Zdá se vám, že pojem digitální elektronika v sobì musí nutnì obsahovat nìco složitého a tìžko pochopitelného? Nikoliv! Vìøíme, že stavebnice Voltík

Transkript

1 Úvod Zdá se vám, že pojem digitální elektronika v sobì musí nutnì obsahovat nìco složitého a tìžko pochopitelného? Nikoliv! Vìøíme, že stavebnice Voltík III. vás o tom pøesvìdèí. Principy digitální neboli èíslicové elektroniky jsou vlastnì velice jednoduché a s pomocí digitálních elektronických souèástek lze sestavit spoustu zajímavých, ale i zábavných a nìkdy i užiteèných "zaøízeníèek". Stavebnice vám usnadní osvojit si základy digitální techniky a principy logických funkcí, umožní vám pochopit funkce základních èíslicových obvodù a poskytne vám mnoho hodin zábavy pøi sestavování a provozování elektronických modelù z této pøíruèky. Stavebnice obsahuje pracovní panel osazený elektronickými souèástkami, jejichž vývody jsou pøipojeny na kontaktní zdíøky. Obsahuje rovnìž sadu propojovacích vodièù a upevòovacích kolíkù, kterými se pøi tvorbì elektronických modelù vodièe upevòují v kontaktních zdíøkách. K sestavování elektronických modelù tedy nepotøebujete pájeèku, pouze je nutné vložit do prostoru na boku pracovního panelu tužkové baterie. Kromì elektronických modelù popisovaných v této pøíruèce mùžete, po zvládnutí základù, vytváøet i své vlastní obvody, neboť stavebnice obsahuje všechny základní logické èleny (ND, OR, INVERT), èítaè, pamìť a èasovaè, což spolu s ostatními pasivními souèástkami vytváøí dostateèný prostor pro volné experimentování. Stavebnice je urèena pro všechny, kteøí mají zájem poznat zákonitosti digitální techniky. Sestavování elektrotechnických modelù se provádí mechanickým propojováním zdíøek podle seznamu propojù nebo schématu. Je nutná peèlivost a pozornost, protože omyl v umístìní vodièe mùže znamenat znièení nìkteré elektronické souèástky. Na tyto situace jsme ovšem pøi konstrukci stavebnice pamatovali a vadnou souèástku je možno (rovnìž bez pájení) snadno vymìnit vysunutím z patice po odejmutí èerného plastového krytu panelu. Pokud se rozhodnete, že chcete mít nìkterý z modelù sestaven natrvalo mimo pracovní panel Voltíka III., rádi vám pošleme sadu potøebných elektronických souèástek vèetnì plošného spoje. Vìøíme, že vás stavebnice svou pestrostí zaujme. Pøípadné pøipomínky èi kritiku nebo tipy na zlepšení vítáme. Od ledna roku se již také mùžete podívat na naši internetovou stránku: kde hodláme zveøejòovat rozšíøení našich stavebnic a aktuální nabídku našich vzdìlávacích her a hlavolamù. Pøíjemnou zábavu pøejí autoøi.

