Схема электронной кости своими руками. Электронный кубик. Схема, описание. Современное положение дел

02.03.2021

Известно немало игр, в которых, например, число очков, набранных игроком. определяется броском игрального кубика. Нетрудно сделать и электронный «кубик» генератор случайных чисел. Схемы таких генераторов и описания встречаются в радиолюбительской литературе.

В последнее время получила популярность игровая система «Эпоха битв». Для неё в масштабе 1:72 выпускаются фигурки воинов наиболее интересных исторических эпох, осадные орудия, элементы местности и крепостей Теперь игрок может, с известной долей исторического реализма, попробовать себя на месте Мильтиада или какого-нибудь из наполеоновских маршалов.

Правила «Эпохи битв» довольно сложны Вероятность многих событий - попадания или промаха лучника, пробития доспехов и т.п. определяется с помощью двадцатигранного (!) кубика. Заменить его в случае потери или порчи затруднительно. К тому же, когда кубик оказывается на мягкой поверхности (например на ковре), чётко определить его верхнюю грань становится не так-то просто. Кроме того, для ряда целей в игре используется и классический шестигранный кубик. Всё это и побудило меня разработать конструкцию электронного «кубика», способного работать как 20-, так и как 6-гранный.

Однако реализация этой, простой на первый взгляд задачи далась не просто. Требуемые результаты были достигнуты только на четвёртом варианте устройства, который и предлагается вниманию читателей. Думаю, конструкция будет интересна и удобна радиоэлектронщикам - любителям настольных сражений.

Принцип действия устройства традиционный: на элементах D1.3, D1.4 собран задающий мультивибратор с частотой в несколько килогерц. При нажатии на кнопку S1 на вывод 5 элемента D1.2 подаётся высокий логический уровень, и импульсы мультивибратора проходят на счётчик D2. При отпускании кнопки счётчик останавливается в каком-то случайном положении, которое и индицируется. Для передачи чисел до 20 необходимо 5 двоичных разрядов, большинство же ТТЛ (транзисторно-транзисторная логика) счётчиков четырёхразрядные. Поэтому здесь применена КМОП микросхема К176ИЕ2. Этот счётчик экономичен, имеет в двоичном режиме счёта как раз 5 разрядов. а умеренное быстродействие обеспечивает хорошую помехоустойчивость. Для справки об управляющих входах микросхемы D2. На них поданы логические 1. Вход Е (выв. 2) - переключатель «счёт/загрузка», выбран режим счёта. Вход 2/10 (выв. 1) - переключатель двоичного или десятичного режима счёта, выбран двоичный режим.

1 - лицевая панель; 2 - декоративная накладка; 3 - светодиод (20 шт.); 4 - печатная плата; 5 -Z-образная скоба установки включателя (стальная пластина s1); 6 - крепление платы и скобы к корпусу (болт М3 с гайкой, 2 компл.); S1 - включатель; S2 - переключатель режимов

Большинство подобных устройств использует классический вывод на цифровые индикаторы. Однако он создаёт немало проблем, в частности из-за того, что там счёт начинается с 0, а не с 1, как это принято в игровых кубиках. Громоздкой получается и схема выбора диапазонов счёта. Поэтому пришлось остановиться на позиционной индикации. Но применённая микросхема дешифрирует только А двоичных разряда и, соответственно, имеет 16 выходных каналов. Как же быть с числами от 17 до 20? Классическое решение - поставить ещё один дешифратор громоздко и неэкономично, а главное - выходы КМОП счётчика просто-напросто не потянут сразу два адресных входа «дубовых» ТТЛ микросхем. А что, если использовать дешифратор D3 «по второму разу»? Благодаря элементу D1.1 мы имеем старший разряд адреса, как в прямом, так и в инверсном виде Теперь уже просто, с помощью транзисторов VT1, VТ2, включить нужную группу светодиодов. в зависимости от диапазона чисел. Этих групп три: HL 1-6 работают при 0 в пятом двоичном разряде, HL 17-20 - при 1, ну а на HL 7-16 питание можно подавать постоянно. Величина тока через светодиоды определяется резисторами R6, R8, R9. В устройстве он составляет около 7 мА. Это обеспечивает достаточную яркость индикации и в то же время не перегружает даже маломощную ТТЛШ (транзисторно-транзисторная логика с барьером Шоттки) микросхему К155ИДЗ. При использовании светодиодов нового поколения на гетероструктурах сопротивления упомянутых резисторов можно увеличить вдвое-втрое.

Выбор режима осуществляется переключателем S2. Как только счёт доходит до «запрещённых» 7 или 21 очка, через R11 на вход каскада на VT3 поступает лог. 0. Сигнал инвертируется, и подаётся вход сброса счётчика. Помимо логической функции каскад на VT3 выполняет и ещё одну функцию. Дело в том, что одной из проблем при совместной работе КМОП и ТТЛ микросхем является недостаточно высокое напряжение логической 1 последних. Здесь же оно усиливается практически до напряжения питания. В логике работы этого узла есть ещё одна особенность: в принятой системе дешифрации число 21 «отражается» на число 5, что может привести к преждевременному сбросу счётчика. Поэтому в 20-гранном режиме на VT3 через R10 подаётся инвертированный пятый разряд счётчика. Благодаря этому, при числах, меньших 16, транзистор открывается - и на входе сброса, счётчика будет лог.0. независимо от других сигналов. Во время отсчёта (при нажатой кнопке S1) светодиоды выбранного диапазона слегка подсвечиваются импульсами тока, «пробегающими» по ним Это позволяет убедиться в исправности схемы и всех светодиодов.

При использовании двухрежимного электронного кубика возможна следующая ошибка, работа в 6-гранном режиме, когда нужен 20-гранный. В результате может получиться, что мощная баллиста категорически откажется пробивать доспехи пехотинцев. Поэтому необходима эффективная индикация 6-гранного режима. Никакие ухищрения с цифровыми индикаторами не могут исключить ошибку по рассеянности. В предлагаемой же конструкции индикация 6-гранного режима осуществляется светодиодом HL7, являющимся своею рода визуальным ограничителем включённого диапазона отсчёта. Не заметить, что вместо одного искомого горят сразу два светодиода, невозможно, и ото - ещё одно достоинство принятой позиционной системы индикации. Чтобы не закоротить на землю выв. 7D3, он отделён от переключателя диодом.

Стабилизатор напряжения питания 5В (микросхема DА1) установлен непосредственно на плате устройства. Благодаря этому, для питания устройства можно использовать практически любые сетевые адаптеры с выходным напряжением в пределах 9 - 12 В, благо потребляемый ток не превышает 80 мА. Приемлемый вариант - 2 - 3 батареи 336, соединённые последовательно. Но в этом случае в конструкцию надо будет ввести выключатель питания.

О деталях: транзисторы VT1, VT2 могут быть любыми из серий КТ361, КТ203, VТ3 - n-p-n структуры, серий КТ315, КТ301, КТ312. Микросхема К176ЛА7 заменима на К561ЛА7. D3 - 155-й или 1533-й серии. Такие замены не требуют изменения разводки печатного монтажа. Только К1533ИДЗ может быть в более узком корпусе, но расположение выводов то же.

Однако может статься, что приобретение нужных микросхем окажется затруднительным. Практически вся продаваемая сейчас в магазинах «логика» - 1988 - 1992 гг. выпуска, и эти запасы кончаются. Остаётся заменять микросхемы на другие, аналогичного назначения. Так, в качестве D2 можно применить микросхему К176ИЕ1 - незатейливый 6-разрядный двоичный счётчик. В качестве D1 - микросхему с тремя элементами И-НЕ. В этом случае элемент D1.2 исключается, сигнал разрешения счёта заводится на один из входов D1.3. Применение D1.2 хорошо тем, что он ещё и формирует импульсы мультивибратора. Но счётчики будут работать и в таком сокращённом варианте схемы.

Напоминаю о необходимости соблюдения правил монтажа полупроводниковых приборов: КМОП микросхемы следует хранить завёрнутыми в фольгу, паять низковольтным паяльником с заземленным жалом. Особенно это касается микросхем ранних разработок, когда конструкторы неохотно шли на установку элементов защиты из-за снижения быстродействия В случаях применения паяных или в чём-то подозрительных микросхем используйте панельки. Светодиоды, особенно в пластмассовом корпусе, паять следует не ближе 10 мм от корпуса, желательно с использованим дополнительного теплоотвода.

Переключатель S2 – любой с тремя группами контактов на переключение. В рассматриваемом устройстве применены 2 кнопки П2К с зависимой фиксацией. Его контакты-штырьки с одной стороны укорачиваются. Кнопка S1 - типа КМ 1-1 или ей подобная. Подбор цветов светодиодов (например, первые 6 -другого цвета) читатели могут произвести по своему усмотрению. Конденсаторы С3, С4 - любые керамические, подходящие по габаритам.

Конструкция. Поскольку в устройстве не использовались супертехнологии вроде фотолитографии и металлизации отверстий, то развести все проводники печатным монтажом не удалось Оставшиеся соединения - 3 и 4 разряды распаивались монтажным проводом (удобнее всего МГТФ). На остро заточенном пинцете формируется колечко и надевается на вывод микросхемы. Остаётся только прикоснуться к нему паяльником. Аналогично большинство проводов к светодиодам также припаяно непосредственно к выводам D3, тем более, что индикаторы в корпусе устройства находятся со стороны фольги.

К DА1 прикручен радиатор из небольшой алюминиевой пластинки. В корпусе напротив него желательно сделать вентиляционные отверстия. Что касается корпуса и лицевой панели электронного «кубика», то они выполнены из коробочек, вырезанных из задней пластмассовой стенки старого телевизора.

Плата расположена деталями вниз и крепится к корпусу с помощью прямоугольной стойки и двух болтов М3 с потайными головками. Эту стойку, как и стойки крепления S2, лучше сделать из полистирола, что позволит приклеить их к корпусу. После этого к плате двумя гайками прикручивается металлическая скоба с кнопкой S1. Кнопка расположена так, что при нажатии на корпус она срабатывает.

Убедитесь в отсутствии заливов припоя и замыканий между дорожками. Проверьте полярность всех светодиодов. Правильно смонтированное из исправных деталей устройство не требует налаживания. Окончательную проверку правильности сборки и функционирования устройства можно провести очень эффектно: подключите параллельно С1 конденсатор ёмкостью около 0,33 мкФ. Нажмите S1 Если все собрано правильно. то вы сможете наблюдать красивый эффект бегущих огней в диапазоне, выбранном переключателем S2.

Лицевая панель прибора покрашена золотистой эмалью металлик под бронзу и стилизована под древнегреческий щит - гоплон.

Да поможет вам Афина Паллада (греческая мифическая богиня войны и победы, а также мудрости, знаний, искусств и ремёсел) в техническом творчестве и в бою!

А. ЛИСОВ. г. Иваново

Это устройство основано на генераторе случайных чисел и ориентировано на использование в качестве игры (например в кости, или качестве кубика в логических играх), а так же его можно использовать для определения победителя в каком-либо конкурсе путем жеребьевки...

Конструкция очень проста, и повторяема практически любым начинающим радиолюбителем, который имеет самый малый опыт работы с паяльником и знает специфику пайки микросхем. Она заключается в следующем:
1)Жало паяльника должно быть заземлено
2)Не нагревать вывод микросхемы дольше 5-8 секунд
Первый пункт можно опустить, если микросхема не боится статики (но к МК это не относится).

Итак, вот собственно схема девайса:

Сразу акцентирую внимание на отсутствии токоограничивающих резисторов, включенных последовательно со светодиодами. В данной схеме в них нет надобности, так как при напряжении питания 3,7V через светодиоды течет относительно небольшой ток, который микроконтроллер в состоянии выдержать (но если вы все же хотите перестраховаться, то на плате вполне достаточно места для включения последовательно со светодиодами резисторов в smd исполнении).

Как видите, размеры у платы довольно скромные (6 x 4,5 см).Если вы будете использовать печатную плату с топологией, которая приведена в этой статье, то внешний вид собранной платы будет таков:

Так как в этой конструкции плата выполнена в двухстороннем варианте, то может оказаться проблемной процедура впаивания панельки для микроконтроллера. В своей практике я пользуюсь таким методом соединения двух слоев платы:

Данный способ неплохо подходит для соединения маломощных печатных проводников, а так же там, где количество соединений такого типа невелико, иначе очень сложно все это пропаивать.

