Простейшие занимательные устройства

October 2, 2012 by admin Комментировать »

Компьютерная техника прочно вошла в наш быт, сферу досуга, развлечений. На прилавках магазинов появились интересные электрифицированные игры и электронные игрушки, занимательные игровые приставки к бытовым телевизорам, неизменно вызывающие восторг ребят, готовых, забыв обо всем на свете, увлеченно соревноваться в игровом единоборстве. Игра всегда была одним из эффективнейших и важнейщих средств не только развлечения, но и обучения, воспитания.

Электронные игры и автоматы обогащают подрастающее поколение элементарными техническими знаниями, влияют на становление тех качеств личности, которые так необходимы для будущей трудовой деятельности. У многих ребят появляется желание познать понравившуюся им «машину», а потом и самим собрать подобную или наделить игрушку какими-то новыми качествами, сделать ее более совершенной. Юные радиолюбители увлеченно конструируют сначала простейшие, а потом и довольно сложные игровые автоматы, приобщаясь к миру «большой автоматики», изучая при этом элементы цифровой и вычислительной техники [9, 19, 33].

Проектирование игровых автоматов стало своеобразным хобби и для многих подготовленных радиолюбителей. Электронные игры и электронные игрушки регулярно демонстрируют на выставках технического творчества. Их описания публикуют в многочисленной научно-популярной литературе, приводят рекомендации по их изготовлению и налаживанию. В этой главе описаны занимательные электронные игры, простые и сложные светодинамические устройства, музыкальные автоматы, электронные отгадчики.

Эти устройства доступны для повторения радиолюбителям, которые только начинают знакомство с цифровой техникой.

Рассмотрим схему игрового автомата «Реакция» (рис. 1а). Он содержит автогенератор на элементах DD1.1-DD1.3, инвертор DD1.4 и светодиод HL1. Если кнопка SB1, включенная параллельно конденсатору С1, не нажата, то на выходе автогенератора формируются прямоугольные импульсы со скважностью 2.5…3 и частотой около 1 Гц. Светодиод HL1 периодически светится. Задача играющего нажать кнопку SB1 в момент свечения светодиода-раздражителя. После этого необходимо удерживать кнопку в нажатом состоянии. При нажатии кнопки SB1 автоколебания срываются, а светодиод остается в том же состоянии (светится или погашен), в котором находился в момент нажатия кнопки «Реакция». Победителем признается тот из играющих, которому удастся «зажечь» светодиод большее число раз (при одинаковом количестве попыток). Однако из-за того, что светодиод мигает с периодом Т«1с, задача играющего упрощается.

Рис. 1. Игровой автомат «Реакция»:

а на логических элементах; б с использованием счетчика К555ИЕ5; в с использованием счетчика К555ИЕ2; г временные диаграммы напряжений

Приспособившись к периодичности предъявления раздражителя, он может нажимать кнопку с небольшим упреждением и показывать хорошие результаты, обладая посредственной реакцией. Для устранения указанного недостатка следует увеличить скважность формируемых импульсов при сохранении времени свечения светодиода-раздражителя. Это можно сделать, подключив к выходу тактового генератора (ГТ) формирователь импульсов, реализованный на счетчиках К155ИЕ5 или К155ИЕ2. Прй этом частоту ГТ следует повысить таким образом, чтобы период импульсов на его выходе равнялся бы времени предъявления раздражителя (свечения светодиода HL1).

Используя счетчик К155ИЕ5, можно без дополнительных элементов реализовать формирователи импульсов со скважностью 3, 5 и 9. Для этого светодиод HL1 следует подключать к выходам “2”, “4” или “8”, соответственно, и обеспечивать установку счетчика в нулевое состояние при появлении на его выходе кодов 011, 101 или 1001. Схема устройства, в котором скважность импульсов, обеспечивающих свечение светодиодараздражителя, равна 9, изображена на рис. 16.

С использованием микросхемы К155ИЕ2 можно без дополнительных элементов реализовать формирование импульсов со скважностью q = 3…7, 9, выполнив следующие рекомендации.

Выходной сигнал необходимо снимать с выхода старшего разряда (”8”). При коде на выходе счетчика, десятичный эквивалент которого равен q-1, следует осуществлять предустановку счетчика в “девятое” состояние. Принципиальная схема игрового автомата и временные диаграммы напряжений на входе и выходах счетчика изображены на рис. 1в,г. В рассмотренном варианте схемы реализовано формирование импульсов со скважностью q=7. При скважности импульсов с£5 нажимать кнопку «Реакция» с необходимым упреждением практически невозможно.

