Komponenty Abychom se vyhnuli chybám v zapojení a disfunkci obvodů, je třeba znát základní funkce používaných součástek. V této části se dozvíte vše o základních vlastnostech, funkci a použití elektronických součástek používaných v experimentální sadě. Baterie
Naučná stavebnice Elektronické hry
Každý elektronický obvod pro svou funkci vyžaduje zdroj napájení. Pro všechny experimenty uvedené v tomto návodu je používána běžná 9 V baterie (není součástí dodávky). Baterie má dva připojovací kontakty, kladný „+“ pól (menší svorka) a záporný „–“ pól (větší svorka). Součástí sady je kontaktní svorkovnice pro připojení baterie k IC destičce. Vodič s černou izolací je určen k vedení záporného pólu, červený vodič pro připojení kladného pólu.
Obj. č. 19 22 82
Vážený zákazníku, děkujeme Vám za Vaši důvěru a za nákup elektronické naučené stavebnice. Tento návod k obsluze je součástí výrobku. Obsahuje důležité pokyny k uvedení výrobku do provozu a k jeho obsluze. Jestliže výrobek předáte jiným osobám, dbejte na to, abyste jim odevzdali i tento návod k obsluze.
Základní deska Destička je určena pro vytvoření variabilních obvodů. Komponenty a vodiče se do destičky jednoduše vkládají bez nutnosti pájení. Destička má pro vytvoření požadovaného spojení určité části vzájemně vodivě propojeny, tak jak je znázorněno na následujícím schématu.
Ponechejte si tento návod, abyste si jej mohli znovu kdykoliv přečíst!
Elektronické součástky jsou základem různých elektronických přístrojů. Elektronické komponenty zpracovávají digitální operace, logické funkce a výpočty. Obecně je známo, že žádný počítač se neobejde bez hardwarové výbavy. Ta je tvořena z velmi složitých elektronických součástek. Málokdo však už ví, jak tyto součástky přesně fungují. V této experimentální sadě se dozvíte více o tom, jak funguje elektronika, v jakých obvodech se využívá a jaké funkce může plnit. Názorně se dozvíte jak díky elektronickým komponentům sestavit různé hry. V první části se seznámíte s jednotlivými komponenty a jejich funkcí. V té další se na elektronických hrách naučíte přímou aplikaci těchto součástek. Dále bude vysvětlena funkce jednoduchého digitálního generátoru, který se využívá v integrovaných obvodech (IC). Zároveň bude vysvětlena funkce tranzistorů, rezistorů a kondenzátorů v jednotlivých obvodech. Při experimentování zjistíte, že se nejedná o žádná kouzla, avšak o jednoduché logické zapojení. Jednotlivé pokusy je možné provádět velmi snadno na experimentální desce. Zároveň můžete sestavit svoje vlastní obvody a rozvíjet vlastní inovaci.
Rezistor (Odpor) Rezistor omezuje průchod elektrického proudu a umožňuje tak elektronický obvod velmi přesně nastavit. Rezistory se nejčastěji používají pro omezení proudu u svítivých diod (LED). Bez jejich použití hrozí přetížení LED a jejich průraz, jež vede k nevratnému poškození. Hodnoty rezistorů se udávají v jednotkách Ohm (Ω).
Tlačítka Rezistory se vyrábějí s různými parametry: od 1 Ω až 10 MΩ vždy s určitou tolerancí přesnosti. Hodnoty rezistorů lze zjistit díky barevnému kódu (barevné kroužky) umístěnému na každém rezistoru.
Prostřednictvím tlačítek dochází ke komunikaci mezi uživatelem a obvodem. Tlačítka mají vždy nejméně dva vývody, které jsou propojované a umožňují tak průchod proudu při stisknutí. Tlačítka v experimentální sadě mají celkem 4 vývody, 2 z nich jsou přitom vzájemně propojeny. Spínací kontakt je mezi vývody. Tlačítko lze pomocí vývodů připojit k desce. Tlačítka se dvěma vývody je méně stabilní a při použití se může na destičce postupně uvolnit. Velkou nevýhodou takových tlačítek je také jejich mechanický odskok. Sepnutí a rozepnutí pružného kontaktu je možné provést mnohonásobně rychleji než u jiných spínačů. Proto ale občas dochází k jisté prodlevě mezi stisknutím a reakci obvodu. Zpoždění může někdy trvat i několik milisekund. Vzhledem k tomu, že IC obvody rozpoznávají vysoko frekvenční signálové změny, může mnohdy nastat i chybová situace. Například pokud je pro funkci obvodu nezbytný přesný počet stisků tlačítka, mohou vlastnosti tlačítka způsobit započtení jednoho stisku jako vícenásobného stisknutí. Negativní efekt může být eliminován pomocí RC ovládání (dálkové řízení prostřednictvím počítačového software).
V experimentální sadě jsou k dispozici rezistory s tolerancí +/- 5 % a mají celkem 4 proužky. Rezistory s nižší tolerancí mají proužků méně. První dva proužky představují první dvě číslice hodnoty rezistoru. Třetí proužek udává násobek číselné hodnoty. Čtvrtý proužek pak udává toleranci. Rezistor o hodnotě 1,5 kΩ tak má hodnotu 1,425 až 1,575 kΩ v rámci udávané tolerance. Není možné pořídit rezistor například o hodnotě 1,412 kΩ. Hodnoty rezistorů vycházejí spíše z jejich propočtů a násobků. Na výběr je proto pouze standartní řada E6, E12, E24, E48, E96). Následující tabulka zobrazuje hodnoty rezistorů řady E24. LED (Light Emitting Diode – světlo emitující dioda) Tato dioda je polovodičový prvek, který dokáže vydávat světlo při průchodu proudu. Použití a ovládání LED je velmi jednoduché a možné prostřednictvím CMOS-IC výstupu při velmi malé spotřebě. Standartní řada E24 má celkem 24 stupňujících se hodnot. Udávaná hodnota musí být násobkem 10. Katalogové hodnoty rezistorů jsou potom 36 Ω, 360 Ω 3,6 kΩ 36 kΩ atd. V případě potřeby hodnoty 1,412 kΩ je tak zapotřebí zvolit mezi rezistory o hodnotě 1,3 kΩ nebo 1,5 kΩ. Elektrolytický kondenzátor Elektrolytický kondenzátor (elyt) je součástka, která je schopna pojmou a uchovat elektrický náboj o určité velikosti. Hlavním ukazatelem pak je jeho kapacita, tedy hodnota, která udává velikost uchovávaného náboje. Kondenzátor se skládá ze dvou polarizovaných elektrod, které jsou ve formě velmi tenké, většinou hliníkové desky. Obě elektrody jsou od sebe odděleny nevodivým materiálem (dieelktrikum). Pro kapacitu kondenzátoru je pak určující velikost desek a jejich vzájemná vzdálenost. Při zapojování elektrolytického kondenzátoru je potřeba dodržet správnou polaritu. V opačném případě dojde k vzájemnému průrazu desek a k nevratnému poškození kondenzátoru. Na elytech je záporná elektroda označena většinou bílým pruhem se znaménkem „-“.
Při zapojování LED je nezbytné dodržet správnou polaritu připojeného zdroje. Elektrody LED jsou označovány jako A (anoda) a K (katoda), která je o něco kratší. Po aplikaci LED do obvodů však dochází ke zkrácení obou vývodů a tím se i ztrácí viditelný rozdíl mezi oběma elektrodami. Dalším rozlišovacím rysem na pouzdře LED je plochá část na jedné straně a oválná na opačné straně. Plochá část diody je na straně katody. Pakliže se podíváte na diodu přes světlo, uvidíte uvnitř 2 rozdílné části. Delší část je vždy katoda. Při zapojení LED je nezbytné předřadit rezistor, který omezí průtok proudu diodou. Tranzistor Tranzistor je elektronická součástka, kterou obsahuje téměř každý elektronický obvod. Tranzistory se vyrábějí s několika základními parametry, například tranzistory s různou odolností proti průrazu ze strany vyššího napětí, s rozdílnou konstrukcí a spínací frekvencí. V sadě jsou obsaženy bipolární tranzistory s přechodem NPN typ BC547. Jedná se o tranzistor, který se uvádí do provozu (spíná) pouze nízkými hodnotami proudu. Jednotlivé elektrody tranzistoru jsou označeny B – báze, E – emitor a C – kolektor.
Binární čítač 40193 Základní funkce tranzistoru spočívá v tom, že součástka dokáže vstupní proud IB propustit a zesílit jej prostřednictvím kolektoru na vyšší proud IC. Proudové zesílení je pak v rozmezí 200 – 450. To znamená, že základní vstupní proud o hodnotě 1 mA bude na kolektorovém výstupu zesílen na hodnotu 200 – 450 mA. Maximální proud přivedený do tranzistoru však nesmí překročit 100 mA. V opačném případě dojde k nevratnému zničení (proražení) tranzistoru. Proud vedený tranzistorem proto musí být omezen použitím předřadného rezistoru, popřípadě odporem připojené zátěže. Integrované obvody (IC) Součástí sady je IC CMOS řady 40XX, který zahrnuje všechny logické funkce, čítače a různé speciální funkce. Tato součástka zajišťuje funkci mnoha složitých digitálních obvodů. Provozní napětí této řady je v rozmezí 3 – 15 V na rozdíl od generace TTL-IC 74xx, kde je dáno přesné provozní napětí 5 V. IC obsažený v sadě tak je možné napájet z běžné 9 V baterie bez potřeby dalších úprav.
Binární čítač provádí součet interně uložených dat čtením nahoru nebo dolů o 1 úroveň v každém cyklu. Zaleží však na tom, zda je cyklus navázán na pin CPU (součet) nebo CPD (odpočet). Vstupy D0, D1, D2 a D3 mohou být použity jako pulz pro zahájení operace. Tato výchozí hodnota se předpokládá, jakmile pin PL zaznamená přechod z vysoké úrovně na nízkou. Jestliže je D0 = 1, D1 = 0, D2 = 1 a D3 = 0, čítač je nastaven na 5. Reset čítače se provádí prostřednictvím pinu MR (vynulování čítače), bez ohledu na stav pinů D0 na D3. Proces čítače je prováděn výstupy Q0 až Q3. Q0 představuje hodnotu 1, Q1 = 2, Q2 = 4 a Q3 = 8. Při čísle 10 mají výstupy Q1 a Q3 vysokou úroveň (8 + 2 = 10). Q0 a Q2 mají v tu chvíli nízkou úroveň.
Dodávaný IC má kontakty mírně ohnuté směrem od středu a proto je nelze bez dalších úprav vložit do základní desky. Kontakty proto velmi pečlivě ohněte a upravte tak, aby dokonale zapadly do mřížky desky bez použití větší síly. Pro vyjmutí IC z desky použijte malý šroubovák, aby se zabránilo ohnutí kontaktu.
Hradlo NAND Gate 4093 Tento IC má několik kontaktů, které se následně propojují. Při zapojování dbejte zejména na to, aby nedošlo k propojení výstupů a tím i ke zkratování obvodu. V případě, že výstup má nízkou úroveň napětí (0 V) a jiný výstup opačnou úroveň (9 V), vysoký proud, vedený mezi nimi může způsobit zničení součástky. Vzájemné propojení vstupů (pin) nezpůsobí žádné komplikace, vzhledem k tomu, že vstupy mají vysokou impedanci. Kontakty IC mají přesné pořadí, první je většinou označen číslicí 1 a navíc tečkou a další kontakty jsou v pořadí proti směru hodinových ručiček. Mezi prvním a posledním kontaktem je navíc viditelná drážka. Zarovnání této drážky směrem vlevo povede k tomu, že kontakt 1 je vlevo dole. Následně je pak i možné přečtení údajů na součástce. Hradlo NAND vyžaduje připojení zdroje napájení. Kontakty pro připojení zdroje jsou obvykle dva šikmo protilehlé kontakty (u řady 40xx). Na kontakt ve spodní řadě vpravo připojte negativní pól (GND / 0 V). V horní řadě vlevo je kontakt pro připojení kladného pólu V+ (+ 9 V). V případě typu 4093 se negativní pól připojuje k pinu 7 a kladný pól k pinu 14.
Na rozdíl od NAND 4093 má čítač 16 pinů. Kladný pól zdroje musí být připojen na pin 16 a záporný pól na pin 8. Nevyužité vstupy u integrovaných obvodů mohou být využity pro přesně definovanou úroveň. Pokud však jsou vstupy otevřené, může velmi snadno dojít k narušení funkce celého obvodu jinými, okolními zdroji. Úplný technický popis IC je možné získat na webu výrobce.
Experimenty Při samotném sestavování obvodu a vkládání součástek nepřipojujte zdroj napájení. Předejdete tím zkratu. Baterii k obvodu připojte až po úplném zapojení všech komponentů a kontrole správnosti zapojení. Obzvlášť opatrně si počínejte při vkládání rezistorů, jejich vývody jsou velmi tenké. U všech experimentů je nejprve představeno schéma zapojení a poté následuje vysvětlení funkce obvodu. Hodnoty rezistorů, kondenzátorů a LED je možné vyčíst přímo ve schématu. Například rezistor R1 má hodnotu 820 kΩ. Příprava Před samotným zapojením obvodu je nezbytná určitá příprava. Zapotřebí bude zkrátit vývody některých součástek. Obvody budou vyžadovat následující délky vývodů: 11 x 30 mm, 7 x 50 mm, 5 x 70 mm Používané vodiče musí mít na svých koncích odstraněnou izolaci v délce 7 – 8 mm. Použijte proto kleště pro odstranění izolace 0,6 mm nebo vhodný nůž.
Hradlo NAND je hradlo AND avšak s invertovaným výstupem. To znamená, že na výstupu je vždy vyšší úroveň než u všech vstupů. Výstup se přepíná na nízkou úroveň pouze v případě, že je na vstupech vyšší úroveň. Uvedená logická funkce je znázorněna v následující pravdivostní tabulce. Vstup 1
Vstup 2
Výstup
0
0
1
0
1
1
1
0
1
1
1
0
Hra „Hot Wires“ (žhavé dráty) Jedná se o velmi populární hru pro jednoho hráče. Zapotřebí je kus drátu, baterie a žárovka nebo bzučák, v tomto případě LED s předřadným rezistorem. Účelem hry je pomocí očka sledovat ohyby drátu, aniž by došlo k vzájemnému dotyku drátu a očka. V případě, že dojde k vzájemnému kontaktu, rozsvítí se LED a hráč musí začít od začátku. Vyhrává ten, kdo nejrychleji dosáhne konce drátěné dráhy bez dotyku.
Hra „Hot Wires“ (s paměťovou funkcí) Původní hra je v tomto případě rozšířena o další funkci. V případě, že se hráč dotkne dráhy pouze krátce a hájí se tím, že k dotyku nedošlo (LED se přitom rozsvítila jen velmi krátce), je možné předejít těmto spekulacím pomocí speciální funkce obvodu. Pro ověření, zda došlo k dotyku či nikoliv, je obvod rozšířen o paměťovou funkci. Při kontaktu očka v dráze již LED nezhasne a bude trvale svítit. Tuto funkci lze deaktivovat pouze po stisknutí tlačítka.
Na obrázku je znázorněno schéma zapojení. Sada obsahuje vodiče, jejichž izolaci je pro experiment nutné odstranit. Izolaci ponechte pouze na koncích vodiče. Holý vodič zapojte oběma konci do desky a vytvořte libovolné ohyby. Pro vytvoření očka použijte drát v délce přibližně 25 cm. Následně 7 mm na jednom konci odizolujte. Odizolovaný konec bude později připojen do desky. Opačný konec odizolujte v délce asi 4 cm a vytvořte na něm očko o průměru přibližně 1 cm. Hotové části obvodu připojte do základní desky. Na závěr k obvodu připojte baterii. Předtím však pečlivě ověřte správnost zapojení. Popis obvodu Vodič, který tvoří dráhu, sepne obvod po spojení s druhým vodičem (očko). Spojení vytvoří vodivou trasu pro napájení LED, která se tím rozsvítí. Nezapomeňte LED předřadit rezistor, aby nedošlo k jejímu zničení.
Obvod bude doplněn o jednu LED zelené barvy. Během hry trvale svítí zelená LED, která indikuje provoz obvodu a ukazuje, že mezi dráhou a očkem není žádný kontakt. Pokud po připojení zdroje dojde k trvalému rozsvícení červené LED, krátkým stiskem dojde k resetu obvodu a uvedení do původního stavu. Popis obvodu
Maximální hodnota napájecího napětí LED je vždy závislá na parametrech udávaných výrobcem v katalogovém listu. LED obsažené v experimentální sadě patří do standartní řady s provozním napětím 1 – 2 mA. Maximální napětí (Umax) v propustném směru je 2 V u žluté LED, Umax 2,1 V u červené LED a napětí 2,4 V u zelené LED. LED by měla být napájena proudem o hodnotě 2 mA. Uvedené parametry je možné využít při výpočtu předřadného rezistoru.
Rv – hodnota předřadného rezistoru [Ω] Ubatt – napětí zdroje [V] U-LED – provozní napětí LED [V] I-LED – provozní proud LED (2 mA = 0,002 A) [A] Vzhledem k tomu, že na trhu neexistuje rezistor o hodnotě 3450 Ω, je nezbytné použít rezistoru o nejbližší jmenovité hodnotě – v tomto případě 3,3 kΩ.
Obvod NAND Flipflop je realizován prostřednictvím dvou bran NAND (IC1A a IC1B). NAND Flipflop funguje jako RS Flipflop s invertovanými vstupy. Stav na výstupu může být přesto invertován díky nízké úrovni na vstupu. Rezistory R1 a R2 slouží pro aplikaci vysoké úrovně na vstupy. Pokud dojde ke kontaktu očka s dráhou, negativní pól je poté aplikován do pinu IC1A s odpovídající nízkou úrovní. Pro pochopení funkce klopného (Flipflop) obvodu je nezbytné předpokládat jeden stabilní stav. Pakliže svítí zelená LED a pin 4 má vysokou úroveň, potom pin 2 má shodnou úroveň. Pokud je pin 1 přiveden do nízké úrovně při kontaktu, pin 3 se sepne na opačnou úroveň funkce NAND. Stejný stav je aplikován na pin 5. Dokud nedojde ke stisknutí tlačítka, oba vstupy IC1B jsou otevřené na vysokou úroveň a výstupy na opačnou. V obvodu to způsobí zhasnutí LED (V2) a rozsvícení červené LED (V1). Pokud bylo tlačítko stisknuté a nedošlo k dotyku, spojení očka a dráhy, rozsvítí se zelená LED a zhasne červená LED. Pokud však dojde ke kontaktu dráhy a očka ve chvíli, kdy je stisknuto tlačítko, jedná se o nedefinovatelný stav u kterého se může stát, že obvod nebude reagovat žádným z uvedených způsobů.
Hra „Časovaná bomba“
Hra „Zkouška lásky“ Při této hře je možné ověřit, zda dva lidé mají stejné pocity a myšlenky. Dva hráči (partneři) se musí dotýkat dvou kontaktů a přitom myslet jeden na druhého. Pokud se rozsvítí zelená LED, došlo ke shodě a oba hráči mají na mysli svého partnera. V případě, že jeden z hráčů myslí na někoho jiného, dojde k tomu, že se zvýší vlhkost kůže v důsledku pocení a v té chvíli se rozsvítí žlutá LED.
Hra je určena pro 2 a více hráčů. Úkolem je stisknout tlačítko ve velmi krátkém časovém úseku. Hlavní zbraní je bomba, jejíž výbuch v určitém čase přestavuje rozsvícení LED. Hráč, který v okamžiku výbuchu drží vývody obvodu, prohrává a ve hře končí. Hra pokračuje dále, dokud nedojde k jedinému vítězi.
Popis obvodu
Popis obvodu Stav povrchu kůže a její vlhkost ovlivňuje funkci dvou tranzistorů. V případě, že má hráč vyšší vlhkost kůže, tím více propouští proud a tím nižší je odpor na elektrodách C, E tranzistoru. V případě, že poklesne odpor tranzistoru, zvýší se vodivost a průchod proudu, který rozsvítí LED. Maximální proud procházející LED je omezen díky rezistorům R1 a R2. Pakliže je vlhkost kůže obou hráčů shodná, jsou tranzistory řízeny stejným napětím na stejné trase elektrod C – E. Tento stav způsobí to, že obě LED (V1 a V2) zůstávají zhasnuté. Vzhledem k tomu, že zelená LED je spínána mezi elektrodou E a negativním pólem, rozsvítí se v tom okamžiku, kdy se tranzistor stane znovu vodivým.
Obvod R, C sestává z rezistoru R1 a kondenzátoru C1 a vykazuje poměrně vysokou časovou konstantu. Trvá přibližně 100 – 130 sekund do doby, než dojde k sepnutí prahové hodnoty IC1A.
Hra začíná stisknutím tlačítka. Vybíjení kondenzátoru probíhá velmi rychle a s jeho konečným vybitím klesne napětí na vstupech hradla NAND na 0 V. Vzhledem k tomu, že jsou k hradlu připojeny vstupy, plní obvod funkci invertoru. Po uvolnění tlačítka se spustí nabíjení kondenzátoru C1 skrze rezistor R1 a napětí na něm vzroste. V jednom okamžiku dojde k dosažení prahové hodnoty NAND (IC1A) a výstupní úroveň u brány A se přepne do opačného stavu. Inverze IC1B způsobí přepnutí do vysoké úrovně u R2. Transistor T1 v té chvíli propouští proud a LED V1 se rozsvítí. Pro ověření funkce obvodu odstraňte kondenzátor C1. Po odstranění kondezátoru se LED rozsvítí.
Pravidelné cykly procházejí předřadným rezistorem R4 do elektrody B u tranzistoru T2. Tranzistor T1 je ovládán invertovaným cyklem prostřednictvím brány IC1C. Pokud nedojde ke stisknutí tlačítka, není do LED přiváděno žádné napětí a dioda tak nesvítí. Je-li tlačítko stisknuté v době, kdy svítí žlutá LED, tranzistor T2 je vodivý a rozsvítí se zelená LED. Stisknutí tlačítka v době, kdy je žlutá LED zhasnutá způsobí, že tranzistor T1 je průchozí prostřednictvím invertoru IC1C a rozsvítí se červená LED. Tranzistor T2 je v té chvíli uzavřený a tím se rozsvítí zelená LED. Přidržením tlačítka dojde ke střídavému rozsvěcování zelené a červené LED.
Hra „Trénink rytmu“
Hra „Hazard“
Při této hře dochází k zdokonalení pravidelného reflexu stisknutím tlačítka ve správnou dobu. Při hře je nezbytné stisknout tlačítko pokaždé, když se rozsvítí žlutá LED. Pokud dojde k včasnému stisknutí, rozsvítí se zelená LED. Pakliže dojde ke stisknutí tlačítka mimo dobu, po kterou se rozsvítí žlutá LED, rozsvítí se červená LED, což indikuje, že hráč tlačítko stisknul v nesprávnou dobu.
Pravidla hry jsou velmi jednoduchá. Tlačítko je potřeba stisknout vždy ve správnou chvíli. LED se totiž rozsvěcuje velmi nepravidelně. Po stisknutí tlačítka dojde k přepnutí „tahu“ dalšího hráče, který pokouší štěstí. Hráč, který dokáže LED rozsvítit, se stává vítězem.
Popis obvodu Princip obvodu spočívá v přepínání mezi oběma stavy každých 7 – 8 sekund. Dojde-li ke stisknutí tlačítka přesně na rozhraní obou stavů, LED se rozsvítí. Popis obvodu Obvod tvoří IC1A (NAND je zde invertor), R1 a C1. Jedná se o velmi jednoduchý generátor pulzů, který se přenáší do tlačítka. Po přivedení napětí je kondenzátor ještě stále vybitý a nízká úroveň se aplikuje do 2 vstupů (pin 1 a 2). Inverze funkce způsobí změnu na výstupu (pin 3) a to přechod na vysokou úroveň. V tomto stavu dochází k nabíjení kondenzátoru C1 (přes R1) a napětí se tak na obou vstupech zvyšuje. Po dosažení prahové úrovně pak invertor rozpozná vysokou úroveň a přepne do opačného stavu. V té chvíli dochází k vybíjení C1 do doby, než je na vstupu rozpoznána nízká úroveň a dojde znovu k přepnutí. Tento proces probíhá v pravidelných cyklech a projevuje se u LED V1.
Rezistor R1 a kondenzátor C1 generují relativně dlouhou časovou konstantu. Pokud je dosaženo u IC1A prahové hodnoty, výstup (pin 3) se přepne na nízkou úroveň a dojde k jeho inverzi prostřednictvím IC1B. Opačná úroveň na pinu 4 způsobí propustnost u tranzistoru T1 a rychlejší vybíjení kondenzátoru C1 (hodnota R2 je pouze 10k Ω). Pokud je stisknuto tlačítko během aplikace vysoké úrovně do pinu 9 u IC1C, výstup (pin 10) má opačnou úroveň invertovanou IC1D. Tím dochází k rozsvícení LED.