Теперь о прошивке. Я разрабатывал программу для МК в среде (проект к статье прилагается, там же имеется и проект в PROTEUSе). Программа работает следующим образом: при подаче питания на МК программа запускается, и ожидает нажатия кнопки. Как только кнопка будет нажата, вызывается переменная gsch(тип byte),и ей присваивается значение (это программный ГСЧ). Далее происходит оценка сгенерированного числа, с интервалом в 42 бита(если число <=42 битам, тогда на кубике высвечивается одна точка, если число больше 42, но меньше 84, то высвечивается две точки и т.д. Так же после отпускания кнопки число будет светиться до следующего нажатия.

Теперь о fuse-битах:

Так выглядит окно их установки в программе .

Детали, замены. В качестве управляющего элемента я использовал микроконтроллер семейства AVR, ATTINY2313, кварцевый резонатор нужно взять на частоту 8MHz, конденсаторы емкостью 22-33 пф, что же касается светодиодов, то они должны быть маломощными на номинальное напряжение 2V.

Ниже вы можете скачать исходники, прошивку, ПП, проект в и

20.09.2014
Предлагаемый автогенераторный ИИП (импульсный источник питания) имеет малые габариты и высокий КПД. Его особенностью является то, что магнитопровод импульсного трансформатора работает с заходом в область насыщения. При проектировании автогенераторных ИИП в большинстве случаев мощный трансформатор используют в линейном режиме, а маломощный переключательный — в режиме насыщении магнитопровода. Отдельные обмотки этих …
17.03.2017
Схема мультивибратора на элементах И-НЕ показана на рисунке 1. Схема имеет два состояния: в одном состоянии элемент DD1.1 закрыт, а DD1.2 открыт, в другом — все происходит наоборот. Например, если элемент DD1.1 закрыт, DD1.2 открыт, при этом конденсатор С2 заряжается выходным током элемента DD1.1, протекающим через резистор R2. Напряжение на …
22.06.2015
Шунты измерительные стационарные взаимозаменяемые 75ШИС (далее - шунты), номинальным падением напряжения 75 мВ предназначены для расширения диапазонов измерений показывающих регистрирующих приборов постоянного тока, применяемых на различных объектах сферы обороны, безопасности промышленности. ОПИСАНИЕ Конструктивно шунты выполнены виде перемычек манганина, соединенных методом пайки наконечниками из латуни или меди, укрепленных на пластмассовом основании …
06.10.2014
Это простой индикатор уровня сигнала для звуковоспроизводящей аппаратуры, схема адаптирована к различным потребностям пользователей. Может быть адаптирована к различным уровням входного сигнала- TR1 (регулировка уровня входного напряжения), TR2 (регулировка усиления). Принцип работы: после усиления ОУ на TL017 сигнал выпрямляется диодами D1-D2 (в дальнейшем используется только положительная полуволна сигнала), далее сигнал …

Конструкция, описание которой представлено ниже, выполняет функции игрового кубика, но имеет перед ним то преимущество, что не требует бросания реального кубика по горизонтальной поверхности. Основой устройства является индикатор, состоящий из семи светодиодов HL1-HL7 (рис. 1), расположенных так, чтобы высвечивать конфигурацию любой из шести граней кубика.

В соответствии со структурной схемой (рис. 2) устройство содержит генератор импульсов, счетчик, преобразователь кода (дешифратор) и вышеупомянутый светодиодный индикатор.

Принципиальная схема устройства изображена на рис. 3. На элементах DD1.1- DD1.3 микросхемы DD1 по стандартной схеме собран генератор импульсов. Импульсы подаются на вход С2 (вывод 1) счетчика, выполненного на микросхеме DD2. Благодаря обратным связям на входы & и R (выводы 3 и 2) счетчик работает с коэффициентом пересчета 6. Диоды VD1-VD5, элемент DD1.4 и элементы микросхемы DD3 образуют преобразователь двоичного кода в "код граней кубика". Сигналы последнего подаются на светодиоды HL1-HL7, индицирующие выпавшее число. Для ограничения тока через светодиоды установлены резисторы R2-R8.