На рис. 2 изображена схема игрового автомата «Орел-Решка», который представляет собой электронный аналог известной игры с угадыванием стороны, на которую упадет брошенная Монета. Автомат содержит автогенератор на частоту f в несколько килогерц (DD1.1-DD1.3) и счетный триггер, к выходам которого подключены светодиоды. На выходе триггера формируются импульсы типа «меандр» с частотой f/2. Если кнопка SB1 «Бросок» не нажата, оба светодиода HL1 и HL2 светятся. После нажатия кнопки (что соответствует бросанию монеты) равновероятно остается включенным один из них.

Рис 2 Принципиальная схема игрового автомата «Орел-Решка»

На рис. 3 изображена принципиальная схема лототрона. Она содержит задающий генератор на частоту несколько килогерц (DD1.1-DD1.3), счетчик DD2, дешифратор DD3, к выходам которого подключен цифровой индикатор HG1. Пока кнопка SB1 не нажата, импульсы с выхода задающего генератора подаются на счетчик DD2 и многократно его переполняют. В результате светятся все сегменты цифрового индикатора. Этот режим соответствует запуску лототрона. После нажатия на кнопку SB1 колебания автогенератора срываются, и на выходе счетчика DD2 формируется случайный двоичный код десятичного числа от 0 до 9. С помощью дешифратора DD3 двоичный код преобразуется в семисегментный, и индикатор HG1 индицирует это число.

Появление любого из чисел от 0 до 9 равновероятно. Играть с лототроном можно по-разному. Например, каждый из играющих пытается угадать цифру, выдаваемую устройством, выигрывает тот, кто угадает большее число цифр, скажем, из 10 или 20 попыток.

Существует множество игр (нарды, детское лото и др.). в которых бросают кубик и отсчитывают выпавшее при этом число очков. Бросание кубика, как известно, равноценно выбору одной цифры из шести возможных от 1 до 6. Рассмотрим схему «электронного кубика», который эту возможность реализует (рис. 4,а). Индикацию выпавших очков осуществляют светодиоды HL1-HL7, расположенные на передней панели автомата аналогично расположению точек на грани кубика (рис. 4,6).

Устройство содержит автогенератор на элементах DD1.1-DD1.3, счетчик на 6 (DD2) и дешифратор, реализованный на элементах DD1.4, DD1.5, DD3.1-DD3.2, DD4.1-DD4.3. После подачи напряжения питания микросхем импульсы автогенератора периодически переполняют счетчик DD2. Так как кнопка SB1 не нажата и цепь питания светодиодов HL1-HL7 разомкнута, ни один из них не светится. Момент нажатия на кнопку SB1 соответствует бросанию кубика. При этом колебания автогенератора DD1.1-DD1.3 срываются, и на выходе счетчика равновероятно формируется двоичный код чисел от 0 до 5. Этот код преобразуется дешифратором в соответствии с табл. 1.

Рис. 4. Электронный кубик:

a принципиальная схема; б расположение светодиодов на гранях кубика

Код на выходе счетчика

Код на выходе дешифратора

Светящиеся светодиоды

десятичный

двоичный

0

ООО

1110

HL1

1

001

1101

HL2, HL3

2

010

1100

HL1.HL2, HL3

3

011

1001

HL2, HL3, HL4, HL5

4

100

1000

HL1, HL2, HL3.HL4.HL5

5

101

0001

HL2,HL3,HL4,HL5,HL6,HL7

Кроме того, при нажатии на кнопку SB1 на аноды светодиодов подается напряжение питания, и на лицевой панели «электронного кубика» появляется один их шести рисунков, соответствующих рисунку на гранях кубика-прототипа.

Аппаратные затраты можно существенно уменьшить за счет реализации дешифратора с использованием постоянного запоминающего устройства. Схема этого варианта «электронного кубика» приведена на рис. 5. Принцип работы устройства аналогичен описанному выше.

Коды программирования ПЗУ приведены в табл. 2.

Таблица 2

Ад

рес

0

1

2

4

5

6

7

8

9

А

В

С

D

Е

F

0

FE

F9

F8

Е1

Е0

81

FF

FF

FF

FF

FF

FF

FF

FF

FF

FF

1

FF

FF

FF

FF

FF

FF

FF

FF

FF

FF

FF

FF

FF

FF

FF

FF

Рис 5. Принципиальная схема «Электронного кубика» с использованием ПЗУ

Повышенный интерес у начинающих радиолюбителей вызывают автоматы звуковых эффектов. На рис. ба изображена принципиальная схема двутональной сирены. Она обеспечивает поочередное звучание двух звуковых тонов. Схема содержит три автогенератора: задающий (ЗГ) на элементах DD1.1, DD1.2 на частоту примерно 1 Гц и два звуковых на элементах DD2.1, DD2.2 (f3Bi « 500Гц) и на элементах DD2.3, DD2.4 (f3B2~ 1кГц).

