Lauflicht ohne Mikrocontroller: CD4017BE einfach erklärt
Ein LED-Lauflicht muss nicht immer mit einem Arduino, ESP32 oder einem anderen Mikrocontroller aufgebaut werden. Gerade für 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 Dekadenzähler. 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 für ein einfaches Lauflicht benötigt wird.
https://youtu.be/QjI1vaLdGUI
Die Grundidee zu dieser Schaltung stammt vom Elektor Magazin aus dem Beitrag „Kleine Schaltungen: Mini-Weihnachtsbaum – Folge 50“. Dort wurde die Schaltung als kleiner LED-Weihnachtsbaum umgesetzt. Die Idee mit der Blink-LED als Taktgeber für den 4017 fand ich so einfach wie genial, dass ich sie hier aufgreife und Schritt für Schritt für ein eigenes Lauflicht-Projekt erkläre. 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. Für viele Projekte sind diese kleinen Boards perfekt, weil sie flexibel programmierbar sind und unzählige Möglichkeiten bieten. Es gibt aber auch Aufgaben, bei denen ein Mikrocontroller schlichtweg übertrieben wäre.
Ein einfaches LED-Lauflicht ist dafür ein verständliches Beispiel. Hier muss nicht unbedingt ein ESP32 gestartet, programmiert und mit Code versorgt werden. Ein passender IC reicht vollkommen aus, um den gewünschten Effekt zu erzeugen. Genau das macht dieses Projekt so interessant: Die Schaltung bleibt übersichtlich, 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 übernehmen muss. Manchmal reichen wenige Bauteile und ein clever eingesetzter IC völlig aus.
Das eigentliche Projekt wird später noch weitergeführt und zu einem kleinen Lötevent im örtlichen JFZ umgesetzt. Dazu gibt es dann aber einen separaten Beitrag.
Der Weg zur passenden Schaltung
Die Idee für dieses Projekt ist nicht einfach aus dem Nichts entstanden. Ich war tatsächlich längere Zeit auf der Suche nach einer möglichst einfachen Möglichkeit, ein LED-Lauflicht ohne Mikrocontroller aufzubauen. Dabei bin ich über viele klassische Schaltungen gestolpert, häufig mit einem NE555-Timer, einem Drehpoti zur Geschwindigkeitseinstellung und dem CD4017 als Zählerbaustein.
Diese Schaltungen funktionieren natürlich und sind technisch auch absolut sinnvoll. Für meinen Einstieg und vor allem für ein späteres Lötprojekt im JFZ war mir der Aufbau zunächst aber etwas zu umfangreich. Ein NE555, zusätzliche Widerstände, Kondensatoren, ein Poti zur Einstellung der Blinkfrequenz – das alles erhöht die Komplexität, 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. Fündig geworden bin ich dann ganz klassisch beim Stöbern auf dem Sofa mit dem Handy. Dabei bin ich auf den Elektor-Beitrag „Kleine Schaltungen: Mini-Weihnachtsbaum – Folge 50“ gestoßen. Genau dort wurde eine Idee verwendet, die ich sofort spannend fand: Eine 5-mm-Blink-LED dient als Taktgeber für den CD4017.
Damit entfällt der komplette Aufbau rund um den NE555-Timer. Die Blink-LED gibt einfach ihren festen Takt vor und der CD4017 schaltet seine Ausgänge entsprechend weiter. Der Aufbau ist dadurch deutlich übersichtlicher, schneller verständlich und ideal für den Einstieg – auch für mich.
Der CD4017BE Dekadenzähler
Das Herzstück der Schaltung ist der CD4017BE. Dabei handelt es sich um einen sogenannten Dekadenzähler, also einen Zählerbaustein, der seine Ausgänge nacheinander durchschaltet. Der IC zählt intern von 0 bis 9 und aktiviert dabei jeweils einen seiner zehn Ausgänge. Genau dieses Verhalten macht ihn ideal für ein LED-Lauflicht.
Der CD4017BE ist als klassischer DIP16-IC erhältlich und lässt sich dadurch sehr gut auf dem Breadboard oder später auf einer Lochrasterplatine bzw. eigenen Platine verwenden. Für Einsteiger ist das besonders praktisch, da der Baustein groß genug ist, um ihn gut einsetzen und verdrahten zu können.
Pinbelegung des Dekadenzählers CD4017BE
Laut Datenblatt arbeitet der CD4017 in einem recht breiten Spannungsbereich von 3 V bis 15 V. Damit eignet er sich sowohl für kleine Batterieschaltungen als auch für typische 5-V-Projekte. Für mein Lauflicht ist das ideal, da die Schaltung ohne Mikrocontroller auskommt und trotzdem mit wenigen Bauteilen zuverlässig funktioniert.
Ein paar wichtige technische Daten aus dem Datenblatt:
EigenschaftWertVersorgungsspannung3 V bis 15 VBauformDIP16Typische Geschwindigkeitbis ca. 5 MHz bei 10 VLeistungsaufnahmeca. 10 µW typischBetriebsartvoll statischStörfestigkeithohe Störfestigkeit, typisch 0,45 × VDD
Für dieses Projekt ist die maximale Geschwindigkeit natürlich 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 Ausgänge 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 nächsten Takt Ausgang 1, danach Ausgang 2 und so weiter. Nach dem letzten verwendeten Ausgang kann der Zähler wieder zurückgesetzt 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 Überblick
Nachdem wir uns den CD4017BE als Dekadenzähler 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 erhält an seinem Clock-Eingang einen Taktimpuls und schaltet bei jedem Impuls einen Ausgang weiter. An diesen Ausgängen hängen später die LEDs des Lauflichts.
Der besondere Punkt dieser Schaltung ist der Taktgeber: Statt eines NE555-Timers wird eine blinkende LED verwendet. Diese LED blinkt selbstständig in einem festen Rhythmus. Genau dieses Blinksignal wird genutzt, um den CD4017BE weiterzuschalten.
https://youtu.be/9ap5-KPXEu4
Vereinfacht gesagt läuft 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 dafür ein Mikrocontroller, Programmcode oder ein einstellbarer Timer notwendig ist.
Benötigte Bauteile
Für den Aufbau der Schaltung werden nur wenige Bauteile benötigt:
BauteilAnzahlPreis & LinkHinweisCD4017BE Dekadenzähler1xab 2,95€*DIP16-ICBlink-LED 5 mm1xab 3,50€*dient als TaktgeberLEDs für das Lauflicht9xab 2,89€*z. B. 5mm LEDsWiderstände für die LEDs9xab 1,99€*1 kΩ VorwiderstandWiderstand für die Blink-LED1xab 1,99€*10 kΩ VorwiderstandKondensator1xab 1,12€*100nF Breadboard1xab 3€*für den ersten Testaufbau reicht ein 830 Pin BreadboardJumperkabelmehrereab 2,80€*zur VerdrahtungSpannungsversorgung1xz. B. Batterie oder 5V Versorgung
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Die Schaltung
Nachdem wir uns den CD4017BE als Dekadenzähler 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 für 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 über eine blinkende LED. Diese LED besitzt bereits eine kleine interne Elektronik und blinkt selbstständig, sobald sie mit Spannung versorgt wird. Dieses Blinksignal wird genutzt, um den Clock-Eingang des CD4017BE anzusteuern.
Bei jedem Taktimpuls schaltet der Dekadenzähler 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 für den TaktPin 13Clock Enable, wird auf GND gelegtPin 15Reset-EingangQ0 bis Q8Ausgänge für die LEDsQ9Rücksetzen des Zählers über Reset
Der Ausgang Q9 wird in diesem Aufbau nicht für eine LED verwendet. Stattdessen wird er mit dem Reset-Eingang verbunden. Dadurch zählt der CD4017BE nur von Q0 bis Q8 und beginnt anschließend automatisch wieder bei Q0.
So entsteht ein einfaches Lauflicht mit neun LEDs. Die zehnte Zählstufe des CD4017BE sorgt lediglich dafür, 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 Dekadenzähler zum Einsatz. Der Takt wird von einer einfachen Blink-LED erzeugt, wodurch die Schaltung sehr übersichtlich bleibt.
Gerade für Einsteiger ist dieser Aufbau interessant, weil man direkt sieht, wie der Zähler auf einen Takt reagiert und die einzelnen Ausgänge nacheinander durchschaltet. Die Liste der benötigten Bauteile bleibt erfreulich kurz und der Aufbau eignet sich sehr gut für erste Tests auf dem Breadboard.
Natürlich ist diese einfache Variante nicht besonders flexibel, denn die Geschwindigkeit des Lauflichts wird durch die Blink-LED fest vorgegeben. Für viele kleine Projekte oder Lötübungen reicht das aber vollkommen aus.
Im nächsten Beitrag möchte ich die Schaltung erweitern und dir zeigen, wie du einen NE555 als Taktgeber einbaust. Damit lässt sich die Geschwindigkeit des Lauflichts über ein Drehpotentiometer einstellen. So wird aus der einfachen Grundschaltung eine deutlich flexiblere Variante, ohne direkt auf einen Mikrocontroller zurückgreifen zu müssen.