Hra BEHÚŇ z logických obvodov
Behúň je primitívna elektronická hra zložená z logických obvodov. Hlavným dôvodom, prečo bolo toto zapojenie
navrhnuté, je potreba elektrického obvodu z logických obvodov pre žiakov na súbornú prácu. Ďalším dôvodom je demonštrácia
zložených a sekvenčných logických obvodov, ako je čítač, dekodér či posuvný register.
Názov „Behúň“ pomenúva bežiace svetlo z 10 LED. Úlohou hráča je „odchytiť“ predposlednú LED behúňa.
Ak sa podarí hráčovi odchytiť predposlednú LED štyrikrát za sebou, hráč sa stáva víťazom. Aby boli žiaci viac inšpirovaní
a motivovaní, žiaci si svoje výrobky môžu medzi sebou prepojiť a tak medzi sebou súťažiť. Z obvodu sú vyvedené rôzne meracie
body, vďaka ktorým je možné žiakom ukázať, ako jednotlivé obvody fungujú.
Zapojenie obvodu je na obrázku 1. Základom hry je bežiace svetlo, ktoré je tvorené z LED1 - LED10,
rezistorov R1 - R10, dekodéra BCD na 1 z 10 (IC1 - 74HC42) a dekadického čítača (IC2A - 74HC390). Čítač IC2B je pripojený
na čítač IC2A v kaskádovom zapojení. To znamená, že čítač IC2B počíta, koľko krát prebehne bežiace svetlo. Výstup čítača IC2B
je vo formáte BCD a je vyvedený na konektor JP1. Ako bude vysvetlené ďalej, vďaka tomu výstupu je možné doplniť zapojenie o
náhodnú zmenu rýchlosti behúňa. Odchyt predposlednej LED (výstup Q8) je riešený tak, že signál Q8 sa neguje hradlom NOT
(IC4F - 74HC14) a privádza sa na sériový vstup posuvného registra (IC3 - 74HC164). Tento signál je nutné
negovať kvôli tomu, že všetky výstupy dekodéra (IC1) sú negované. Preto aj LED1 až LED10 sú pripojené anódou na +5V.
Signál pre odchyt sa generuje tlačidlom S1 s názvom „Chyť“. Ten prechádza cez RC (R19, C4) člen, ktorý s
hradlom IC4B utlmujú zákmity tlačidla. Ďalej je tento signál privedený na časový vstup CLK posuvného registra (IC3),
čo spôsobuje, že stav z dekodéra Q8 sa načíta do posuvného registra. Tlačidlom S2 s názvom „Reset“ sa vynulujú čítače
aj posuvný register. Hoci posuvný register disponuje ôsmimi výstupmi, v našom zapojení využívame iba štyri. Tie sú vyvedené
cez rezistory (R13 až R16) do LED11 -LED14.
Diódy D1 až D4 s rezistorom R12 a hradlom IC4A tvoria, logicky, člen NAND, ktorý generuje signál /WIN.
Tento signál nesie informáciu o tom, že hráč nazberal všetky štyri body a je nutné zobraziť stav výhry (R23 a LED16) a
zastaviť oscilátor (D5 a R21). Poslednou časťou zapojenia je oscilátor tvorený hradlom IC4D. Pri tlačidle S1, ale aj pri
oscilátore, je využitá vlastnosť obvodov 74HC14. Ide o hradlá NOT, ktoré majú vstup ošetrený Schmittkovým klopným
obvodom. To znamená, že obvod zdeteguje na vstupe log. 0 až keď vstupné napätie klesne pod 1,4V a naopak, ak napätie
stúpne na úroveň 2,4V, obvod ho vyhodnotí ako log. 1. Na napätie v rozmedzí 1,4V až 2,4V obvod nereaguje a zostáva
v poslednom nastavenom stave (pamätá si predchádzajúci stav).
Oscilátor tvoria okrem hradla aj rezistor R25, trimer R26 (rýchlosť behúňa) a kondenzátor C5. Kvôli možnosti prepojenia
viacerých hráčov, bolo nutné prepojiť oscilátor cez konektor JP3. Pri individuálnej hre je nutné prepojiť prepojkou (jumper)
kolíčky 3 a 4 (konektor JP3). Na konektor sú okrem oscilátora vyvedené signály /RESET (zosynchronizuje čítače a posuvné
registre všetkých hráčov) a /WIN (má za úlohu pri výhre zablokovať oscilátor).
Na obrázku 2 je schéma prepojenia viacerých hráčov. Prvý hráč je postavený ako Master (hlavný).
Všetci účastníci budú využívať oscilátor práve tohto to hráča. Konektor JP1.1 odoberá signál, ako už bolo spomínané, práve
z druhého dekadického čítača. Tieto signály sa prevedú diódami D3 až D6 a rezistormi R5 až R8 na LED1. Rezistory by mali mať
náhodné hodnoty, no najlepšie 1K, 2k2, 4k7 a 8k2 osadené v náhodnom poradí. To spôsobí, že po každom behu „behúňa“
bude LED1 svietiť iným jasom. LED1 svieti priamo na fotorezistor RF1, ktorý je cez trimer R9 pripojený (konektor JP3.1)
na oscilátor, a tak ovplyvňuje jeho frekvenciu. Ako veľmi ovplyvňuje fotorezistor oscilátor a celkovo hru, je možné nastaviť
práve trimrom R9. Výstup oscilátora je, logicky, negovaný oproti vstupu. Preto je nutné výstup oscilátora z Master negovať
(tranzistor Q1,rezistory R3 a R4) a priviesť na vstupy oscilátorov ostatných hráčov. Takto budú všetci hráči taktovaní rovnako.
Okrem taktu sa po zbernici prenášajú aj signály Reset a Halt (zastav). Svojím spôsobom je HALT vlastne vstup
oscilátora Master a podobne, ako v samotnej hre, aj tu sa pri výhre niektorého z hráčov prenesie signál z výhry /WIN
(R1, R2, D1, D2) na vstup oscilátora a zablokuje ho. Nakoniec je nutné dodať, že medzi LED1 a fotorezistorm RF1 je priama svetelná
väzba a nie je tam žiaduci vplyv iných svetelných zdrojov. Preto je najlepšie spojiť fotorezistor a LED v nejakej trubičke,
ktorá nie je priesvitná.
Plošný spoj žiaci leptajú pomocou fotocesty. Strana spojov je ošetrená chémiou pre lepšie spájkovanie. Následne sa vyvŕtajú
dierky a začne sa osadzovať rezistormi SMD, prepojom, pasívnymi súčiastkami a nakoniec aktívnymi súčiastkami. Po osadení plošný
spoj skontrolujem a obvod sa pripojí na zdroj s obmedzenou prúdovou poistkou.
Zoznam súčiastok hry:
R1 - R10, R13 - R16 - 470Ω SMD 0805
R11, R20 - R22 - 100Ω
R12, R17 - R19 - 10kΩ
R23 - R25 - 1kΩ
R26 - Trimer 100kΩ veľkosť CA14V
C1 - C3 - 100nF MLCC raster 2,5
C4 - 1µF
C5 - 10µF
D1 - D5 - BAT42
D6 - 1N4004
LED1 - LED10 - LED 5mm (farba behúňa)
LED11 - LED15 - LED 3mm (farba nazberaných bodov)
LED16 - LED 5mm (farba výhry - zelená)
IC1 - 74HC42N (alebo LS)
IC2 - 74HC390N
IC3 - 74HC164N
IC4 - 74HC14N
S1, S2 - Tlačidlo TACT 6x6
JP1 - JP4 - Hrebienková lišta 2,5
X1 - DG300 - 5.0 - 02
Zoznam súčiastok interface:
R1, R2 - 100Ω
R3 - 10kΩ
R4 - 2k2
R5 - R8 - Náhodné rezistory od 1KΩ do 10KΩ
R9 - Trimer 100kΩ
RF1 - Fotorezistor
D1 - D6 - BAT42
Q1 - BC548 (UT-NPN)
LED1 - Červená 5mm
JP1.1 - JP3.3 - samica hrebienkovej lišty