Работает устройство так: пока контакты кнопочного выключателя SB1 разомкнуты, генератор подает тактовые импульсы на счетчик и на индикаторе с большой частотой переключаются светодиоды, индицируя "грани кубика" последовательно от 1 до 6. Как только контакты SB1 замкнут, нажав на кнопку, генерация импульсов прекратится. На выходах микросхемы DD2 зафиксируется число в двоичном коде, а на индикаторе - соответствующее "выпавшее число". Таким образом, чтобы "запустить" кубик, надо включить его выключателем SA1, а чтобы остановить - нажать кнопку выключателя SB1.

Теперь скажем несколько слов о конструкции и деталях устройства: микросхемы DD1 и DD3 - К155ЛАЗ, К555ЛАЗ; DD2 - К155ИЕ5, К555ИЕ5; диоды VD1 - VD5 - КД522Б или серий КД102, КД103; резисторы R2-R8 любые, подходящие по размерам, номиналом от 120 до 470 Ом (от их сопротивления зависит яркость свечения диодов индикатора); конденсатор С1 должен быть керамическим, его допустимо заменить оксидным емкостью 1...2мкФ. При отсутствии таких конденсаторов можно использовать два оксидных полярных (электролитических), включив их последовательно, "навстречу" друг другу.

Все детали электронного кубика, кроме кнопочных выключателей SA1, SB1 и батареи, монтируют на печатной плате размерами 57x70 мм, эскиз которой показан на рис. 4.

Всю конструкцию помещают в пластмассовый футляр подходящих размеров (рис. 5). Питание устройство получает от плоской батареи напряжением 4,5 В. Потребляемый ток при использовании микросхем серии К155 составляет примерно 40 мА.

В заключение - о расширении игровых возможностей и изменении схемы кубика. Если емкость конденсатора С1 увеличить до 50-100 мкФ, а вместо постоянного резистора R1 поставить переменный, с большим сопротивлением, то частоту переключения индикатора можно будет изменять в широких пределах. Тогда, при малых значениях сопротивления резистора R1, выпавшее значение на индикаторе носит случайный характер (устройство выполняет функцию кубика). При больших значениях сопротивления резистора R1 частота переключений "граней кубика" уменьшается, что позволит визуально контролировать и фиксировать число на индикаторе (игры на реакцию).

Устройство можно существенно упростить, если из структурной схемы (см. рис. 2) исключить счетчик и сразу преобразовывать импульсы генератора в коды индикатора. Этого можно добиться, используя три D-триггера, например, входящих в микросхему К155ТМ8, соединив их в кольцевой счетчик. Схема модифицированного устройства показана на рис. 6, а временная диаграмма работы по выходам триггеров (точки А, В, С и D) - на рис. 7.

Генератор импульсов собран на логических элементах микросхемы DD1. Прямоугольные импульсы с его выхода (вывод 8) подаются на счетный вход микросхемы DD2 (вывод 9). По фронту четвертого импульса, благодаря обратным связям через элемент DD1.4, происходит обнуление триггеров (в начале седьмого такта). В остальном работа устройства происходит так же, как и предыдущего. Печатная плата для этого варианта электронного кубика не разрабатывалась.

1)Жало паяльника должно быть заземлено

2)Не нагревать вывод микросхемы дольше 5-8 секунд

Первый пункт можно опустить, если микросхема не боится статики (но к МК это не относится).

Итак, вот собственно схема девайса:

Плата устройства:

Теперь о прошивке. Я разрабатывал программу для МК в среде Flowcode (проект к статье прилагается, там же имеется и проект в PROTEUSе). Программа работает следующим образом: при подаче питания на МК программа запускается, и ожидает нажатия кнопки. Как только кнопка будет нажата, вызывается переменная gsch(тип byte),и ей присваивается значение (это программный ГСЧ). Далее происходит оценка сгенерированного числа, с интервалом в 42 бита(если число <=42 битам, тогда на кубике высвечивается одна точка, если число больше 42, но меньше 84, то высвечивается две точки и т.д. Так же после отпускания кнопки число будет светиться до следующего нажатия.

Теперь о fuse-битах: