Чарльз Платт - Электроника для начинающих (2-е издание)

Если вам интересно, как я пришел к такому выбору логических элементов для перевода выходного сигнала счетчика в конфигурации точек на гранях кубика, то я не смогу вам объяснить это в точности. Путем проб и ошибок, а также догадок на интуитивном уровне, которые сопровождают создание подобных логических схем. По крайней мере, это мой путь. Существуют более строгие и формальные способы синтеза логических схем, но они намного сложнее.

Схема на рис. 4.147 получена из логической диаграммы на рис. 4.144. Макет устройства изображен на рис. 4.148.

Номиналы компонентов показаны на рис. 4.149. Обратите внимание на то, что я заменил времязадающие резистор и конденсатор для таймера 555, так что теперь он работает на частоте 5 кГц. Идея заключается в том, что вы будете останавливать таймер в произвольный момент, после того как он выполнит несколько сотен циклов. Так будет получено случайное число.

Я добавил переключатель и конденсатор емкостью 22 мкФ, чтобы уменьшать частоту таймера (до примерно 2 Гц), если вы захотите продемонстрировать работу счетчика какому- нибудь скептику.

На рис. 4.149 опущена нижняя часть макетной платы, поскольку там находятся только микросхемы. В этом состоит преимущество создания схем, основанных на логических микросхемах: вам не нужно беспокоиться о том, куда втиснуть резисторы и конденсаторы. Микросхемы и провода выполняют основную работу.

Пронумерованные выходы в нижней части схемы на рис. 4.147 и 4.148 соответствуют входам сборки светодиодов, показанной на рис. 4.150. На макетной плате нет места для добавления светодиодов, поэтому вам понадобится вторая макетная плата, либо придется просверлить несколько отверстий, чтобы смонтировать светодиоды на куске фанеры или пластика.

Шесть светодиодов соединены последовательно по два, поскольку мощности логической микросхемы недостаточно для питания параллельной пары светодиодов. При последовательном подключении понадобится резистор с меньшим номиналом. Резистор можно подобрать, подав напряжение 5 В на одну пару светодиодов через мультиметр, измеряющий силу тока в миллиамперах. Попробуйте включить последовательно резистор 220 Ом и отметьте измеренную силу тока. Если значение не превышает 15 мА, то оно будет соответствовать спецификациям выходов микросхемы НС. Вам может понадобиться резистор номиналом 150 или 100 Ом, в зависимости от характеристик светодиодов.

В завершение подайте 5 В через резистор номиналом 330 Ом на центральный светодиод и сравните его яркость со светодиодами, подключенными попарно. Возможно, вам придется увеличить номинал резистора, чтобы центральный светодиод визуально не отличался от других.

Подключите светодиоды к логической схеме, нажмите и удерживайте кнопку, а затем отпустите ее, и вы получите результат броска игрального кубика.

Как удостовериться в случайности результата? Единственный способ проверить это — многократно протестировать устройство и записать, сколько раз выпало каждое число. Для хорошей проверки вам придется запустить схему тысячу раз. Поскольку эта схема основана на действии человека, который нажимает кнопку, автоматизировать процесс проверки не представляется возможным. Все, что я могу сказать — результат на самом деле должен быть случайным.

В этой схеме число использованных микросхем больше, чем в предыдущих проектах из этой книги, но, как говорит мой любимый персонаж из мультсериала «Футурама», профессор Фарнсворт: «Хорошие новости, друзья!»

Хорошие новости заключаются в том, что вы можете улучшить созданную схему, чтобы имитировать два игральных кубика вместо одного, просто добавив провода и светодиоды. Вам не понадобятся дополнительные микросхемы.

У нас осталось много неиспользованных логических элементов И, ИЛИ-HE и ИЛИ. Остались свободными три элемента И, два элемента ИЛИ- НЕ и два элемента ИЛИ. Кроме того, есть еще один счетчик в микросхеме 74НС393. Это именно то, что нам нужно.

Вопрос в том, как создать вторую последовательность случайных чисел, отличающуюся от первой? Может быть, путем добавления еще одного таймера 555, работающего с другой скоростью?

Мне не нравится эта идея, потому что два таймера будут совпадать и расходиться по фазе друг с другом, и некоторые пары значений будут появляться чаще, чем другие. Я полагаю, было бы лучше, чтобы первый счетчик считал от двоичного значения 000 до 101, а затем запускал второй счетчик для счета от 000 до 001. Первый счетчик снова считает от 000 до 101 и запускает отсчет на втором счетчике до 010. И так далее.

Второй счетчик будет работать на скорости в 1/6 от скорости первого, но если вы запустите их достаточно быстро, то смена значений будет происходить незаметно. Главное преимущество такого решения в том, что все возможные комбинации будут отображаться одинаковое количество раз, и таким образом у них есть почти равные шансы появления, как у настоящих игральных кубиков.