Ηλεκτρονικό ζάρι 2

Ηλεκτρονικό ζάρι 2
Ηλεκτρονικό ζάρι 2Αριθμός 1Αριθμός 2Αριθμός 3Αριθμός 4Αριθμός 5Αριθμός 6
4 5 1 Product


Ένα ηλεκτρονικό ζάρι μπορεί να κάνει τα κλασικά επιτραπέζια παιχνίδια αρκετά πιο ενδιαφέροντα.

Το ηλεκτρονικό ζάρι που παρουσιάζεται εδώ είναι μικρό και απλό. Το ιδιαίτερο χαρακτηριστικό του συγκεκριμένου κυκλώματος είναι το ότι έχει μόνο ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα, το 4060.

Το 4060 είναι ένας δυαδικός μετρητής ριπής 14-σταδίων και περιέχει έναν εσωτερικό ταλαντωτή. Ο ταλαντωτής χρειάζεται μόνο δύο αντιστάσεις (τις R1 και R2) και έναν πυκνωτή (C1) ώστε να δημιουργήσει το σήμα χρονισμού. Η έξοδος του μετρητή αυξάνεται κατά ένα σε κάθε αρνητικό μέτωπο έκαστου παλμού χρονισμού. Ο μετρητής 4060 διαθέτει και μία ασύγχρονη είσοδο μηδενισμού (reset) που λειτουργεί ανεξάρτητα του ρολογιού. Ο μετρητής μηδενίζεται ασύγχρονα κάθε φορά που τίθεται λογικό «1» στον ακροδέκτη μηδενισμού. 

Ηλεκτρονικό ζάρι - Σχηματικό

Ένας μετρητής ριπής όπως το 4060, περιέχει flip-flop που είναι συνδεμένα σε διαδοχή (η έξοδος τους ενός είναι είσοδος του άλλου). Κάθε flip-flop παράγει ένα σήμα εξόδου που έχει τη μισή συχνότητα σε σχέση με το σήμα εισόδου. Δηλαδή, κάθε flip-flop πραγματοποιεί διαίρεση συχνότητας δια δύο. Οι έξοδοι των flip-flop είναι οι έξοδοι Q του ολοκληρωμένου. 'Έτσι για παράδειγμα, στην έξοδο QD που αντιστοιχεί στο τρίτο flip-flop του μετρητή ριπής (ακροδέκτης 7) υπάρχει ένα σήμα ρολογιού με συχνότητα ίση με τη συχνότητα του ταλαντωτή διά 23=8. Στην έξοδο QΕ το σήμα του ταλαντωτή διαιρείται με 24=16, στην QF διαιρείται με 25=32 και ούτω καθεξής. Τα σήματα εξόδου δημιουργούν μία αύξουσα δυαδική απαρίθμηση, όπως άλλωστε σε κάθε απαριθμητή.

Ένα ζάρι έχει το πολύ έξι αριθμούς και αυτό σημαίνει ότι χρειαζόμαστε 3 δυαδικά ψηφία (bit) για να αναπαραστήσουμε τους αριθμούς του ζαριού (βλ. πίνακα). Τα 3 ψηφία αντιστοιχούν σε 8 (23=8) διαφορετικές καταστάσεις και εμείς χρειαζόμαστε μόνο τις 6 από αυτές. Δηλαδή, ξεκινώντας την απαρίθμηση από το 0, μας περισσεύουν δύο αριθμοί, οι αριθμοί 6 και 7.  Έτσι λοιπόν, χρησιμοποιούμε τις D8, D9 και την R6 για να μηδενίζεται ο απαριθμητής όταν αυτός φτάσει στο 6. Δηλαδή, ο απαριθμητής μετράει από το 0 έως στο 5 (έξι καταστάσεις) και μηδενίζεται στην 7η ( στην κατάσταση 110). 

