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

не нажал кнопку

Замечание

Помните о том, что когда таймер 555 работает в режиме триггера, низкий уровень на его запускающем входе будет переключать выход в высокое состояние, и оно будет оставаться таким же, даже если запускающий вывод снова станет высоким.

Единственное условие, при котором уровень на выходе таймера 555 станет низким, – подача низкого уровня на вывод сброса. Это произойдет только тогда, когда ведущий вернет свой переключатель в положение сброса.

Есть только одна ситуация, которая может омрачить этот прекрасный сценарий. Что если оба игрока нажмут свои кнопки абсолютно одновременно? В мире цифровой электроники это крайне маловероятно. Но если каким-либо образом это произошло, должны сработать оба таймера и зажечься оба светодиода, демонстрируя, что произошло совпадение.

Рис. 4.116. Шаг 3. Игрок слева нажал кнопку, но таймер 555 пока не среагировал

На телевикторине вы никогда такого не увидите. Я подозреваю, что если их электронная система регистрирует одновременный ответ от двух участников, то, возможно, она имеет функцию случайного выбора одного из них. Конечно же, это просто предположение.

Чтобы показать, как можно усовершенствовать устройство при необходимости включить в игру дополнительных участников, я изобразил упрощенную схему для трех игроков на рис. 4.118. Эту схему можно расширять и далее, единственное ограничение – количество доступных входов у элемента ИЛИ1.

Рис. 4.117. Шаг 4. Ответ игрока слева теперь блокирует игрока справа

Рис. 4.118. Схему можно легко расширить для большего числа игроков

Сборка макета

На рис. 4.119 я переделал схему под реальную микросхему ИЛИ, изобразив все по возможности близко к конфигурации на макетной плате, чтобы вы смогли легко ее собрать. Макет устройства показан на рис. 4.120, а номиналы и расположение компонентов – на рис. 4.121.

Поскольку я использовал только логические элементы ИЛИ, всего их три, мне понадобилась лишь одна логическая микросхема 74НС32, которая содержит четыре двухвходовых элемента ИЛИ. (Я заземлил входы четвертого.) Два элемента ИЛИ в левой части микросхемы выполняют те же функции, что и элементы ИЛИ2 и ИЛИ3 в моей упрощенной схеме, а элемент ИЛИ внизу справа работает как элемент ИЛИ1, получая входной сигнал от вывода 3 каждого таймера 555. Если у вас есть все компоненты, то собрать все воедино и проверить схему можно достаточно быстро.

Возможно, вы обратили внимание на то, что я добавил конденсатор емкостью 0,01 мкФ между контактом 2 каждого таймера 555 (вход) и отрицательной шиной. Зачем? Когда я тестировал эту схему без конденсаторов, то иногда обнаруживал, что один или оба таймера 555 срабатывают от переключателя ведущего, без нажатия кнопок.

Рис. 4.119. Схема устройства для двух игроков на микросхеме с четырьмя двухвходовыми элементами ИЛИ

Рис. 4.120. Макет устройства

Рис. 4.121. Номиналы и расположение компонентов на макетной плате

Вначале это меня озадачило. Как таймеры могут запускаться, если никто ничего не сделал? Возможно, это реакция на дребезг в переключателе ведущего, т. е. на очень быструю вибрацию контактов при переключении рукоятки тумблера. Почти наверняка так и было, и конденсаторы небольшой емкости решили эту проблему. Правда, в результате скорость срабатывания таймеров 555 немного уменьшилась, но не настолько сильно, чтобы нарушить правильную работу устройства.

Что касается дребезга контактов кнопок, то он не влияет, потому что каждый таймер переключается при первом же импульсе и игнорирует любые последующие колебания.

В порядке эксперимента можно собрать эту схему без конденсаторов 0,01 мкФ и подвигать ручку переключателя ведущего вверх и вниз множество раз. Поскольку я рекомендовал дешевый ползунковый переключатель, то полагаю, что вы увидите много ложных срабатываний. Я подробнее расскажу о дребезге переключателя и о том, как с ним справиться, в следующем эксперименте.

Что можно улучшить

После того как схема собрана на макетной плате, приступая к изготовлению устройства, советую вам расширить возможности, чтобы в игре могли принимать участие по меньшей мере четыре игрока. Для этого потребуется элемент ИЛИ с четырьмя входами. Очевидный выбор – микросхема 74HC407S, поскольку она позволяет задействовать до восьми входов. Только не забудьте подключить неиспользуемые входы к отрицательной шине.

Рис. 4.122. Три двухвходовых элемента ИЛИ могут имитировать один четырехвходовый элемент ИЛИ

Как вариант, если у вас уже есть пара микросхем 74НС32 и вы не хотите утруждать себя заказом микросхемы 74НС4078, то можно подключить три элемента внутри одной микросхемы 74НС32 так, чтобы они работали как четырехвходовый элемент ИЛИ. Взгляните на логическую диаграмму на рис. 4.122, где показаны три элемента ИЛИ, и вспомните о том, что выход каждого элемента ИЛИ становится высоким, если хотя бы один вход высокий.

И заодно подумайте, как скомбинировать три двухвходовых элемента И, которые смогут заменить четырехвходовый элемент И?

Для игры с четырьмя участниками вам понадобятся, конечно же, два дополнительных таймера 555, два светодиода, а также еще две кнопки.

Что касается схемы для игры с четырьмя участниками – оставляю ее разработку на ваше усмотрение. Начните с наброска упрощенной версии, показывающей только логические символы. Затем преобразуйте ее в компоновку макетной платы (это будет сложнее).

Совет

На мой взгляд, карандаш, бумага и ластик могут быстрее привести к результату, чем программное обеспечение для моделирования схем или для графического дизайна.

Эксперимент 23. Переключение и дребезг контактов

В трех предыдущих экспериментах таймеры 555 функционировали как триггеры. Пришло время познакомиться с «реальными» триггерами и объяснить их устройство. Я также покажу, как они справляются с феноменом, о котором было кратко упомянуто в предыдущем эксперименте, – с дребезгом контактов переключателя.

Когда переключатель переводят из одного положения в другое, его контакты очень быстро вибрируют. Это дребезг, о котором я говорил, и он может стать источником проблем в схемах, где цифровые компоненты реагируют настолько быстро, что они интерпретируют любое небольшое колебание как отдельный входной сигнал. Если, например, вы подключите кнопку ко входу микросхемы счетчика, то после одного нажатия кнопки он может зарегистрировать десять и более импульсов. Пример реального дребезга переключателя показан на рис. 4.123.

Существует много способов устранения дребезга контактов, но основным является использование триггера.

Что вам понадобится

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

• Источник питания на 9 В (батарея или