Рис. 6. Двутональная сирена:

а принципиальная схема; б временные диаграммы напряжений

Чтобы звуковые генераторы работали поочередно, управляющие импульсы на вход блокировки первого звукового генератора поданы непосредственно с выхода ЗГ, а на вход второго звукового генератора через инвертор. В этом случае, пока напряжение на выходе элемента DD1.2 имеет высокий уровень, разрешается работа первого звукового генератора на элементах

DD2.1, DD2.2. Второй звуковой генератор в это время заблокирован. Когда же на выходе элемента DD1.2 присутствует низкий уровень, разрешается работа автогенератора, собранного на элементах DD2.3, DD2.4. Импульсы с выходов звуковых генераторов через элемент DD1.4, выполняющий операцию логического сложения, подаются на усилитель звуковой частоты VT1, нагрузкой которого служит динамическая головка ВА1. Таким образом, в динамике поочередно воспроизводятся два тона с частотами 500 Гц и 1 кГц. Время звучания каждого тона около 0,5 с. Временные диаграммы напряжений на элементах схемы приведены на рис. 66.

Рассмотрим автомат управления лестничным освещением многоэтажного дома. Известно, что в ночное время на освещение подъездов многоэтажных домов тратится большое количество электроэнергии. Чтобы избежать ненужных затрат, можно включать освещение только в том случае, когда в подъезде есть люди, идущие либо из квартиры в квартиру, либо из квартиры на улицу, либо с улицы в квартиру. Пусть в пятиэтажном доме лестничная клетка освещается включенными параллельно лампами, расположенными на каждом из этажей. Кроме того, на каждом этаже установлены тумблеры SA1-SA5. Автомат должен обеспечивать включение и выключение освещения переключением любого из тумблеров (независимо от положения остальных). Предположим, все тумблеры установлены в нижнее положение, и свет на лестничной клетке не горит. В подъезд зашел жилец четвертого этажа. Он ставит в верхнее положение тумблер на первом этаже, и свет в подъезде загорается. Дойдя до своей квартиры на четвертом этаже, он переключает тумблер на этом этаже в верхнее положение, и свет в подъезде гаснет. В последующем на лестничную площадку выходит, например, жилец пятого этажа, который собирается выйти на улицу. Он изменяет положение тумблера на своем этаже на противоположное (в нашем конкретном примере в верхнее), свет должен зажечься. Дойдя до первого этажа, перед выходом из подъезда изменением положения тумблера на первом этаже жилец выключает свет в подъезде. Таким образом, при изменении положения тумблера на любом этаже состояние освещения также изменяется (либо включается, либо выключается). Зависимость уровня напряжения на выходе логического устройства от положения тумблеров SA1-SA5 иллюстрируется табл. 3.

В нижнем положении тумблера на вход микросхемы подается низкий, а в верхнем высокий уровень напряжения. Усилитель мощности, к выходу которого подключены осветительные лампы работает таким образом, что при низком уровне, напряжения на выходе логического устройства (У=0) он выключает освещение, а при высоком (У=1) включает.

Из табл. 3 видно, что при четном числе высоких уровней на входе логического устройства (0, 2, 4) на его выходе формируется низкий уровень, при нечетном числе высокий. Таким образом, логическое устройство представляет собой схему контроля четности и может быть реализовано по схеме, изображенной на рис. 7. На одном корпусе микросхемы К555ЛП5 можно выполнить автомат управления лестничным освещением пятиэтажного дома. Однако с незначительным увеличением аппаратных затрат «этажность» обслуживаемого дома может быть увеличена (при двух корпусах можно управлять освещением девятиэтажного дома).

Положение тумблеров

Y

Положение тумблеров

Y

SA5

SA4

SA3

SA2

SA1

SA5

SA4

SA3

SA2

SA1

0

0

0

0

0

0

1

0

0

0

0

1

0

0

0

0

1

1

1

0

0

0

1

0

0

0

0

1

0

1

1

0

0

1

0

0

0

0

0

1

1

0

1

0

0

1

1

1

0

0

1

0

0

1

1

0

1

0

0

0

0

0

1

0

1

0

1

0

1

0

1

1

0

0

1

1

0

0

1

0

1

1

а

1

0

0

1

1

1

1

1

0

1

1

1

0

0

1

0

0

0

1

1

1

0

0

0

0

0

1

0

0

1

0

1

1

0

0

1

1

0

1

0

1

0

0

1

1

0

1

0

1

0

1

0

1

1

1

1

1

0

1

1

0

0

1

1

0

0

0

1

1

1

♦ 0

0

1

0

1

Λ

0

1

1

1

1

1

0

1

0

0

1

1

1

0

1

1

1

1

1

0

0

0

1

1

1

1

0

1

1

1

1

1

1

Рис. 7. Принципиальная схема автомата управления лестничным освещением

Источник: Фромберг Э. М., Конструкции на элементах цифровой техники. М.: Горячая линия-Телеком, 2002. 264 с.: ил. (Массовая радиобиблиотека; Вып. 1249).

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты