Elektronikus dobókocka I. Feladat: egy olyan készülék elkészítése, amely a különféle játékokban használatos dobókockát helyettesíti.
II. Gyakorlati megvalósítása: Az elektronikus dobókocka szerkezetileg 3 fő részre bontható (bontottam): 1.,Oszcillátor Periodikus, elektromos rezgéseket előállító áramköröket oszcillátoroknak vagy rezgéskeltőknek nevezik. A működés lényegét tekintve, olyan áramköröknek tekinthetők, amelyek egyenfeszültséget (a tápfeszültséget) időfüggő, azaz adott frekvenciájú jellé alakítanak át. Szinuszos rezgések előállítására szolgáló áramkör, és mindig egy erősítő áramkörből, egy visszacsatolásból és egy frekvenciafüggő tagból áll. Az erősítő visszacsatolással működik, azaz a kimeneti feszültség egy része fázishelyesen a bemenetre kerül vissza. A fázishelyességen azt értjük, hogy a bemeneti és a kimeneti feszültség között nincs fáziseltolás. A tápfeszültség kapcsolása után az áramkör rezgésbe jön, ha az úgynevezett berezgési feltétel teljesül. A berezgés létrehozásához a kimeneten mindig keletkező zaj egy részét a bemenetre vezetjük vissza. Csak a kívánt frekvenciájú zajkomponenst erősítjük fel. Az így kapott kimeneti feszültség egy részét újból visszaadjuk a bemenetre és így tovább. Oszcillátorok alapkapcsolásai:
2., Számláló A számlálás általában értékek vagy mennyiségek folyamatos összeadását és tárolását jelenti. Minden egyes lépésben hozzáadunk egy bizonyos értéket a meglévő összeghez, és most már az új összeget tároljuk.
-1-
Aszinkron számlálók Csak az első tárolót vezérli az ütemimpulzus, a második és a többi tároló mindig az előző tárolótól kapja az ütemjelet, azaz megvárja, amíg a sorban előtte lévő utasítja a továbbszámlálásra. Ennek az elrendezésnek a hátránya az, hogy az egyes tárolók késleltetési idői összeadódnak, tehát minél nagyobb a számláló, annál kisebb a megengedhető számlálási frekvencia. Az aszinkron számláló azért előnyös, mert egyszerű a felépítése. Csak egytípusú IC-k kellenek hozzá, és ezek között is kevés az összekötés. 3., Kijelző A dobókocka számainak megjelenítésére egy hexadecimális kijelzőt használtam (ez a megoldás tűnt egyszerűbbnek, de viszont drágább). Egy másik megoldás, hogy LED-ek jelzik a „dobott” értéket. Ebben az esetben a hét LED a dobókocka pontjainak megfelelően helyezkedik el és az aktuális értéknél a LEDek világítanak (1-es dobásnál: a középső LED, 2-es dobásnál: a két szemközti sarokban lévő LED, 3-asnál: átlósan, 4-esnél a négy sarokban lévő, 5-ösnél: a középső és a négy sarokban lévő, míg a 6-os dobás esetén a két szélső három LED világít). Játék közben a „dobó”kocka mindaddig gyorsan változtatja a kijelzett értéket, amíg egy kapcsolót (SW1) lenyomva tartunk. Amikor a kapcsolót elengedjük, akkor az aktuális érték jelenik meg.
III. Az áramkör elemei és működésük: Oszcillátor: - feszültségvezérelt oszcillátor és fáziskomparátor (PLL áramkör): CD 4046 (CMOS IC) Funkció kompatibilis TTL: 744046. 1. PCP OUT 2. PC1 OUT 3. COMP IN 4. VCO OUT 5. INH 6. C1 A 7. C1 B 8. GND „-”
9. VCO IN 10. DEM OUT 11. R1 12. R2 13. PC2 OUT 14. SIG IN 15. PC3 OUT 16. Vcc „+”
VCO: feszültségvezérelt oszcillátor PCP: fázis komparátor impulzus kimenet PCn: fázis komparátor kimenet COMP: fázis komparátor bemenet SIG: szignál jel Feladata: az előre beállított frekvenciának megfelelő négyszögjel generálása. Ezt a jelet használjuk fel a számláló bemenő jelének.
