Lauflicht ohne Mikrocontroller: CD4017BE einfach erklÀrt
Ein LED-Lauflicht muss nicht immer mit einem Arduino, ESP32 oder einem anderen Mikrocontroller aufgebaut werden. Gerade fĂŒr einfache Lötprojekte, Workshops oder den Einstieg in klassische Elektronik kann es sogar spannender sein, wenn der Effekt komplett ohne Programmierung entsteht.
In diesem Beitrag zeige ich dir eine kleine Lauflicht-Schaltung mit dem CD4017BE DekadenzĂ€hler. Der besondere Punkt: Der Takt kommt hier nicht von einem NE555-Timer oder einem Mikrocontroller, sondern von einer blinkenden LED. Diese gibt den Takt zwar fest vor und ist dadurch nicht so flexibel wie eine Lösung mit Drehpoti, macht aber genau das, was fĂŒr ein einfaches Lauflicht benötigt wird.
https://youtu.be/QjI1vaLdGUI
Die Grundidee zu dieser Schaltung stammt vom Elektor Magazin aus dem Beitrag âKleine Schaltungen: Mini-Weihnachtsbaum â Folge 50â. Dort wurde die Schaltung als kleiner LED-Weihnachtsbaum umgesetzt. Die Idee mit der Blink-LED als Taktgeber fĂŒr den 4017 fand ich so einfach wie genial, dass ich sie hier aufgreife und Schritt fĂŒr Schritt fĂŒr ein eigenes Lauflicht-Projekt erklĂ€re. Props gehen an dieser Stelle also ganz klar an Elektor raus!
Warum ohne Mikrocontroller?
Auf diesem Blog dreht sich eigentlich sehr viel um Mikrocontroller wie Arduino, ESP32, Raspberry Pi Pico & Co. FĂŒr viele Projekte sind diese kleinen Boards perfekt, weil sie flexibel programmierbar sind und unzĂ€hlige Möglichkeiten bieten. Es gibt aber auch Aufgaben, bei denen ein Mikrocontroller schlichtweg ĂŒbertrieben wĂ€re.
Ein einfaches LED-Lauflicht ist dafĂŒr ein verstĂ€ndliches Beispiel. Hier muss nicht unbedingt ein ESP32 gestartet, programmiert und mit Code versorgt werden. Ein passender IC reicht vollkommen aus, um den gewĂŒnschten Effekt zu erzeugen. Genau das macht dieses Projekt so interessant: Die Schaltung bleibt ĂŒbersichtlich, funktioniert ohne Software und zeigt wunderbar, wie klassische Elektronik arbeitet.
Mit diesem kleinen Projekt möchte ich zugleich eine neue Reihe starten, in der ich zeige, dass nicht immer ein Mikrocontroller die Steuerung ĂŒbernehmen muss. Manchmal reichen wenige Bauteile und ein clever eingesetzter IC völlig aus.
Das eigentliche Projekt wird spĂ€ter noch weitergefĂŒhrt und zu einem kleinen Lötevent im örtlichen JFZ umgesetzt. Dazu gibt es dann aber einen separaten Beitrag.
Der Weg zur passenden Schaltung
Die Idee fĂŒr dieses Projekt ist nicht einfach aus dem Nichts entstanden. Ich war tatsĂ€chlich lĂ€ngere Zeit auf der Suche nach einer möglichst einfachen Möglichkeit, ein LED-Lauflicht ohne Mikrocontroller aufzubauen. Dabei bin ich ĂŒber viele klassische Schaltungen gestolpert, hĂ€ufig mit einem NE555-Timer, einem Drehpoti zur Geschwindigkeitseinstellung und dem CD4017 als ZĂ€hlerbaustein.
Diese Schaltungen funktionieren natĂŒrlich und sind technisch auch absolut sinnvoll. FĂŒr meinen Einstieg und vor allem fĂŒr ein spĂ€teres Lötprojekt im JFZ war mir der Aufbau zunĂ€chst aber etwas zu umfangreich. Ein NE555, zusĂ€tzliche WiderstĂ€nde, Kondensatoren, ein Poti zur Einstellung der Blinkfrequenz â das alles erhöht die KomplexitĂ€t, obwohl ich eigentlich nur ein einfaches Lauflicht erzeugen wollte.
Mein Gedanke war daher ziemlich schnell: Das muss doch auch einfacher gehen.
Selbst die KI konnte mir an dieser Stelle nicht wirklich die einfache Lösung liefern, nach der ich gesucht habe. FĂŒndig geworden bin ich dann ganz klassisch beim Stöbern auf dem Sofa mit dem Handy. Dabei bin ich auf den Elektor-Beitrag âKleine Schaltungen: Mini-Weihnachtsbaum â Folge 50â gestoĂen. Genau dort wurde eine Idee verwendet, die ich sofort spannend fand: Eine 5-mm-Blink-LED dient als Taktgeber fĂŒr den CD4017.
Damit entfĂ€llt der komplette Aufbau rund um den NE555-Timer. Die Blink-LED gibt einfach ihren festen Takt vor und der CD4017 schaltet seine AusgĂ€nge entsprechend weiter. Der Aufbau ist dadurch deutlich ĂŒbersichtlicher, schneller verstĂ€ndlich und ideal fĂŒr den Einstieg â auch fĂŒr mich.
Der CD4017BE DekadenzÀhler
Das HerzstĂŒck der Schaltung ist der CD4017BE. Dabei handelt es sich um einen sogenannten DekadenzĂ€hler, also einen ZĂ€hlerbaustein, der seine AusgĂ€nge nacheinander durchschaltet. Der IC zĂ€hlt intern von 0 bis 9 und aktiviert dabei jeweils einen seiner zehn AusgĂ€nge. Genau dieses Verhalten macht ihn ideal fĂŒr ein LED-Lauflicht.
Der CD4017BE ist als klassischer DIP16-IC erhĂ€ltlich und lĂ€sst sich dadurch sehr gut auf dem Breadboard oder spĂ€ter auf einer Lochrasterplatine bzw. eigenen Platine verwenden. FĂŒr Einsteiger ist das besonders praktisch, da der Baustein groĂ genug ist, um ihn gut einsetzen und verdrahten zu können.
Pinbelegung des DekadenzÀhlers CD4017BE
Laut Datenblatt arbeitet der CD4017 in einem recht breiten Spannungsbereich von 3 V bis 15 V. Damit eignet er sich sowohl fĂŒr kleine Batterieschaltungen als auch fĂŒr typische 5-V-Projekte. FĂŒr mein Lauflicht ist das ideal, da die Schaltung ohne Mikrocontroller auskommt und trotzdem mit wenigen Bauteilen zuverlĂ€ssig funktioniert.
Ein paar wichtige technische Daten aus dem Datenblatt:
EigenschaftWertVersorgungsspannung3 V bis 15 VBauformDIP16Typische Geschwindigkeitbis ca. 5 MHz bei 10 VLeistungsaufnahmeca. 10 ”W typischBetriebsartvoll statischStörfestigkeithohe Störfestigkeit, typisch 0,45 à VDD
FĂŒr dieses Projekt ist die maximale Geschwindigkeit natĂŒrlich nicht entscheidend. Das Lauflicht wird sehr langsam betrieben, da der Takt von einer blinkenden LED kommt. Viel wichtiger ist hier, dass der CD4017 sehr einfach zu beschalten ist und seine AusgĂ€nge automatisch nacheinander aktiviert.
Vereinfacht gesagt passiert Folgendes: Immer wenn am Takteingang ein Impuls ankommt, springt der aktive Ausgang einen Schritt weiter. Ist also zuerst Ausgang 0 aktiv, folgt beim nĂ€chsten Takt Ausgang 1, danach Ausgang 2 und so weiter. Nach dem letzten verwendeten Ausgang kann der ZĂ€hler wieder zurĂŒckgesetzt werden, sodass das Lauflicht von vorn beginnt.
Quelle: Datenblatt CD4017, MakerHero https://www.makerhero.com/img/files/download/CD4017-Datasheet.pdf
Die Lauflicht-Schaltung im Ăberblick
Nachdem wir uns den CD4017BE als DekadenzÀhler angeschaut haben, geht es nun an die eigentliche Schaltung. Der Aufbau basiert auf der Idee aus dem Elektor-Beitrag, wurde hier aber auf das Prinzip eines einfachen Lauflichts reduziert.
Im Mittelpunkt steht der CD4017BE. Dieser erhÀlt an seinem Clock-Eingang einen Taktimpuls und schaltet bei jedem Impuls einen Ausgang weiter. An diesen AusgÀngen hÀngen spÀter die LEDs des Lauflichts.
Der besondere Punkt dieser Schaltung ist der Taktgeber: Statt eines NE555-Timers wird eine blinkende LED verwendet. Diese LED blinkt selbststÀndig in einem festen Rhythmus. Genau dieses Blinksignal wird genutzt, um den CD4017BE weiterzuschalten.
https://youtu.be/9ap5-KPXEu4
Vereinfacht gesagt lÀuft die Schaltung so ab:
- Die Blink-LED erzeugt den Takt. - Der CD4017BE erkennt diesen Takt am Clock-Eingang. - Bei jedem Takt springt der aktive Ausgang einen Schritt weiter. - Die angeschlossenen LEDs leuchten nacheinander auf. - Nach dem letzten verwendeten Ausgang beginnt das Lauflicht wieder von vorne.
Damit entsteht ein einfaches Lauflicht, ohne dass dafĂŒr ein Mikrocontroller, Programmcode oder ein einstellbarer Timer notwendig ist.
Benötigte Bauteile
FĂŒr den Aufbau der Schaltung werden nur wenige Bauteile benötigt:
BauteilAnzahlPreis & LinkHinweisCD4017BE DekadenzĂ€hler1xab 2,95âŹ*DIP16-ICBlink-LED 5 mm1xab 3,50âŹ*dient als TaktgeberLEDs fĂŒr das Lauflicht9xab 2,89âŹ*z. B. 5mm LEDsWiderstĂ€nde fĂŒr die LEDs9xab 1,99âŹ*1 kΩ VorwiderstandWiderstand fĂŒr die Blink-LED1xab 1,99âŹ*10 kΩ VorwiderstandKondensator1xab 1,12âŹ*100nF Breadboard1xab 3âŹ*fĂŒr den ersten Testaufbau reicht ein 830 Pin BreadboardJumperkabelmehrereab 2,80âŹ*zur VerdrahtungSpannungsversorgung1xz. B. Batterie oder 5V Versorgung
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Die Schaltung
Nachdem wir uns den CD4017BE als DekadenzÀhler angeschaut haben, folgt nun die eigentliche Lauflicht-Schaltung. Der Aufbau ist bewusst einfach gehalten und kommt ohne Mikrocontroller, ohne Programmcode und auch ohne klassischen NE555-Timer aus.
Schaltung fĂŒr ein einfaches LED-Lauflicht mit CD4017BE und Blink-LED als Taktgeber
Der CD4017BE wird in dieser Schaltung mit einer Versorgungsspannung betrieben und bekommt sein Taktsignal ĂŒber eine blinkende LED. Diese LED besitzt bereits eine kleine interne Elektronik und blinkt selbststĂ€ndig, sobald sie mit Spannung versorgt wird. Dieses Blinksignal wird genutzt, um den Clock-Eingang des CD4017BE anzusteuern.
Bei jedem Taktimpuls schaltet der DekadenzÀhler einen Ausgang weiter. Dadurch werden die angeschlossenen LEDs nacheinander aktiviert und es entsteht der typische Lauflicht-Effekt.
Wichtig sind in der Schaltung vor allem diese Verbindungen:
AnschlussBedeutungPin 16Versorgungsspannung VDDPin 8Masse/GNDPin 14Clock-Eingang fĂŒr den TaktPin 13Clock Enable, wird auf GND gelegtPin 15Reset-EingangQ0 bis Q8AusgĂ€nge fĂŒr die LEDsQ9RĂŒcksetzen des ZĂ€hlers ĂŒber Reset
Der Ausgang Q9 wird in diesem Aufbau nicht fĂŒr eine LED verwendet. Stattdessen wird er mit dem Reset-Eingang verbunden. Dadurch zĂ€hlt der CD4017BE nur von Q0 bis Q8 und beginnt anschlieĂend automatisch wieder bei Q0.
So entsteht ein einfaches Lauflicht mit neun LEDs. Die zehnte ZĂ€hlstufe des CD4017BE sorgt lediglich dafĂŒr, dass der Ablauf wieder von vorne startet.
Fazit: Lauflicht ohne Mikrocontroller
Mit diesem Beitrag habe ich dir gezeigt, wie einfach ein LED-Lauflicht auch ohne Mikrocontroller aufgebaut werden kann. Statt Arduino, ESP32 oder Programmcode kommt hier ein klassischer CD4017BE DekadenzĂ€hler zum Einsatz. Der Takt wird von einer einfachen Blink-LED erzeugt, wodurch die Schaltung sehr ĂŒbersichtlich bleibt.
Gerade fĂŒr Einsteiger ist dieser Aufbau interessant, weil man direkt sieht, wie der ZĂ€hler auf einen Takt reagiert und die einzelnen AusgĂ€nge nacheinander durchschaltet. Die Liste der benötigten Bauteile bleibt erfreulich kurz und der Aufbau eignet sich sehr gut fĂŒr erste Tests auf dem Breadboard.
NatĂŒrlich ist diese einfache Variante nicht besonders flexibel, denn die Geschwindigkeit des Lauflichts wird durch die Blink-LED fest vorgegeben. FĂŒr viele kleine Projekte oder LötĂŒbungen reicht das aber vollkommen aus.
Im nĂ€chsten Beitrag möchte ich die Schaltung erweitern und dir zeigen, wie du einen NE555 als Taktgeber einbaust. Damit lĂ€sst sich die Geschwindigkeit des Lauflichts ĂŒber ein Drehpotentiometer einstellen. So wird aus der einfachen Grundschaltung eine deutlich flexiblere Variante, ohne direkt auf einen Mikrocontroller zurĂŒckgreifen zu mĂŒssen.
