Электроника для начинающих (2-е издание)

Электронные устройства, имитирующие бросок одного или двух игральных кубиков, существуют уже несколько десятилетий. Тем не менее, новые варианты схем появляются до сих пор, и этот проект дает возможность узнать больше о логических микросхемах и в конечном итоге завершается чем-то полезным. В особенности мне хочется познакомить вас с двоичным кодом, универсальным языком цифровых микросхем.

Что вам понадобится

• Макетная плата, монтажный провод, кусачки, инструмент для зачистки проводов, мультиметр

• Источник питания на 9 В (батарея или сетевой адаптер)

• Таймер 555 (1 шт.)

• Логическая микросхема 74НС08 (1 шт.), логическая микросхема 74НС27 (1 шт.), логическая микросхема 74НС32 (1 шт.)

• Двоичный счетчик 74НС393 (1 шт.)

• Кнопка (1 шт.)

• Однополюсные ползунковые переключатели на два направления (2 шт.)

• Резисторы с номиналами 100 Ом (6 шт.), 150 Ом (6 шт.), 220 Ом (7 шт.), 330 Ом (2 шт.), 680 Ом (4 шт.), 2,2 кОм (1 шт.), 10 кОм (2 шт.) и 1 МОм (1 шт.)

• Конденсаторы емкостью 0,01 мкФ (2 шт.), ОД мкФ (2 шт.), 0,33 мкФ (1 шт.), 1 мкФ (1 шт.) и 22 мкФ (1 шт.)

• Стабилизатор напряжения LM7805 (1 шт.)

• Слаботочные светодиоды (15 шт.)

• Стандартный светодиод (1 шт.)

Двоичный счетчик

В основе каждого варианта электронных игральных костей лежит какая-либо микросхема счетчика. Часто это десятичный счетчик с десятью «дешифрованными» выходами, которые активируются по одному в определенной последовательности. Игральная кость имеет лишь шесть поверхностей, но если вы соедините седьмой вывод счетчика с выводом сброса, то счетчик будет перезапускаться после того, как дойдет до 6.

Я всегда люблю делать все немного иначе, поэтому решил отказаться от десятичного счетчика, отчасти потому, что мне был нужен двоичный счетчик, чтобы удовлетворить желание продемонстрировать двоичный код. Это немного увеличивает сложность схемы, но обогащает процесс обучения – и когда все будет уже сказано и сделано, вы получите устройство, которое «бросает» два игральных кубика с помощью простой микросхемы счетчика и легко умещается на макетной плате.

Выбранная мною микросхема счетчика 74НС393 очень популярна. В действительности она содержит два счетчика, но второй на данный момент можно проигнорировать. Цоколевка микросхемы приведена на рис. 4.133.

Рис. 4.133. Цоколевка двоичного счетчика 74НС393

Производители имеют странную привычку обозначать функции выводов цифровых микросхем как можно меньшим количеством букв. Иногда эти «таинственные» сокращения очень трудно понять. Чтобы привести вам пример, на рис. 4.137 внутри контура микросхемы выводы обозначены с помощью сокращений, которые я нашел в техническом паспорте компании Texas Instruments. (Чтобы запутать дело еще сильнее, другие производители употребляют собственные сокращения. Единого стандарта нет.)

С внешней стороны счетчика я указал функции выводов, описанные доступными для понимания словами. Цифра перед каждой функцией относится к счетчику 1 или счетчику 2, которые внутри микросхемы разделены.

Проверка счетчика

Лучший способ понять работу этой микросхемы – провести испытание. На рис. 4.134 показана схема установки, на рис. 4.135 – компоновка макетной платы, а на рис. 4.136 – расположение и номиналы компонентов.

Учтите следующее:

• Это логическая микросхема на 5 В. Не упустите из виду стабилизатор напряжения.

• Обратите внимание на то, что между выводом питания таймера и заземлением находится конденсатор емкостью 0,1 мкФ. Он предназначен для подавления скачков напряжения, которые может генерировать таймер. Появление таких выбросов может привести к сбою счетчика.

Номиналы элементов времязадающей цепочки выбраны так, что таймер будет работать на частоте 0,75 Гц. Другими словами, между началом одного импульса и началом следующего промежуток составит чуть более 1 секунды. Вы можете увидеть это, наблюдая за желтым светодиодом на выходе таймера. Если желтый светодиод ведет себя иначе, значит, вы где-то ошиблись при сборке схемы.

Четыре красных светодиода, обозначенные латинскими буквами А, В, С и D, будут отображать состояния выходов счетчика. Если вы подключили все правильно, они будут загораться в последовательности, показанной на рис. 4.137, где более темный кружок указывает, что светодиод не горит, а более светлый кружок обозначает светящийся светодиод.

Рис. 4.134. Схема установки для исследования десятичного счетчика 74НС393

Теперь я собираюсь рассказать вам кое-что о двоичной и десятичной арифметике. Действительно ли вам необходимо это знать? Да, эта информация пригодится. Многие микросхемы, такие как дешифраторы, шифраторы, мультиплексоры и сдвиговые регистры, используют двоичную арифметику, и, конечно же, она является незыблемой основной практически для любого компьютера, который когда-либо был создан.

Рис. 4.135. Макет установки со счетчиком 74НС393

Рис. 4.136. Расположение и номиналы компонентов

Рис. 4.137. Последовательность на выходах двоичного счетчика

Двоичный код