Hra „Hrací kostka“ Tato známá hra je určena pro jednoho hráče. Ve hře se místo čísel na kostce využívá rozsvěcování 3 LED. Vzhledem k počtu LED nelze zobrazit číslo 6, ale pouze binární číslo, jehož hodnota je uvedena v následující tabulce. LED V3 (žlutá) představuje hodnotu 1, LED V2 (zelená) hodnotu 2 a LED V1 (červená) hodnotu 4. První sloupec v tabulce udává hodnotu hozeného čísla na kostce a „X“ LED, která se rozsvítí. Hodnota
V1 (červená) = 4
V2 (zelená) = 2
1
V3 (žlutá) = 1 X
2
X
3
X
4
X
5
X
6
X
X
X X
Příklad: Pro hodnotu 5 bude svítit LED V1 a V3. Jedná se o součet 4 + 1 = 5. Po stisknutí tlačítka dochází k rychlé změně stavu u každé LED a tím se stává nemožné předem určit výsledný stav. Po uvolnění tlačítka dojde k ustálení stavu, při kterém je následné možné odečíst hozenou hodnotu „na kostce“. Obvod je nastaven tak, aby nebylo možné předem rozpoznat konečný stav jednotlivých LED. Pokud by však některý hráč přesto zaznamenal systém jednotlivých cyklů, je možné obvod ještě více urychlit. Z toho důvodu je nezbytné snížit hodnotu rezistoru R1 výměnou za rezistor 10 kΩ. Úprava obvodu znamená 10. násobné urychlení změn jednotlivých stavů LED.
Hra „Flaška“ Pravidla hry spočívají ve výběru jiného hráče principem „otáčení“ pomyslné lahve. Náhodně vybraný hráč pak musí plnit předem stanovené úkoly. Výběr hráče se provádí prostřednictvím vybrané LED. Před započetím hry si každý hráč zvolí svou barvu LED. Hra začíná stisknutím a přidržením tlačítka po dobu 1 – 5 sekund. Po uvolnění tlačítka zůstane svítit jedna LED určité barvy. Hráč, jehož barva se rozsvítí, musí splnit zadaný úkol.
Popis obvodu Spínacích cyklů je v obvodu dosaženo prostřednictvím hradla NAND IC1A. Rezistor a kondenzátor ovlivňují rychlost jednotlivých cyklů. Cyklus je aplikován do binárního čítače IC2 stisknutím tlačítka. Pokud nedojde ke stisknutí tlačítka, vstupní cyklus (CPU) je připojen k negativnímu pólu GND přes rezistor R2. V případě, že je binární čítač provozován bez dalšího pulzu, mohou být „hozeny“ čísla mezi 0 a 15, ve skutečnosti však pouze mezi 0 a 7, vzhledem k tomu, že ani jedna LED není připojena k výstupu Q3. Správné hodnoty jsou však pouze 1 – 6. Vstupy D0 a D3 jsou připojeny k GND (nízká úroveň). Paměť čítače je resetována na hodnotu 1, je-li pin PL (11) přepnutý do nízké úrovně. Tento stav přichází po hodnotě 6, vzhledem k tomu, že další hodnota 7 je nežádoucí. Reset na hodnotu 1 přichází s číslem 7, poté dochází u všech výstupů (Q0 – Q3) k přepnutí na vysokou úroveň. Celkem 3 NAND brány se přepínají do konečného stavu se třemi výstupy. Pakliže je na vstupech vysoká úroveň, opačná úroveň zajistí výstupní výsledek u IC1D (pin 11). Nízká úroveň tak resetuje čítač na hodnotu 1. Reset je tak rychlý, že hodnota 7 (při vysoké úrovni), není vizuálně patrná.
Tento obvod je nastaven pro 3 hráče. Použít jej však lze i pro 2 hráče. Při použití obvodu pro více hráčů, je nutné předem každému vybrat kombinaci rozsvícených LED (princip hrací kostky).
Popis obvodu
Popis obvodu Jako v případě předchozí hry, plní IC1A, R1 a C1 v obvodu funkci cyklického generátoru pro řízení čítače. Cyklus je spouštěn stisknutím tlačítka. V závěru zůstane vždy svítit alespoň 1 LED. Stav čítače je v té chvíli 1 (vstupní pin D0 – D3) a nízká úroveň je aplikována do pinu PL (11). Čítači není umožněna hodnota 0 a jeho reset nastane zaznamenáním čísla 3. Pro aplikaci „obíhajících“ světel je zapotřebí malého důvtipu. Alternativou v obvodu je použití decimálního čítače nebo přídavného binárně-decimálního čítače. Při dosažení čísla 4 se Q2 přepne na vyšší úroveň a dojde k resetu čítače na 1 a to prostřednictvím invertoru IC1D. Tím budou všechny 3 LED řízeny pomocí dvou výstupů (Q0 a Q1). Pokud jsou oba výstupy přepnuty na vysokou úroveň je výstup 3. LED V3 se rozsvítí prostřednictvím IC1B, zatímco výstup je přepnutý do nízké úrovně Vcc. Nízká úroveň u pinu 4 IC1B způsobí opačnou úroveň u dvou LED V1 a V2 skrze invertor IC1C. Pakliže výstupy Q0 a Q1 jsou přepnuty na vysokou úroveň, nemůže procházet proud žádnou LED. LED V1 a V2 mohou svítit pouze, pokud je jeden ze dvou výstupů Q0 nebo Q1 přepnuty na vysokou úroveň. Teprve poté je nízká úroveň aplikována do pinu 10 prostřednictvím IC1B a IC1C a tím i umožněn průchod proudu skrze jednu ze tří LED. Hra „Test postřehu“ Princip hry spočívá v co nejrychlejším stisknutí tlačítka v určeném čase. LED zobrazují uplynulý čas a čas do doby, kdy má hráč zareagovat. Hra má celkem 2 hlavní fáze. V první fázi hráč vyčkává. LED jsou přitom řízeny relativně pomalu. Stav čítače je zobrazován v binární formě prostřednictvím všech 3 LED (V3 = 1, V2 = 2, V1 = 4). Při přechodu z čísla 7 (svítí všechny LED) na číslo 0 (všechny LED jsou zhasnuté) nastává přechod do druhé fáze. Stav čítače je velmi rychle sečten a LED jsou následně řízeny mnohem rychleji. Stisknutím tlačítka dojde k ukončení součtu. Čím nižší je výsledné číslo, tím rychlejší je reakce a lepší výsledek pro hráče.
