Глава 8. МОДЕЛИ ЦИФРОВЫХ АВТОМАТОВ

Различные логические элементы, триггеры и типовые функциональные узлы ЭВМ можно использовать не только для изучения, но и для практического использования в различных моделях. Для этих целей могут быть использованы многие из уже знакомых устройств без каких-либо изменений. Например, дешифратор, предназначенный для перевода чисел из одной системы счисления в другую, может стать «отгадывающим автоматом» или устройством, распознающим код электронного замка. Варианты применения электронных устройств могут быть самыми различными и довольно неожиданными, все зависит от изобретательности юных конструкторов. Одним и тем же набором кодов и правилам их переработки можно придать различное содержание.

По своей универсальности электроника близка в математике. Например, правила сложения чисел одинаковы, вне зависимости от того, что они означают — время, яблоки или стулья.

Для упрощения процесса конструирования мы будем широко использовать интегральные микросхемы. При этом творческий подход можно проявить на всех этапах конструирования — от обсуждения правил работы модели или электронной игры до расположения их органов управления и выбора формы корпуса. Соответственно даются описания практических работ.

36. Игровые автоматы и кодовые замки

Начнем с использования уже известных схем для создания самых простых игровых автоматов. Например, счетный триггер можно использовать в игре по отгадыванию цвета индикаторов. Игра состоит в том, что ее участники поочередно нажимают кнопку «Стоп», прерывающую счет путем остановки мультивибратора, или разрывая цепь подачи импульсов на счетный вход триггера. Перед нажатием кнопки называется цвет индикатора. Выигрывает тот, кому большее число раз удалось отгадать цвет индикатора. Очевидно, что эта игра является электронным вариантом игры с подбрасыванием монеты. В схеме используется мультивибратор, собранный на (рис. 168). Он работает с частотой примерно равной 1 кГц, которая подбирается резистором и емкостью Естественно, что при большой скорости переключения триггера указать его положение в момент остановки можно только случайно. В цепи используются

светодиоды имеющие красное свечение, и типа имеющие зеленое свечение, которые подключаются к триггеру непосредственно или через микросхему Размещение деталей на передней панели показано на рисунке 169, б.

Как уже говорилось, «отгадывающий автомат» можно построить на основе дешифратора. Его работа определяется следующими правилами. Каждому имени соответствует определенный двоичный код, который подается на входы дешифратора, на одном из его выходов включается индикатор, показывающий выбранное имя. Если, например-, используется четырехразрядный дешифратор то с его помощью можно «отгадать» 15 имен, имеющих двоичные коды от 0001 до 1111. Для ввода кодов используются тумблеры или микропереключатели. Имена пишут на отдельных карточках, каждая карточка соответствует двоичному разряду. Если, например, имя записано только в четвертой карточке, то его код 0001, если в третьей и четвертой, то код . В каждой карточке пишется 8 имен, они повторяются в

Рис. 168. Схема мультивибратора

Рис. 169. Игра по отгадыванию цвета индикатора, часть схемы (а), передняя панель (б)

Рис. 170. Размещение деталей на лицевой панели отгадывающего автомата

разных карточках, поэтому догадаться о кодах имен и правилах работы автомата трудно.

Показ работы автомата осуществляется следующим образом. Зрителям предлагается задумать одно из 15 имен, затем последовательно показываются карточки и спрашивается, есть ли на них это имя. Если ответ утвердительный, то включается тумблер соответствующего разряда. После того как четырехразрядный код полностью набран, нажимается кнопка «Ответ» и загорается светодиод, расположенный рядом с выбранным именем. Размещение деталей на лицевой панели автомата показано на рисунке 170. Принципиальная схема автомата такая же, как у макета для изучения работы дешифратора на в нее только дополнительно вводится кнопка «Ответ», с тем чтобы светодиоды не загорались по мере набора двоичного кода (см. рис. 151).

Эту же схему (см. рис. 151) с небольшими изменениями можно использовать для изготовления модели «кодового замка». Юна состоит из четырех кнопок для набора двоичного кода, т. е. ввода «ключа», четырехразрядного дешифратора схемы и двух исполнительных устройств — электромагнита (соленоида), перемещающего защелку замка (ригеля) при правильном коде, и сигнального устройства, например звонка, включающегося при неверном коде. К соленоиду подходит один из 16 выводов дешифратора, все остальные объединяются и подключаются к сигнальному устройству. В качестве исполнительных устройств в модели используются светодиоды, в реальном замке для включения электромагнитов соленоида и звонка нужны транзисторные усилители мощности.

Можно значительно расширить список имен, известных «электронной гадалке», или повысить «секретность» замка, если увеличить число двоичных разрядов кода до пяти, тогда только одна из 32 комбинаций пятиразрядного двоичного кода оказывается правильной. С этой целью два дешифратора схемы объединяют для совместной работы. Осуществить это можно благодаря входам стробирования которые позволяют отключать дешифраторы при поступлении на них логической 1. При поступлении кодов от 00000 до работает дешифратор так как на его входы подается логический 0 — на постоянно, на до тех пор, пока в пятом разряде имеется логический 0 (рис. 172). При этом дешифратор отключен, так как на его вход с пятого разряда через элемент НЕ подается логическая 1.

Начиная с кода 10000 отключается первый дешифратор и включается второй. Тем самым дешифраторы последовательно

Рис. 171. Схема объединения двух дешифратов на

расшифровывают пятиразрядный код. Аналогично получают дешифратор на 64 выхода из четырех и двух инвертеров.