2 Jak se stavebnicí zacházet? V zájmu vaší spokojenost pøijmìte, prosím, nìkolik zásad, které sníží riziko zklamání z nefunkèního modelu, èi znièené souèástky: - tužkové baterie (R--,V) vložte správným smìrem do pouzdra na boku pracovního panelu podle vyobrazení baterií v levé èásti panelu. - Nepoužívejte rùznì vybité baterie. - Odizolované konce vodièù upevòujte do zdíøek podle obr. gumovými kolíky tak, aby byly ve spolehlivém kontaktu. Jen tak mùže tímto spojením procházet elektrický proud a modely mohou správnì fungovat. Pokud se drát zdíøky jen lehce dotýká a není poøádnì upevnìn gumovým kolíkem, proud sice mùže protékat, ale toto nekvalitní spojení pùsobí jako nežádoucí elektrický odpor, což mùže u nìkterých modelù narušit jejich funkci. - Dodržujte "Seznamy propojù", jsou sestaveny tak, aby se elektronický obvod tvoøil systematicky a s minimálním rizikem špatného nebo vynechaného propoje. - aterie vkládejte do pouzdra až po kontrole zapojení. Pøi zapojování obvodu staèí vytáhnout z pouzdra jen jednu baterii - pøeruší se tak napájení zdíøek U+ a U- a bìhem propojování, kdy se dráty na panelu mohou dotýkat nekontrolovanì rùzných zdíøek, nehrozí, že byste omylem nìjakou souèástku znièili. Vždy pøed vložením baterie zkontrolujte správnost zapojení a kvalitu pøipojení vodièù ve zdíøkách (jestli nejsou uvolnìné nebo zastrèené pøíliš hluboko - viz obr.d). - Nesprávnì fungující model odpojte od napájení. Model, který nefunguje podle návodu, pøedznamenává chybu v zapojení a taky pravdìpodobnou možnost, že je nìkterá souèástka elektricky pøetìžována. Vypnìte proto neprodlenì napájení buï vyjmutím baterie z pouzdra na boku panelu nebo vytažením vodièe ze zdíøky U- a pokuste se chybu odhalit a odstranit. Doporuèujeme nejprve zkontrolovat kvalitu upevnìní vodièù ve všech zdíøkách a volné vodièe upevnit, pokud ani poté neplní model svou funkci, zkontrolujte propoje podle "Seznamu propojù". Pokud je chyb v zapojení více, je rychlejší a spolehlivìjší všechny vodièe z panelu odstranit a zapojit model znovu s vìtší peèlivostí. C D obr. - zpùsob upevòování vodièù v kontaktních zdíøkách

3 Seznamy propojù Vodièe Stavebnice Voltík III. obsahuje propojovací vodièe o tøech rùzných délkách. Délku vodièù vyjádøuje v textu "Seznam propojù" poèet pomlèek: cm dlouhé vodièe (velikost è.) jsou oznaèeny " - ", cm dlouhé vodièe (velikost è.) mají znaèku " - - ", cm dlouhé vodièe (velikost è.) se znaèí " ---". Podle PØÍKLDU (na této stránce vpravo) si tedy pøed zapoèetím zapojování pøipravíte dráty vel.è., drát vel.è. a dráty vel.è.. Seznam propojù Seznam propojù udává, které zdíøky na pracovním panelu je nutno propojit, aby model fungoval podle návodu. V našem pøíkladu tedy vezmete pøipravený vodiè vel.è. a upevníte jeden jeho odizolovaný konec do zdíøky L na pracovním panelu pomocí upevòovacího kolíku (podle obr. ) a druhý konec upevníte stejným zpùsobem do zdíøky L. Dále upevníte vodiè vel.è. do zdíøek L a, pak vodiè vel.è. do zdíøek L a U+, potom upevníte vodiè vel.è. do zdíøek L a L a nakonec spojíte vodièem vel.è. zdíøky L a U-. Pøi zapojování postupujte po jednotlivých øádcích "Seznamu propojù" shora dolù a velmi se osvìdèilo posouvat si po seznamu nìjaké ukazovátko (tøeba kousek papíru, který zakrývá dosud neprovedené spoje), abyste na nìjaký propoj nezapomnìli. PØÍKLD L-L L- L---U+ L--L L---U- To je vše, co potøebujete vìdìt a nyní se mùžete pustit do díla. Pøejeme vám pøíjemnou zábavu. VROVÁNÍ NIKD NEPØIPOJUJTE VOLTÍK N ELEKTRICKOU ZÁSUVKU VE STÌNÌ NEO JINÉ ELEKTRICKÉ ZØÍZENÍ!!! MOHLI STE SE VELMI VÁŽNÌ, I SMRTELNÌ ZRNIT ZPÙSOIT VELKÉ ŠKOD!!! Obsah stavebnice Pracovní panel Pøíruèka "Prùvodce stavebnici" Upevòovací kolíky Propojovací vodièe LaU, ks ks ks ks délka cm ks délka cm ks délka cm

4 Seznam souèástek Stabilizátor napìtí použitých ve stavebnici Voltík III. LM7L Nastavovací odpory regulátoru 7 Ohm, Ohm Pamìť Èítaè 7HC9 x invertor - Schmittùv klopný obvod 7HC x èlennd 7HC x èlen OR 7HC Èasovaè Diody NE 9 x N Odpory (,W, %) Váhové odpory Odpory u tlaèítek Ochranné odpory pro svítivky Tištìné odpory k ošetøení vstupu R - k Ohm R - k Ohm R - k k, k+k, k, k, k, 7k, k, M x k Ohm x Ohm x cca M Kondenzátory C - n, C -,7µ, C µ, C - 7n Zálohovací kondenzátor pamìti µ Potenciometr Svítivky kustický mìniè Tlaèítka PTNVK - kohm ks m- èervená O mm piezo O 7mm x tact - switch

5 Experimenty s logickými obvody dle libosti - zásady Logické èleny ND, OR, INVERT obsažené ve vaší stavebnicí mùžete libovolnì propojovat s tlaèítky a polem svítivých diod a vytváøet tak své vlastní kombinaèní obvody. Je jen nìkolik zásad, které je nutno dodržet, abyste souèástky neznièili..) V žádném pøípadì nepøipojujte neovìøené externí napájení (obvody CMOS použité ve stavebnici mají minimální spotøebu, takže baterie by vám mìly vydržet dlouho)..) Výstupy logických obvodù "" nesmíte pøipojit pøímo na " + " nebo " ". Viz obr.a..) Výstupy logických obvodù "" nesmíte propojovat vzájemnì. Viz obr.b. Poznámka. Výstupy jsou na panelu oznaèeny oranžovì pro zvýšení pozornosti, vstupy jsou oznaèeny zelenì a mùžete je pøipojit kamkoliv na panelu bez jakéhokoliv rizika. Pokud nìkterou ze zásad.),.) omylem porušíte, nemìlo by dojít ke znièení obvodu okamžitì, ale až po jisté dobì, kdy se obvod znièí teplem, které uvnitø nìho pøi špatném zapojení vzniká. Pokud chcete, aby vám baterie vydržely dlouho, nezapojujte pøíliš velký poèet svítivých diod. Pokud svítí, mají mnohem vyšší spotøebu než samotné logické obvody. Poznámka. Pro volné experimenty s pamìtí doporuèujeme prostudovat si pøedem vhodnou literaturu. Pamìť je nejcitlivìjší souèástkou stavebnice a nesprávný zpùsob zapojení mùže zpùsobit její znièení. & N OR 7 CT Q až Q POT k v krajní poloze jezdce teèe potenciometrem proud, který jej znièí obr.a - nepøípustná zapojení N & OR CT N & OR Q až Q obr.b - nepøípustná zapojení 7

6 Pìt gramù teorie Digitální èíslicová technika, do jejíchž tajù budete moci díky této stavebnici nakouknout, je všude kolem nás, aniž si to nìkdy uvìdomujeme. Poèítaè, video, automobil, mikrovlná trouba nebo moderní vysavaè jsou øízeny tzv. logickými elektronickými obvody, které vyhodnocují okamžitou situaci uvnitø pøístroje a v okolí a podle programu, který do výrobku vložil konstruktér, konají pøíslušnou èinnost. Vezmìme si tøeba automatickou praèku. Jejím srdcem je chytrá krabièka, z níž vede spousta drátù, tzv. programátor - složitý logický elektronický obvod, který hlídá chod praèky. Napø. jestli jsou zavøená dvíøka, jestli je napuštìno dost vody a zda je teplota vody dostateèná. Výše uvedené skuteènosti jsou pro programátor VSTUP. Podle vloženého programu potom programátor ovládá prùbìh procesu praní. Svými výstupy postupnì zapíná napø. motor, ohøívaè vody, ventil pro napouštìní vody nebo èerpadlo na vypouštìní vody. Programátor mùže napøíklad zaèít napouštìt vodu nebo roztáèet buben, až když jsou zavøená dvíøka, mùže zapnout vyhøívání vody, až když je voda napuštìna. Mùže zaèít ždímat, až když je voda vyèerpána atd. Tyhle ZÁVISLOSTI VÝSTUPÙ na VSTUPECH se nazývají LOGICKÉ FUNKCE a jejich modelování si budete moci v široké míøe vyzkoušet. Z tohoto jednoduchého pøíkladu plyne pár zjednodušených faktù o logických obvodech, které je dobré si zapamatovat a pro základní pøehled budou staèit.. Logické obvody mají své VSTUP, na které jsou pøipojena tøeba tlaèítka.. Logické obvody mají své VÝSTUP, kterými se napøíklad rozsvìcují svítivky.. Logické obvody mají vnitøní strukturu, která urèuje, jak se mají stavy vstupù projevit na výstupech.. Na výstupech logických obvodù se vyskytují pouze dva stavy, které se mìní skokem (ne plynule) - LOGICKÁ JEDNIÈK a LOGICKÁ NUL, zkrácenì LOG ("") a LOG (""). To, zda je výstup nìkterého logického obvodu vaší stavebnice ve stavu LOG poznáte tak, že je na nìm napìtí asi,v, což je velikost stabilizovaného napájecího napìtí na panelu a mùžete tímto napìtím tøeba rozsvítit svítivou diodu neboli LED (jinak øeèeno svítivku). Pøi LOG bude na výstupu napìtí blízké V a pøipojená svítivka zùstane zhasnuta. Rovnìž mùžete výstup pøipojit na vstupy jiných logických èlenù a vytváøet tak logické struktury plnící funkce podle požadavkù. Zdíøky vstupù logických obvodù jsou na panelu vaší stavebnice oznaèeny zelenì, zdíøky výstupù oranžovì. Toto je vše z úvodní teorie a další vlastnosti logických obvodù si mùžete ovìøit prakticky pøi stavbì elektronických modelù z této pøíruèky.

7 elektronických digitálních modelù MODELOVÁ ÈÁST

8

9 . Vyzkoušejte si pole svítivých diod! Ve vìtšinì elektronických modelù v této pøíruèce budete používat jako svìtelný ukazatel univerzální pole -ti svítivých diod - PSD pøipojené ke kontaktním zdíøkám panelu podle obr... Toto uspoøádání svítivek vám nabízí bezpoèet možností zobrazování rùzných grafických znakù. Mùžete libovolnì rozsvìcovat rùzné skupiny svítivek kombinací propojení osmi zdíøek svítivkového pole k napájecímu napìtí èi výstupùm logických obvodù. Vnitøní uspoøádaní panelu znemožòuje znièení kterékoliv svítivky jakýmkoliv pøipojením k ostatním zdíøkám panelu, takže beze strachu experimentujte! L PSD - pole svítivých diod L LED - LED -7 LED - L L- PSD L-7 L- LED -"nesvítí" ochranné odpory L LED - LED - LED - LED - LED -7 LED -7 LED -7 LED -7 LED - LED - LED - LED - L L L- L- - - L-7 L L- L- - - L L L PSD LED -"svítí" obr... vnitøní zapojení PSD obr... umístìní a pojmenování jednotlivých svítivek na panelu obr... zjednodušený symbol PSD používaný ve schématech by se svítivá dioda rozsvítila, musí jí protékat elektrický proud v propustném smìru - obr..., opaèným smìrem proud neprochází a svítivka nesvítí - obr... ochranný odpor "nesvítí" "svítí" obr... obr... Pøipojte tedy kteroukoliv ze zdíøek L - L - L - - na U+ a nìkterou ze zdíøek L, L7, L na U- a rozsvítí se svítivka v prùseèíku øady L až se sloupcem L až L. Napø. pro rozsvícení svítivky v pravém horním rohu (viz obr...) je tøeba pøipojit L na U+ a L na U-.