-2-
Ellenállás és kondenzátor segítségével lehet a frekvenciát, rezgőkört beállítani. Számlálok: - számláló IC : IC 74LS92 típusú bináris számláló (TTL IC)
Feladata: 0-tól 5-ig való számlálás. A bemenetére (14-es láb: CA) kerülő órajel hatására elkezd számlálni, és a szám, 2-es számrendszerben megjelenik a kimeneteken QA, QB, QC (12, 11, 9-es lábakon). Ezeket a jeleket majd az összeadó aritmetikai egységbe vezetjük. Kijelző: - hexadecimális display: TIL311 Ez egy olyan kijelző, melynek bemenete bináris adatokat fogad és hexadecimálisakat jelenít meg. Magában foglalja a meghajtót, így azt nem kell külön az áramkörbe bekapcsolni. Az elektronikus dobókocka „dobott” számainak megjelenítésénél jelentkezett egy probléma, hiszen a dobható számok: 1, 2, 3, 4, 5, 6. Azonban a számlálótól érkező jelek sorra kettes számrendszerben: 0000, 0001, 0010, 0011, 0100, 0101. Így a kijelzőn a megjelenített számok értékileg egyel balra tolódtak: 0, 1, 2, 3, 4, 5. Ennek a problémának
-3-
a kiküszöbölésére egy összeadó aritmetikai egységet kellett a számláló és a kijelző közé illeszteni, mely a számlálótól jövő jelekhez rendre 1-et hozzáad. Aritmetikai egység: - összeadó aritmetikai egység, 4bit: SN7483AN. Feladata az áramkörben: a számlálótól jövő jelekhez rendre 1-et hozzáad. Így a helyes, dobható számok jelenek meg a kijelzőn.
IV. Összefoglalva az elektronikus dobókocka működését: A nyomógomb megnyomásával az oszcillátor négyszögjeleket generál és ezek a jelek a számlálót működtetik (amely 0-tól 5-ig számol). A számlálótól jövő jeleket előbb egy összeadó aritmetikai egységbe kell vezetni, hisz a számláló 0-tól kezd el számlálni, és a dobókockával nem lehet 0-s számot dobni. Ez az IC a számlálótól jövő jelhez mindig 1-et hozzáad, így 0-ból 1 lesz, 1-ből 2-tő, és így tovább. A helyes jeleket (még mindig 2-es számrendszerben) a kijelző bemeneteire vezetve a kijelzővel egybeépített meghajtó hexadecimális számmá alakítva megjeleníti. A nyomógomb nyomva tartása alatt a kijelzőn a számok folyamatosan megjelennek (periódikusan ismétlődnek), és ha a gombot elengedjük, akkor egyre lassabban „ugrik” az egyik szám a másikra, majd végül egy számon megáll. Tápellátás: 5V 4.5V-os elemről is működik, csak hosszú ideig való működtetés esetén, mivel az elem merül az IC-k egyre kevesebb áramot kapnak, és megbízhatatlanok lesznek, nem megfelelően működnek, olyan számok is megjelenek, amelyeknek elvileg nem szabadna. Mint látható, egy CMOS-os és kettő TTL IC található az áramkörben. Ez a párosítás nem szerencsés, jobb lenne, ha minden elem TTL vagy CMOS-os lenne. Nálam azért lett az oszcillátor CMOS-os, mert kezdetben ilyen IC-kel dolgoztam és ez bevált, így hagytam, de ki lehet cserélni 74123-as IC-re és így nem kell jelillesztést végezni (amit elvileg kellene a MOS-os és TTL-es IC között)
V. Kapcsolási rajz:
-4-
4046: oszcillátor (CMOS) 7492: bináris számláló (TTL) 7483: összeadó aritmetikai egység (TTL) TIL311: hexadecimális kijelző SW1: nyomógomb
-5-
