Сам себе электрик

ЭЛЕКТРОННЫЙ «КУБИК»

20.06.2014
ЭЛЕКТРОННЫЙ «КУБИК»Известно немало игр, в которых, например, число очков, набранных игроком. определяется броском игрального кубика. Нетрудно сделать и электронный «кубик» генератор случайных чисел. Схемы таких генераторов и описания встречаются в радиолюбительской литературе.
 
В последнее время получила популярность игровая система «Эпоха битв». Для неё в масштабе 1:72 выпускаются фигурки воинов наиболее интересных исторических эпох, осадные орудия, элементы местности и крепостей Теперь игрок может, с известной долей исторического реализма, попробовать себя на месте Мильтиада или какого-нибудь из наполеоновских маршалов.
 
Правила «Эпохи битв» довольно сложны Вероятность многих событий — попадания или промаха лучника, пробития доспехов и т.п. определяется с помощью двадцатигранного (!) кубика. Заменить его в случае потери или порчи затруднительно. К тому же, когда кубик оказывается на мягкой поверхности (например на ковре), чётко определить его верхнюю грань становится не так-то просто. Кроме того, для ряда целей в игре используется и классический шестигранный кубик. Всё это и побудило меня разработать конструкцию электронного «кубика», способного работать как 20-, так и как 6-гранный.
 
Однако реализация этой, простой на первый взгляд задачи далась не просто. Требуемые результаты были достигнуты только на четвёртом варианте устройства, который и предлагается вниманию читателей. Думаю, конструкция будет интересна и удобна радиоэлектронщикам — любителям настольных сражений.
 
Принцип действия устройства традиционный: на элементах D1.3, D1.4 собран задающий мультивибратор с частотой в несколько килогерц. При нажатии на кнопку S1 на вывод 5 элемента D1.2 подаётся высокий логический уровень, и импульсы мультивибратора проходят на счётчик D2. При отпускании кнопки счётчик останавливается в каком-то случайном положении, которое и индицируется. Для передачи чисел до 20 необходимо 5 двоичных разрядов, большинство же ТТЛ (транзисторно-транзисторная логика) счётчиков четырёхразрядные. Поэтому здесь применена КМОП микросхема К176ИЕ2. Этот счётчик экономичен, имеет в двоичном режиме счёта как раз 5 разрядов. а умеренное быстродействие обеспечивает хорошую помехоустойчивость. Для справки об управляющих входах микросхемы D2. На них поданы логические 1. Вход Е (выв. 2) — переключатель «счёт/загрузка», выбран режим счёта. Вход 2/10 (выв. 1) — переключатель двоичного или десятичного режима счёта, выбран двоичный режим.
 
Корпус устройства
 
Корпус устройства:
 
1 — лицевая панель; 2 — декоративная накладка; 3 — светодиод (20 шт.); 4 — печатная плата; 5 —Z-образная скоба установки включателя (стальная пластина s1); 6 — крепление платы и скобы к корпусу (болт М3 с гайкой, 2 компл.); S1 — включатель; S2 — переключатель режимов
 
Большинство подобных устройств использует классический вывод на цифровые индикаторы. Однако он создаёт немало проблем, в частности из-за того, что там счёт начинается с 0, а не с 1, как это принято в игровых кубиках. Громоздкой получается и схема выбора диапазонов счёта. Поэтому пришлось остановиться на позиционной индикации. Но применённая микросхема дешифрирует только А двоичных разряда и, соответственно, имеет 16 выходных каналов. Как же быть с числами от 17 до 20? Классическое решение — поставить ещё один дешифратор громоздко и неэкономично, а главное — выходы КМОП счётчика просто-напросто не потянут сразу два адресных входа «дубовых» ТТЛ микросхем. А что, если использовать дешифратор D3 «по второму разу»? Благодаря элементу D1.1 мы имеем старший разряд адреса, как в прямом, так и в инверсном виде Теперь уже просто, с помощью транзисторов VT1, VТ2, включить нужную группу светодиодов. в зависимости от диапазона чисел. Этих групп три: HL 1-6 работают при 0 в пятом двоичном разряде, HL 17-20 — при 1, ну а на HL 7-16 питание можно подавать постоянно. Величина тока через светодиоды определяется резисторами R6, R8, R9. В устройстве он составляет около 7 мА. Это обеспечивает достаточную яркость индикации и в то же время не перегружает даже маломощную ТТЛШ (транзисторно-транзисторная логика с барьером Шоттки) микросхему К155ИДЗ. При использовании светодиодов нового поколения на гетероструктурах сопротивления упомянутых резисторов можно увеличить вдвое-втрое.
 
