Ηλεκτρονικό Ζάρι

Ηλεκτρονικό Ζάρι - Ένδειξη 6
Ηλεκτρονικό Ζάρι - Ένδειξη 6Ηλεκτρονικό Ζάρι - Ένδειξη 5Ηλεκτρονικό Ζάρι - Ένδειξη 4Ηλεκτρονικό Ζάρι - Ένδειξη 3Ηλεκτρονικό Ζάρι - Ένδειξη 2Ηλεκτρονικό Ζάρι - Ένδειξη 1
5 5 1 Product



Τα απλά ζάρια μπορούν να χαθούν εύκολα. Το ηλεκτρονικό ζάρι είναι κάπως μεγαλύτερο σε μέγεθος σε σχέση με ένα συνηθισμένο ζάρι και δεν πρόκειται να το χάσετε εύκολα. Επιπλέον, μπορεί να προσδώσει ένα έξτρα τόνο διασκέδασης στα παιχνίδια. 

Με κάθε ρίψη του ζαριού προκύπτει ένας «τυχαίος» αριθμός μεταξύ 1 και 6. Το ηλεκτρονικό ζάρι που προτείνουμε, προσομοιώνει τη λειτουργία ενός πραγματικού ζαριού. Παράγει μοτίβα που αντιστοιχούν στις όψεις ενός κλασσικού ζαριού. Τα μοτίβα παράγονται από 7 LED που φωτίζονται με 6 διαφορετικούς τρόπους. Στο κύκλωμα χρησιμοποιούμε δύο ολοκληρωμένα κυκλώματα CMOS (τεχνολογίας συμπληρωματικών τρανζίστορ FET μετάλλου-οξειδίου). 

 Ηλεκτρονικό Ζάρι
Περιγραφή του κυκλώματος

Με τις πύλες NAND U1A, U1B και τα εξαρτήματα R1, R2, C1 και C2 φτιάχνουμε έναν ταλαντωτή. Ο ταλαντωτής παράγει στην έξοδο του μία τετραγωνική κυματομορφή, η οποία οδηγείται στην πύλη U1C. Η πύλη U1C χρησιμοποιείται ως πύλη επίτρεψης που επιτρέπει η αποκόπτει τη διέλευση του σήματος ρολογιού στην επόμενη βαθμίδα. Ο  ακροδέκτης 8 του U1C βρίσκεται σε λογικό «0» διότι είναι συνδεδεμένος με τη γη μέσω της R3.
Ηλεκτρονικό ζάρι - το σχηματικό

Η πύλη U1C είναι μία πύλη NAND και ως γνωστό, όταν μία είσοδος μιας πύλης NAND είναι σε λογική κατάσταση 0 (0V), η έξοδος της πύλης είναι σε λογικό «1» ανεξάρτητα από την κατάσταση της άλλης εισόδου. Επομένως, παρά το γεγονός ότι ο ταλαντωτής λειτουργεί αδιαλείπτως, το σήμα εξόδου του δεν μπορεί να φθάσει στο U2, καθόσον ο ακροδέκτης 8 του U1C βρίσκεται σε λογικό «0». Το σήμα του ρολογιού (ταλαντωτή) μπορεί να φθάσει στο U2 μόνο όταν πατηθεί το μπουτόν S2. 

Όταν πατηθεί το μπουτόν S2, ο πυκνωτής C3 φορτίζεται ακαριαία στην τάση τροφοδοσίας και φέρει τον ακροδέκτη 8 του U1C  σε στάθμη λογικού «1». Τότε, το σήμα του ρολογιού διέρχεται μέσω της πύλης επίτρεψης στο U2. Μόλις το μπουτόν S1 ελευθερωθεί, ο πυκνωτής C3 αρχίζει να εκφορτίζεται μέσω της R3 και η τάση στα άκρα του μειώνεται συνεχώς. Όταν η τάση στα άκρα του C3 μειωθεί κάτω από το ήμισυ της τάσης τροφοδοσίας (δηλαδή τα 4.5V), η λογική στάθμη στον ακροδέκτη 8 του U1 μεταπίπτει πάλι σε λογικό «0» και το σήμα του ρολογιού αποκόπτεται εκ νέου. Επομένως, όταν ο S2 πατηθεί για λίγο, το σήμα του ρολογιού εφαρμόζεται στο U2 για ένα μικρό χρονικό διάστημα πριν μπλοκαριστεί εκ νέου από την πύλη επίτρεψης.

To U2 είναι ένας μετρητής με δυνατότητα παράλληλης φόρτωσης μέσω των εισόδων J1-4.  Το μετρητής U2 λειτουργεί ως δυαδικός μετρητής καθόσον ο ακροδέκτης επιλογής δυαδικής/δεκαδικής μέτρησης (ακροδέκτης 9) βρίσκεται σε λογική κατάσταση 1.  Η ακολουθία της μέτρησης είναι αύξουσα καθόσον ο ακροδέκτης αύξουσας/φθίνουσας μέτρησης (ακροδέκτης 10) είναι σε λογικό «1» και το σήμα ρολογιού εφαρμόζεται στην είσοδο ρολογιού (ακροδέκτης 15). Η μέτρηση γίνεται σε κάθε θετικό μέτωπο του παλμού ρολογιού, όταν ο ακροδέκτης εισόδου κρατουμένου (ακροδέκτης 5) και ο ακροδέκτης ασύγχρονης φόρτωσης (ακροδέκτης 1) βρίσκονται σε λογικό μηδέν.

Ο μετρητής διαθέτει και μία έξοδο κρατουμένου (ακροδέκτης 7) που υπό κανονικές συνθήκες βρίσκεται σε λογική κατάσταση «1» και μεταπίπτει σε λογική κατάσταση «0» όταν ο μετρητής φθάσει στη μέγιστη τιμή απαρίθμησης που είναι το 1111. Η είσοδος ασύγχρονης φόρτωσης  επιτρέπει την ασύγχρονη φόρτωση των δεδομένων που βρίσκονται στις γραμμές J1-J4, ανεξάρτητα από το ρολόι. Η ασύγχρονη φόρτωση λαμβάνει χώρα όταν ο ακροδέκτης 1 βρεθεί σε λογική κατάσταση «1».    

Οι έξοδοι του μετρητή που ανάβουν τα LED είναι οι ακροδέκτες 14, 11 και 6. Ο μετρητής είναι τετράμπιτος αλλά εμείς χρησιμοποιούμε μόνο τα 3 λιγότερο σημαντικά ψηφία.  Ο ακροδέκτης 6 είναι το λιγότερο σημαντικό bit και το περισσότερο σημαντικό bit στην εφαρμογή μας, είναι ο ακροδέκτης 14. Και τώρα, ας δούμε πως ακριβώς προσομοιώνονται τα μοτίβα ενός ζαριού:

Στην αρχή, ο μετρητής βρίσκεται στην κατάσταση 000 και κανένα LED δεν ανάβει. Με το πάτημα του S2 όμως, αρχίζει η μέτρηση. Στον πρώτο παλμό ρολογιού οι έξοδοι 14, 11 και 6 γίνονται 001, στο δεύτερο 010, στον τρίτο 011, στον τέταρτο 100, στον πέμπτο 101 και στον έκτο 110.  Αυτή η ακολουθία των τριών bit αναπαριστά μία ακολουθία μέτρησης από το 1 έως τo 6. Οι έξι καταστάσεις φωτίζουν διαδοχικά τα LED σε μοτίβα που αντιστοιχούν με αυτά που εμφανίζονται στις έξι έδρες ενός πραγματικού ζαριού.

Η απαρίθμηση γίνεται πολύ γρήγορα και κατά της διάρκεια της απαρίθμησης τα μοτίβα εναλλάσσονται ταχέως. Μόλις η απαρίθμηση τελειώσει, ο μετρητής «παγώνει» σε μία «τυχαία» κατάσταση και τα LED που παραμένουν αναμμένα αναπαριστούν τις κουκίδες μίας όψης ενός τυπικού ζαριού.  Οι αντιστάσεις R4, R5, R6 και to R7 χρησιμοποιούνται για να περιορίζουν το ρεύμα που διέρχεται μέσα από τα LED σε αποδεκτά όρια.

Οι 6 καταστάσεις του ηλεκτρονικού ζαριού, περιγράφονται στον πίνακα 1 που ακολουθεί:  

 Πίνακας 1 (Οι έξι διαφορετικές καταστάσεις)

Κατάσταση
Ακροδέκτες 14 - 11-  6
Ζάρι
1
0- 0 -1
1
2
0 -1- 0
2
3
0 -1- 1
3
4
1- 0- 0
4
5
1- 0- 1
5
6
1- 1- 0
6


Η προσομοίωση ενός πραγματικού ζαριού επιτυγχάνεται με τον τρόπο σύνδεσης και ομαδοποίησης των LED. Από το ηλεκτρονικό σχηματικό, μπορείτε να παρατηρήσετε ότι όταν ο ακροδέκτης 14 βρίσκεται σε λογικό «1», τότε ανάβουν 4 LED και προσομοιώνεται η όψη ενός ζαριού που αντιστοιχεί στον αριθμό 4. Όταν ο ακροδέκτης 11 βρεθεί σε λογικό «1», τότε ανάβουν δύο LED και οι δύο φωτεινές κουκίδες αντιστοιχούν στον αριθμό 2. Ο ακροδέκτης 6 ανάβει μόνο ένα LED που αντιστοιχεί σε μία κουκκίδα. Οι υπόλοιποι συνδυασμοί ανάβουν μία τετράδα και μία δυάδα LED  (κατάσταση 5 - 101), μία δυάδα και ένα LED (κατάσταση 3- 011), μία τετράδα και μία δυάδα (κατάσταση 6-110). Όλοι οι συνδυασμοί, περιγράφονται περιληπτικά στον πίνακα 1.

Σε αυτό το σημείο, ίσως να αναρωτιέστε τι γίνεται όταν οι έξοδοι 14, 11 και 6 βρεθούν στις καταστάσεις “000” ή “111”. Η απάντηση είναι ότι έχουμε φροντίσει ο μετρητής να μην βρεθεί ποτέ σε αυτές τις καταστάσεις. Αυτό συμβαίνει διότι αρχικά, αλλά και μετά από κάθε κύκλο μέτρησης, ο μετρητής «φορτώνεται» ασύγχρονα με την κατάσταση “001” μέσω των ακροδεκτών J1-J4 και της γραμμής ασύγχρονης φόρτωσης.

Στην πραγματικότητα, ο μετρητής φορτώνεται με την τιμή «1001» έπειτα από κάθε κύκλο μέτρησης και μετρά από το «1001» έως το «1110». Η επόμενη κατάσταση μετά από το 1110, είναι η κατάσταση 1111, που έχουμε όμως φροντίσει να είναι ασταθής και να μεταπίπτει αυτόματα στην αρχική κατάσταση 1001. Η μετάπτωση γίνεται διότι όταν ο μετρητής φθάσει στιγμιαία στην κατάσταση «1111», η έξοδος κρατουμένου πηγαίνει σε λογικό «0» και μέσω της πύλης  U1D, ο ακροδέκτης παράλληλης φόρτωσης πηγαίνει σε λογικό «1» και «φορτώνεται» ακαριαία η τιμή 1001 από τις εισόδους παράλληλης φόρτισης J1-J4.


Κατασκευή

Για να κατασκευάσετε το ηλεκτρονικό ζάρι, αρκεί μόνο να κολλήσετε τα εξαρτήματα στην πλακέτα που σας παρέχουμε. Θα πρέπει να προσέξετε μόνο λιγάκι, κατά την κόλληση των ολοκληρωμένων κυκλωμάτων CMOS.

Τα ολοκληρωμένα τύπου CMOS δουλεύουν με μικρά ρεύματα και είναι δυνατό να καταστραφούν αν τύχει και συμβεί κάποια ηλεκτροστατική εκφόρτιση όταν τα ακουμπάμε. Η ηλεκτροστατική εκφόρτιση μπορεί να συμβεί αν τύχει και έχει συσσωρευτεί ηλεκτροστατικό φορτίο στο σώμα μας, αν για παράδειγμα περπατούσαμε πριν σε κάποιο χαλί φορώντας παπούτσια με λαστιχένιες σόλες.

Αν κάτι τέτοιο συμβεί, θα το καταλάβετε μόνο αφού φτιάξετε το κύκλωμα και ενώ έχετε συναρμολογήσει τα πάντα σωστά, το κύκλωμα δεν δουλέψει. Για να μη βρεθείτε λοιπόν σε αυτή τη δυσάρεστη θέση, προτείνουμε να λάβετε κάποια προληπτικά μέτρα. Προτείνουμε λοιπόν, πριν ακουμπήσετε τα ολοκληρωμένα, να εκφορτίσετε το σώμα σας προληπτικά πιάνοντας ένα μεταλλικό σωλήνα υδρεύσεως ή οποιοδήποτε άλλο γειωμένο μεταλλικό αντικείμενο. 

Όλες οι αντιστάσεις που χρησιμοποιούμε είναι μέγιστης ισχύος 1/4 watt και ανοχής 5% ή καλύτερες. Οι τρεις πυκνωτές της κατασκευής είναι συνηθισμένοι ηλεκτρολυτικοί,  ονομαστικής τάσης 16V. Η τροφοδοσία του κυκλώματος γίνεται από μία μπαταρία 9V. Οι μπαταρίες των 9V συνήθως αναγράφουν τους κωδικούς NEDA 1604, IEC 6F22 ή "Ever Ready" τύπου PP3 (άνθρακα-ψευδαργύρου) ή MN1604 6LR61 (αλκαλικές). Η μπαταρία συνδέεται με το τυπωμένο κύκλωμα μέσω ενός «κλιπ» για μπαταρίες των 9V. Ο διακόπτης S1 επιτρέπει την ενεργοποίηση και την απενεργοποίηση του κυκλώματος, δίχως να χρειάζεται να βάζουμε και να βγάζουμε τη μπαταρία από το «κλιπ».


Συνημμένα

Το τυπωμένο κύκλωμα του ηλεκτρονικού ζαριού και λεπτομέρειες συναρμολόγησης