Celý obvod musí být stabilní. Nedojde-li ke stisknutí tlačítka, vygenerovaný cyklus IC1A skrze R2 a aplikován do čítače IC2 a čítač následný stav sečte. Po dosažení čísla 7 (Q0, Q1 a Q2 = vysoká úroveň) následuje 8, přitom pouze výstup Q3 poskytuje vysokou úroveň. Spínání probíhá prostřednictvím tranzistoru T1. Kondenzátor C2 je připojený ke GND. Díky kondenzátorům zapojeným paralelně dojde k vytvoření dlouhé časové konstanty během, které je součtový proces čítače celkem pomalý. Čítač počítá od 0 do 15, přitom jsou v obvodu zapojeny pouze 3 LED, což vytváří skutečný stav počítání od 0 do 7. Nejvyšší bitová hodnota (Q3) řídí tranzistor a mění tak časovou konstantu. Od čísla 8 a výše je obvod ve stavu první fáze, při které dochází k počítání do 15. Po dosažení čísla 15 se spustí nové odpočítávání znovu od 0. V tomto stavu, všechny výstupy (Q0 – Q3) mají nízkou úroveň a tranzistor T1 nepropouští proud. Pro časovou konstantu pak je rozhodující proces nabíjení a vybíjení kondenzátoru C1. V té fázi čítač spustí velmi rychlý odpočet a hráč může zastavit odpočet stisknutím tlačítka. Nedoje-li ke stisknutí tlačítka, nízká úroveň je i nadále aplikována na vstupní cyklus (CPU) a čítač přeruší součet. Po stisknutí tlačítka je možné odečíst výsledek hry.
Hra „Panna nebo orel?“ Jde o velmi známou hru, která může mít spoustu alternativ ve výběru symbolů. Pokaždé však jde o stejný výsledek – musí padnout rozhodnutí. Ve skutečné hře se vybere libovolná mince s dvěma různými stranami a vyhodí se. Při dopadu mince je okamžitě patrný výsledek. Elektronická hra funguje na shodném principu. V obvodu střídavě blikají dvě barevné LED. Stiskněte a přidržte tlačítko. Výsledkem je rozsvícení pouze jedné LED. Vítězí ten, jehož LED trvale svítí.
Při hodnotě 3, dochází rovněž k aplikaci vysoké úrovně do výstupů Q0 a Q1. Proto je vstupní pin PL (11) přepnutý na nízkou úroveň prostřednictvím hradla NAND. To způsobí přepsání interních dat čítače hodnotami vstupů D0 – D3. Dokud je vstup D0 přepnutý na vysokou úroveň a D1 – D3 na opačnou, dojde v čítači k nastavení hodnoty 1. Po dobu, kdy je stisknuté tlačítko, je vstupní cyklus připojen k GND a celý obvod tak proces nezahájí. Hra „Hádanka“ Při této hře musí hráči hádat určité číslo. Jeden hráč si vybere číslo od 1 do 7, které sdělí ostatním hráčům. Následně hráč musí stisknout a přidržet tlačítko po dobu 1. sekundy. Po uvolnění tlačítka dojde po chvíli k ustálení stavu LED a zobrazení hodnoty. Pokud byla vygenerována hodnota, kterou hráč předtím uvedl, získává bod. Stejným způsobem pokračují i další hráči. Hra je otázkou náhody a hráčského štěstí. Vítězí hráč, který dosáhl nejvyššího počtu bodů.
Popis obvodu Jedná se o obdobné zapojení jako v předchozím případě (IC1A, R1 a C1). Impedance rezistoru 3,3 kΩ a kapacita kondenzátoru 10 µF zajišťuje vysokou frekvenci cyklů pro rozsvěcování LED. Jejich střídavé rozsvěcování není téměř patrné. Po stisknutí tlačítka dojde k aplikaci cyklu do čítače IC na pinu 5 (CPU). Tím dochází k přepnutí stavu čítače. Účelem je, aby na závěr zůstala svítit pouze jedna LED, proto má čítač vymezenou hodnotu 0. Na všech výstupech je současně nízká úroveň. Stejně tak je vymezena hodnota 3 (došlo by k rozsvícení obou LED zároveň).
Popis obvodu Unikátnost tohoto obvodu tkví ve zvláštní funkci zpoždění čítače, ke kterému dochází po uvolnění tlačítka. Rychlost čtení dat čítače je dána generátorem cyklů prostřednictvím komponentům IC1A, R1 a C1. Generátor cyklů je připojen k binárnímu čítači pomocí sériového rezistoru R2. Tranzistor T1 je připojen k cyklickému vstupu a vede proud pouze v případě, že tlačítko není stisknuté. Proud dále prochází rezistory R3 a R4 do báze tranzistoru, který dále otevírá trasu kolektor – editor a generuje nízkou úroveň do CPU. V této fázi binární čítač dále nerozlišuje charakter pulzu a zastavuje sčítací proces.
Při stisknutí tlačítka dochází k velmi rychlému vybíjení kondenzátoru C2 a tím dochází přes R4 k připojení báze tranzistoru na GND. Tranzistor se tak stává nevodivým a mezi elektrodami C – E je vysoká impedance. Cyklus může být sepnutý s ohledem na stav čítače vzhledem k tomu, že už nevyžaduje nízkou úroveň. Po uvolnění tlačítka dochází přes rezistor R3 k rychlému nabíjení kondenzátoru C2. V určitém okamžiku je napětí na kondenzátoru dostatečně vysoké proto to, aby se tranzistor stal vodivým. Nízkonapěťový tranzistor přivádí nízkou úroveň napětí na vstup a tím dochází k zastavení operace čítače. Výsledkem je rozsvícení určitých LED (V1, V2, V3). LED V3 představuje hodnotu 1, V2 hodnotu 2 a V1 hodnotu 4. Hra „Výherní automat“ Jedná se o herní automat známý z téměř každé hospody a především z heren. Při stisknutí tlačítka hráč očekává výhodnou pozici symbolů umístěných na kotoučích při jejich zastavení. Výhru přináší několik různých variant, konečných pozic. Systém zastaví a nabídne hráči část vhodného postavení a současně přitom bliká jak tlačítko, tak i zobrazené symboly. Při stisknutí tlačítka v nesprávnou chvíli hráč ztrácí výhodu a znásobení výhry. V následujícím obvodu je dosaženo právě takového systému. LED V1 bliká pomalu. Tlačítko je nutné stisknout v době, kdy je LED rozsvícena. Teprve poté bude čítač provádět operaci (součet). V případě stisku tlačítka v době, kdy je LED zhasnutá, dochází k resetu čítače a tím i prohře.
Pokud stisknete a přidržíte tlačítko v době, kdy LED V1 zhasne, dojde přes rezistor R6 k uzavření tranzistoru T2 a aplikaci vysoké úrovně signálu do vstupu reset (MR). Tím dojde k okamžitému resetu procesu čítače. Výsledek čítač zobrazí prostřednictvím dvou LED (V2 a V3). LED zobrazí výsledek v hodnotě nejvýše 3. Další dvě LED připojené k výstupům Q2 a Q3 mohou stejným způsobem rozšířit proces čítače (až do hodnoty 15). V tomto obvodu může dojít k jistým potížím způsobeným konstrukčními vlastnostmi tlačítka a jeho odskoku po stisknutí. Přestože obě fáze tlačítka probíhají velmi rychle (<1 ms), může se přesto stát to, že čítač navýší obdržené hodnoty o 2 nebo 3 a proces tak zaznamená určité zpoždění. Tento nežádoucí jev je možné odstranit použitím vhodných RC prvků, zejména pak kondenzátoru o hodnotě mezi 100 nF - 1 µF.
Recyklace Elektronické a elektrické produkty nesmějí být vhazovány do domovních odpadů. Likvidujte odpad na konci doby životnosti výrobku přiměřeně podle platných zákonných předpisů. Šetřete životní prostředí! Přispějte tak k jeho ochraně!
Popis obvodu Cyklus je generován prostřednictvím obvodu IC1A, R1 a C1. Pokud cyklus pracuje při vysoké úrovni, bude skrze R2 procházet proud do LED V1. Ve stejném okamžiku proud propouští tranzistor T2 a umožňuje průchod nízké úrovně na reset pin (MR). Prostřednictvím invertoru IC1B dojde k aplikaci stejné úrovně do pinu 4, čímž se tranzistor stane neprůchozí. Cyklický vstup (CPU) je přes R5 a R7 připojen k GND. K této změně dochází po jednom stisknutí tlačítka. Tím dochází k připojení vstupu ke zdroji a náběžná hrana pulzu způsobí spuštění operace čítače.
Překlad tohoto návodu zajistila společnost Conrad Electronic Česká republika, s. r. o. Všechna práva vyhrazena. Jakékoliv druhy kopií tohoto návodu, jako např. fotokopie, jsou předmětem souhlasu společnosti Conrad Electronic Česká republika, s. r. o. Návod k použití odpovídá technickému stavu při tisku! Změny vyhrazeny! © Copyright Conrad Electronic Česká republika, s. r. o.
REI/8/2015