Выбор режима осуществляется переключателем S2. Как только счёт доходит до «запрещённых» 7 или 21 очка, через R11 на вход каскада на VT3 поступает лог. 0. Сигнал инвертируется, и подаётся вход сброса счётчика. Помимо логической функции каскад на VT3 выполняет и ещё одну функцию. Дело в том, что одной из проблем при совместной работе КМОП и ТТЛ микросхем является недостаточно высокое напряжение логической 1 последних. Здесь же оно усиливается практически до напряжения питания. В логике работы этого узла есть ещё одна особенность: в принятой системе дешифрации число 21 «отражается» на число 5, что может привести к преждевременному сбросу счётчика. Поэтому в 20-гранном режиме на VT3 через R10 подаётся инвертированный пятый разряд счётчика. Благодаря этому, при числах, меньших 16, транзистор открывается — и на входе сброса, счётчика будет лог.0. независимо от других сигналов. Во время отсчёта (при нажатой кнопке S1) светодиоды выбранного диапазона слегка подсвечиваются импульсами тока, «пробегающими» по ним Это позволяет убедиться в исправности схемы и всех светодиодов.
 
При использовании двухрежимного электронного кубика возможна следующая ошибка, работа в 6-гранном режиме, когда нужен 20-гранный. В результате может получиться, что мощная баллиста категорически откажется пробивать доспехи пехотинцев. Поэтому необходима эффективная индикация 6-гранного режима. Никакие ухищрения с цифровыми индикаторами не могут исключить ошибку по рассеянности. В предлагаемой же конструкции индикация 6-гранного режима осуществляется светодиодом HL7, являющимся своею рода визуальным ограничителем включённого диапазона отсчёта. Не заметить, что вместо одного искомого горят сразу два светодиода, невозможно, и ото — ещё одно достоинство принятой позиционной системы индикации. Чтобы не закоротить на землю выв. 7D3, он отделён от переключателя диодом.
 
Принципиальная электрическая схема совмещённою «6-гранного» и «20-гранного» электронного «кубика» для игр
 
Принципиальная электрическая схема совмещённою «6-гранного» и «20-гранного» электронного «кубика» для игр
 
Топология печатной платы устройства
 
Топология печатной платы устройства
 
Стабилизатор напряжения питания 5В (микросхема DА1) установлен непосредственно на плате устройства. Благодаря этому, для питания устройства можно использовать практически любые сетевые адаптеры с выходным напряжением в пределах 9 — 12 В, благо потребляемый ток не превышает 80 мА. Приемлемый вариант — 2 — 3 батареи 336, соединённые последовательно. Но в этом случае в конструкцию надо будет ввести выключатель питания.
 
О деталях: транзисторы VT1, VT2 могут быть любыми из серий КТ361, КТ203, VТ3 — n-p-n структуры, серий КТ315, КТ301, КТ312. Микросхема К176ЛА7 заменима на К561ЛА7. D3 — 155-й или 1533-й серии. Такие замены не требуют изменения разводки печатного монтажа. Только К1533ИДЗ может быть в более узком корпусе, но расположение выводов то же.
 
Однако может статься, что приобретение нужных микросхем окажется затруднительным. Практически вся продаваемая сейчас в магазинах «логика» — 1988 — 1992 гг. выпуска, и эти запасы кончаются. Остаётся заменять микросхемы на другие, аналогичного назначения. Так, в качестве D2 можно применить микросхему К176ИЕ1 — незатейливый 6-разрядный двоичный счётчик. В качестве D1 — микросхему с тремя элементами И-НЕ. В этом случае элемент D1.2 исключается, сигнал разрешения счёта заводится на один из входов D1.3. Применение D1.2 хорошо тем, что он ещё и формирует импульсы мультивибратора. Но счётчики будут работать и в таком сокращённом варианте схемы.
 
Напоминаю о необходимости соблюдения правил монтажа полупроводниковых приборов: КМОП микросхемы следует хранить завёрнутыми в фольгу, паять низковольтным паяльником с заземленным жалом. Особенно это касается микросхем ранних разработок, когда конструкторы неохотно шли на установку элементов защиты из-за снижения быстродействия В случаях применения паяных или в чём-то подозрительных микросхем используйте панельки. Светодиоды, особенно в пластмассовом корпусе, паять следует не ближе 10 мм от корпуса, желательно с использованим дополнительного теплоотвода.
 
Переключатель S2 - любой с тремя группами контактов на переключение. В рассматриваемом устройстве применены 2 кнопки П2К с зависимой фиксацией. Его контакты-штырьки с одной стороны укорачиваются. Кнопка S1 — типа КМ 1-1 или ей подобная. Подбор цветов светодиодов (например, первые 6 —другого цвета) читатели могут произвести по своему усмотрению. Конденсаторы С3, С4 — любые керамические, подходящие по габаритам.
 
Конструкция. Поскольку в устройстве не использовались супертехнологии вроде фотолитографии и металлизации отверстий, то развести все проводники печатным монтажом не удалось Оставшиеся соединения — 3 и 4 разряды распаивались монтажным проводом (удобнее всего МГТФ). На остро заточенном пинцете формируется колечко и надевается на вывод микросхемы. Остаётся только прикоснуться к нему паяльником. Аналогично большинство проводов к светодиодам также припаяно непосредственно к выводам D3, тем более, что индикаторы в корпусе устройства находятся со стороны фольги.
 
К DА1 прикручен радиатор из небольшой алюминиевой пластинки. В корпусе напротив него желательно сделать вентиляционные отверстия. Что касается корпуса и лицевой панели электронного «кубика», то они выполнены из коробочек, вырезанных из задней пластмассовой стенки старого телевизора.
 
Компоновка детален схемы электронного «кубика» и корпусе
 
Компоновка детален схемы электронного «кубика» и корпусе
 
Плата расположена деталями вниз и крепится к корпусу с помощью прямоугольной стойки и двух болтов М3 с потайными головками. Эту стойку, как и стойки крепления S2, лучше сделать из полистирола, что позволит приклеить их к корпусу. После этого к плате двумя гайками прикручивается металлическая скоба с кнопкой S1. Кнопка расположена так, что при нажатии на корпус она срабатывает.
 
Убедитесь в отсутствии заливов припоя и замыканий между дорожками. Проверьте полярность всех светодиодов. Правильно смонтированное из исправных деталей устройство не требует налаживания. Окончательную проверку правильности сборки и функционирования устройства можно провести очень эффектно: подключите параллельно С1 конденсатор ёмкостью около 0,33 мкФ. Нажмите S1 Если все собрано правильно. то вы сможете наблюдать красивый эффект бегущих огней в диапазоне, выбранном переключателем S2.
 
Лицевая панель прибора покрашена золотистой эмалью металлик под бронзу и стилизована под древнегреческий щит — гоплон.
 
Да поможет вам Афина Паллада (греческая мифическая богиня войны и победы, а также мудрости, знаний, искусств и ремёсел) в техническом творчестве и в бою!
 
А. ЛИСОВ. г. Иваново




Рекомендуем почитать
  • ДАТЧИК-ЗАЩИТНИК

    ДАТЧИК-ЗАЩИТНИК

    Датчики движения (ДД) на основе линз Френеля и пироэлектрических детекторов можно применять не только по прямому назначению - для включения света или в качестве элемента охранной сигнализации, установленной в помещении. Автомобили - вот едва ли не самая перспективная сфера приложения идей для портативных датчиков движения. При постоянном росте количества автомашин в собственности у населения, предложение активно использовать там ДД может быть интересным широкому кругу лиц. И вот почему...

Комментарии 

 
+1 #1 Костя 20.06.2014 19:35
Подобный кубик я сделал с применением счетчика гейгера - запуск происходит от нажатия, а останвка - при прилете частицы - это гораздо более случайный генератор случайных чисел)))
 

Добавить комментарий

Защитный код
Обновить

ПОДПИСЫВАЙТЕСЬ VK FB


Нашли ошибку? Выделите слово и нажмите Ctrl+Enter.