim
Fotohändler oder im Warenhaus. Die
Platine ist mit einer kreisrunden Aus-
sparung für die Aufnahme der Knopf-
zelle versehen, umgeben von einer
Kupfer-Massefläche als Masseanschluß
(Minus-Anschluß der Knopfzelle). Am
besten lötet man diagonal über diese
Umrandung einen Blech- oder Kup-
ferstreifen als "Bodenkontakt" des Bat-
teriefachs. Für den Plus-Anschluß
sorgt ein Metallbügel, der über
Schraube und Mutter mit dem Plus-
Anschluß in der rechten Ecke der Pla-
tine verbunden ist. In beiden Fällen
muß man vor dem Löten an den ent-
sprechenden Stellen den Schutzlack

abkratzen und die freigelegte Kupfer-
fläche vorverzinnen. Das Foto (Bild 3)
zeigt diese Kontaktanordnung.
Abschließend noch ein paar praktische
Hinweise.
Das Ein- und Ausschalten des Würfels
erfolgt durch Überbrücken der Lötnä-
gel (Jumperkontakte JP1), die sich
neben IC2 befinden. Dafür kann man
einen fertig konfektionierten Jumper
verwenden - oder einen "normalen"
kleinen Schalter anschließen. Auf der
Platine ist genug Platz, um für JP1 drei
Stifte einzulöten, um den Jumper (so
verwendet) in zwei Positionen für Ein
und Aus stecken zu können.
Als Sensorkontakte dienen die beiden
Kupferflächen in der Mitte des Plati-
nenrandes zwischen D1 und D4, von
denen der Schutzlack ebenfalls ent-
fernt werden muß.
Als LEDs sollte man im Interesse einer
langen Nutzungsdauer der Batterie
stromsparende Ausführungen (Low-
current-Typen) einsetzen. Für IC1 und
IC2 sind wegen der 3-V-Betriebsspan-
nung nur die HC-Typen verwendbar,
HCT-Ausführungen müßten mit 5 V
betrieben werden.
Zum Schluß noch ein Tip: Wenn die
Platine für dekorative Zwecke einge-

setzt werden soll, ist es wahrscheinlich
erwünscht, ein sichtbar blinkendes
LED-Muster zu erzeugen. Dafür muß
die Taktfrequenz niedriger als bei der
Anwendung als Würfel sein, sonst
sieht man nichts. Kein Problem - ein
größerer Wert für C1, beispielsweise 22
n, sorgt für eine niedrige (und damit
sichtbare) Blinkfrequenz. Zur Befesti-
gung an einem Kleidungsstück kann
zum Beispiel eine Krokoklemme mit
dem Unterteil des Batteriefachs verlö-
tet werden.

(980021)

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Elektor

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2CT=0/2CT=15

1,2,4CT=15

1,2,4CT=0

1,2+/1,2–

74HC191

IC1

CTR4

+ –

11

10

13

12

14

15

G1

M2

C3

G4

3D

5

4

1

9

7

6

2

3

5

6

1

IC2c

R1

470k

11

10

1

IC2e

9

8

1

IC2d

R2

1M

C1

1n

D5

D7

D6

D2

D3

D1

D4

BT1

3V

JP1

IC2

14

7

3

4

1

IC2b

13

12

1

IC2f

1

2

1

IC2a

IC1

16

8

3V

3V

980021 - 11

IC2 = 74HC14

1

Bild 1. Bei diesem elektronischen
Würfel handelt es sich um eine
der einfachsten Schaltungen für
diesen Zweck. Die Eingänge der
nicht verwendeten Gatter von IC2
werden auf Masse gelegt.

(C) Segment

980021-1

BAT1

C1

D1

D2

D3

D4

D5

D6

D7

IC1

IC2

JP1

PC1

R1

R2

980021-1

0

+

(C) Segment

980021-1

2

Bild 2. Der geringe Stromver-
brauch im Bereich von ein paar
Milliampere erlaubt die Verwen-
dung einer Lithium-Knopfzelle,
die direkt auf der Platine unter-
gebracht ist.

Stückliste

Widerstände:
R1 = 470 k
R2 = 1 M

Kondensatoren:
C1 = 1 n...22 n (siehe Text)

Halbleiter:
D1...D7 = Low-current-LED
IC1 = 74HC191
IC2 = 74HC14

Außerdem:
JP1 = 2poliger Jumper
Batterie: 3-V-Lithium-Knopfzelle,

z.B. CR2016, CR2025 oder
CR2032)

Platine 980021-1 (siehe Servi-

ceseiten