inf-schule | Mini Projekt „7-Segment Anzeige“

Projekt Start

Kickoff - Wir haben einen Plan!

Mit 3 Stellen kann man binär $2^3 = 8$ verschiedene Zahlen darstellen, also Spielergebnisse von 0 - 7. Da die meisten Spielergebnisse nicht über 7 Tore hinaus gehen, beschränken wir uns zunächst auf 3 Stellen (Man darf später die 7-Segment Anzeige gerne erweitern).

Wichtig bei arbeitsteiligen Projekten sind einheitliche Absprachen unter den verschiedenen Projektteams. So sollte bspw. geklärt sein, in welcher Reihenfolge welche Steuerleitungen an den Ein- und Ausgängen belegt werden, z.B. die Eingänge (von oben nach unten) $c = 2^2$, $b = 2^1$, $a = 2^0$.

Ein mögliches Vorgehen ist z.B.:

Gruppen bilden und Segmente aufteilen
Arbeitsteilig die entsprechende Wahrheitstabelle erstellen
Schaltterm aufstellen – und vereinfachen ;-)
Realisierung der Modulschaltung eines Segments der 7-Segment Anzeige mit einem Simulatorund speichern als Modul
Testen des eigenen Segmentes
Zusammenschalten der einzelnen Modulschaltungen -
Das Zwischenergebnis der Modulschaltungen der einzelnen Segmente könnte bspw. so aussehen:
Die sieben einzelnen Modulschaltungen zu einem 7-Segment-Dekoder mit 3 Eingängen und 7 Ausgängen als Modul zusammenfassen.
Eine fertige 7-Segment Schaltung mit einem Dekoder könnte wie folgt aussehen:

Vorgehen und Dokumentation

Auf dieser Seite wird der oben beschriebene Plan schrittweise für Segement 4 durchgeführt. Im Unterricht kann dies mit der gesamten Lerngruppe als Beispiel durchgeführt werden, bevor die einzelnen Gruppen selbstständig die weiteren Module entwickeln. Alternativ können die Gruppen auch direkt selbst beginnen und auf diese Seite als schrittweise Anleitung zurückgreifen.

In beiden Fällen ist es sinnvoll, die Ergebnisse in irgendeiner Weise festzuhalten, um sie später nachschlagen zu können. Dafür bietet sich dieses Arbeitsblatt an.

Beispiel Segment 4

Im Folgenden soll obiger Plan, die Realisierung der Modulschaltung eines Segments der 7-Segment Anzeige, für das Segment 4 durchgeführt werden:

Betrachte dazu die folgende Wahrheitstabelle:

Aufgabe 1

Beschreibe die Struktur der Tabelle und ergänze die Spalten „Zahl in der Anzeige“ und „Dualzahl“.

Das Segment 4 wird z.B. für die Ziffer 0 und die Ziffer 2 benötigt, daher muss für das Segment 4 in diesen Zeilen eine 1 gesetzt werden. Das bedeutet: Das Segment 4 muss für die Ziffer 0 und die Ziffer 2 an sein. – vgl. das Kapitel Dualsystem.

Aufgabe 2 (=Schritt 2)

Vervollständige die Wahrheitstabelle für das Segment 4.

Aufgabe 3 (=Schritt 3)

(a) Stelle anhand deiner Schalttabelle den Schaltterm zu Segment S4 auf.
Tipp zur Notation: Die Priorität ∧ vor ∨ und das Weglassen der ∧-Zeichen macht Terme übersichtlicher!

Im Kapitel "Schaltnetze vereinfachen" wird erklärt, wie man einen Schaltterm aus einer Wahrheitstabelle aufstellt bzw. auch vereinfacht.

(b) Vereinfache deinen Schaltterm mit Hilfe der Rechengesetze oder nutze den folgenden machniellen Minimierer:

Aufgabe 4 (=Schritt 4, 5)

Überprüfe deinen Schaltterm, indem du ihn mit einem Simulatorals Modul nachbaust und die verschiedenen Binärkombinationen systematisch durchtestest.

Eine Testschaltung könnte z.B. so aussehen:

Für LogicSim findest du die fertige Schaltung für das Segment S4 hier: Als Schaltung (Rechtsklick -> Ziel speichern unter) oder als Modul(Rechtsklick -> Ziel speichern unter ...).
Wie du im vorherigen Kapitel gelernt hast, ist Dokumentation - insbesondere bei arbeitsteiligem Vorgehen - besonders wichtig. Ein Bsp. zur Dokumentation des Moduls „S4“ ist wie folgt (Menu „Module“ -> „Modul Eigenschaften“):