Τα LED είναι τοποθετημένα με κατάλληλο τρόπο, έτσι ώστε όταν ενεργοποιούνται να μπορούν να παραστήσουν με φωτεινές κουκίδες όλους τους αριθμούς που υπάρχουν σε ένα κλασσικό κύβο ζαριού. Για την καλύτερη κατανόηση των συνδέσεων μεταξύ των LED και του μετρητή, μπορείτε να σκεφτείτε ότι εκτός από τον αριθμό 1, υπάρχουν πάντα δύο LED  αναμμένα προκειμένου να αντιπροσωπεύουν οποιοδήποτε άλλο αριθμό του ζαριού. Αυτό σημαίνει ότι χρειάζεται να ελέγχουμε μόνο 3 ζευγάρια LED και το LED στο κέντρο της διάταξης και με αυτό τον τρόπο μπορούμε να συμβολίσουμε όλους τους αριθμούς που υπάρχουν σε τυχούσα έδρα ενός ζαριού. Σε κάθε ζεύγος, οι δύο δίοδοι LED συνδέονται σε σειρά.

Το κύκλωμα μπορεί να τροφοδοτηθεί από μια μπαταρία 9V και η κατανάλωση ενέργειας ποικίλλει από 15mA έως 40mA, ανάλογα με το πόσα LED είναι ενεργοποιημένα. Ένας νέος αριθμός εμφανίζεται στο ζάρι μετά από κάθε πάτημα του Sw1. Ο Sw1 είναι ένα button (διακόπτης με ελατήριο επαναφοράς) που είναι κανονικά κλειστός (normally on). Δηλαδή, το μπουτόν που χρησιμοποιούμε είναι ένας κλειστός διακόπτης σε κατάσταση ηρεμίας και ανοικτός όταν πιέζεται.

Κανονικά, το σήμα ρολογιού γειώνεται μέσω του διακόπτη και ο μετρητής παραμένει σε αδράνεια. Μόλις πατήσουμε το κουμπί, ο διακόπτης ανοίγει και επιτρέπει το σήμα του ταλαντωτή να ενεργοποιήσει το μετρητή. Στη συνέχεια, ο μετρητής αρχίζει να μετρά και τα LED αναβοσβήνουν πολύ γρήγορα, ανταποκρινόμενα στην ακολουθία εξόδου του μετρητή. Ο μετρητής σταματά μόλις αφήσει ο χρήστης το κουμπί και το ηλεκτρονικό ζάρι «παγώνει» σε μία «τυχαία» κατάσταση. Δεδομένου ότι η συχνότητα του ταλαντωτή είναι αρκετά υψηλή, όλοι οι αριθμοί του ζαριού έχουν πρακτικά την ίδια πιθανότητα εμφάνισης.

Πίνακας καταστάσεων

Κατάσταση
Ακροδέκτες 4 - 5- 7
Αριθμός στο ζάρι
0
0- 0 -0
5
1
0 -0- 1
3
2
0 -1- 0
6
3
0- 1- 1
1
4
1- 0- 0
4
5
1- 0- 1
2


Κατασκευή

Για να διευκολύνουμε την κατασκευή, έχουμε σχεδιάσει μια μικρή πλακέτα. Το μόνο που χρειάζεται να κάνετε για να φτιάξετε το ηλεκτρονικό ζάρι, είναι να κολλήσετε όλα τα εξαρτήματα στο τυπωμένο κύκλωμα ακολουθώντας τον οδηγό συναρμολόγησης (βλ. εικόνα). Είναι απαραίτητο να ληφθεί κάποια ιδιαίτερη φροντίδα κατά το χειρισμό του ολοκληρωμένου 4060 που είναι τύπου CMOS και ως εκ τούτου ευαίσθητο σε οποιαδήποτε ηλεκτροστατική εκφόρτιση.

Οδηγός τοποθέτησης εξαρτημάτων
Οδηγός τοποθέτησης εξαρτημάτων

Όλες οι αντιστάσεις που χρησιμοποιούμαι είναι ¼ watt, με ανοχή 5%. Οι πυκνωτές είναι κλασικοί κεραμικοί χαμηλής τάσης. Το κύκλωμα τροφοδοτείται από μια συνηθισμένη μπαταρία 9V. Η μπαταρία συνδέεται με το PCB μέσω του κλιπ Ρ1. 

Κάθε φορά που χρησιμοποιείτε το ζάρι θα πρέπει να συνδέετε τη μπαταρία στο κλιπ. Για απλότητα δεν έχουμε συμπεριλάβει κάποιο διακόπτη τροφοδοσίας στο κύκλωμα οπότε, μετά το παιχνίδι, θα πρέπει να αποσυνδέετε την μπαταρία από το κλιπ για να μην εξαντληθεί.

Συνημμένα

Το τυπωμένο κύκλωμα του ηλεκτρονικού ζαριού