10 Pokud chcete rozsvítit celý první sloupec, pøipojte L, L, L, a (zároveò) na U+ a L na U- viz obr... Celou øadu L lze rozsvítit zapojením L na U+ a L - L7 - L (zároveò) na U- viz obr..7. Podobnì mùžete rozsvìcovat rùzné skupiny svítivek pøipojením nìkterých øad L až na U+ a vybraných sloupcù na U-. Pro inspiraci uvádíme nìkolik pøíkladù vèetnì seznamù propojù na panelu. U+ L L L U- obr... L-L L-L L- - L---U+ L---U- L L U+ L U- obr..7. L---U+ L-L7 L7-L L---U- Další pøíklady pro inspiraci. U+ L L L L-L L---U+ L-L7 L---U- U+ L L L L-L L- L---U+ L-L L---U- U- U- U+ L L L L---U+ L7---U- U+ L L L L- - L---U+ L7-L L7---U- U- U- U+ L L L U- L-L L- L---U+ L-L7 L7-L L---U- U+ L L L U- L-L L-L L- - L---U+ L-L L---U-

11 . Vyzkoušejte si univerzální pole spínaèù! Pole spínaèù slouží ve stavebnici Voltík III. k nastavování logických hodnot (LOG, LOG) na vstupech logických obvodù. Mimoto jsou spínaèe S až S pøipojeny pøes váhové odpory a diody na spoleèný vývod, což oceníte pøi sestavování napøíklad hrací skøíòky (návod è.), protože tento zpùsob vnitøního zapojení pole spínaèù umožòuje kombinacemi S až S nastavovat po malých krocích celkový odpor mezi svorkami S a S a ladit tak kmitoèet bzuèáku s obvodem. Pokud spínaèe pøipojíte patøièným zpùsobem ke vstupùm pamìti, mùžete okamžitou kombinaci sepnutých a nesepnutých spínaèù S až S zapsat do pamìti a v režimu ètení ji pak automaticky vyvolat. Podrobnìji však v dalších návodech. K vyzkoušení pole spínaèù zapojte obvod podle schématu na obr... Pokud již umíte trochu èíst elektrotechnická schémata, všimnìte si, že když pøivedete "+" na zdíøku S, tak po sepnutí nìkterého spínaèe S až S se objeví "+" (neboli LOG) na pøíslušné zdíøce. Nyní si ušetøíte pøepojování drátù k svítivkám, což bylo nutné v návodu è. a mùžete rozsvìcet øad pole svítivek pomocí spínaèù S až S, spínaèe S až S použijeme pozdìji. L L L S S S S S S S7 S S S U- U+ S---L S---L S---L S--- S--- L-L7 L7-L L---U- S---U+ obr... - pøipojení spínaèù S až S k svítivkám

12 Úvod do logických funkcí Pøibližme si nyní, co to vlastnì logické funkce jsou a k èemu nám mohou být dobré. Kromì toho, že si na následujících schématech mùžete sami prakticky vyzkoušet to, co ve fyzice vidíte jen v uèebnicích, jsou také logické funkce základ znalostí o digitální technice a jejich pochopení vám umožní tøeba návrh vlastních digitálních elektronických modelù. Logická funkce vyjádøuje vztah mezi vstupními a výstupními hodnotami, podobnì jako v algebøe. Napøíklad souèin:.=c, kde vstupní hodnoty jsou èinitelé a a výstupní hodnota souèin je C. Existuje funkce logický souèin:.=c, kde velièiny, i C mohou nabývat pouze hodnot "logická " nebo "logická " (LOG - LOG, -, "zapnuto" - "vypnuto", LOW - HIGH, L - H). Na rozdíl od algebraických funkcí, které lze pomìrnì složitì modelovat elektrickými obvody, mají logické funkce v elektronice jednoduché vyjádøení, jak se brzy pøesvìdèíte a lze je snadno modelovat pomocí spínaèù nebo elektronických logických èlenù. V praxi to znamená, že propojíte logické èleny se spínaèi a výstupními indikátory (nejlépe svítivkami). Spínaèi si nastavíte hodnoty vstupních velièin a Voltík vám vaši logickou úlohu "vyøeší" - svítivky ukáží logický výsledek. Pøehled logických funkcí, které si mùžete vyzkoušet ve stavebnici Voltík.: INVERT - inverze - opak - negace schematická znaèka zapojení pomocí logických èlenù obsažených ve stavebnici Voltík. ND - konjunkce - a zároveò OR - disjunkce - nebo NND - negace ND NOR - negace OR XNOR - ekvivalence - shoda

13 . Základní logické funkce - INVERT - negace - opak Zaènìme nejjednodušší logickou funkcí - negací (inverzí). Elektronický obvod, který má tuto funkci, pøevede vstupní hodnotu na opaènou a ta se objeví na výstupu. Pokud je tedy na vstupu logická jednièka - LOG, potom se na výstupu objeví logická nula - LOG a naopak. Zapojte obvod podle schématu na obr... nebo seznamu propojù a sledujte svítivky L- a -. Správná funkce obvodu je: trvale svítí -, po zmáèknutí tlaèítka TL se rozsvítí L- a - zhasne. Svítivky se rozsvìcují inverznì. Indikace: L- indikuje stav na vstupu logického èlenu N - indikuje stav na výstupu logického èlenu N stisknuté tlaèítko - LOG uvolnìné tlaèítko - LOG svítivka "svítí" - LOG svítivka "nesvítí" - LOG bychom si ušetøili zdlouhavé popisování logických funkcí slovy, mùžeme vztahy mezi vstupy a výstupy vyjádøit funkèní tabulkou na obr... INVERT INVERT stav na vstupu stav na výstupu vstup výstup LOG LOG LOG LOG obr... - tabulka funkce invert Znaèení v seznamech propojù N N M N N Cx p N N N vstup výstup N N N M M N Cx p N obr... - schematická znaèka invertoru N N N M N N N M Poznámka. Kondenzátory Cx na výstupu N a N zajišťují stabilitu kmitavých zapojení s RC èlenem. N M N obr... - pøipojení IO 7HC obsahujícího invertorù ke zdíøkám panelu N

14 TL N L L L TL ---+ TL ---N N ---L N --- L U+ --U- obr... - schéma zapojení experimentu s invertorem V panelu je použit integrovaný obvod 7HC, obsahující shodných logických èlenù invertorù. Pøipojení obvodu ke zdíøkám panelu je na obr... Poznámka. by logické èleny fungovaly, je nutné pøivést napájení na integrované obvody, které èleny obsahují. Všechny èíslicové obvody vèetnì pamìti jsou pøipojeny uvnitø panelu trvale k pomocným napájecím polím a. Pøipojením U+ na (dále jen "+") a U- na (dále jen " ") pøivedete napájení zároveò na všechny èíslicové obvody. Jejich klidová spotøeba proudu je prakticky zanedbatelná. + N Poznámka. Zmáèknutím tlaèítka TL pøipojíte trvalý zdroj logické jednièky " " na vstup. Pøi uvolnìném tlaèítku TL je na vstupu N automaticky LOG, protože vstup N i všechny ostatní vstupy logických obvodù jsou uvnitø panelu pøipojeny pøes rezistory na trvalý zdroj logické nuly " ", viz obr...

15 . Základní logické funkce - NEGCE NEGCE Co se objeví na výstupu logického obvodu složeného ze dvou invertorù zapojených za sebou podle obr...? Jistì tušíte, že stejná hodnota jako je na vstupu, neboť negace negace (opak opaku) vstupní hodnoty je vstupní hodnota sama. ude-li na vstupu LOG, pak bude i na výstupu LOG, bude-li na vstupu LOG, bude i LOG na výstupu. Poznámka. L- indikuje stav na výstupu. invertoru. Pokud je tedy uvolnìné tlaèítko TL, pak je na vstupu. invertoru LOG a na jeho výstupu inverze - tedy LOG - svítivka L- svítí. Funkèní tabulka na obr... popisuje možné stavy na vstupech a výstupech obou invertorù. NEGCE NEGCE N N N N N N obr... - funkèní tabulka funkce negace - negace TL N N L L L TL ---+ TL ---N N ---L N -N N ---L N --- L U+ --U- obr... - schéma zapojení experimentu s logickou funkcí negace - negace Správná funkce obvodu: L- svítí trvale, ale po stisknutí TL zhasne L- a rozsvítí se zároveò L- a -. Indikace: L- stav na vstupu N L- stav na výstupu N a zároveò vstupu - stav na výstupu N stisknuté tlaèítko - LOG uvolnìné tlaèítko - LOG svítivka svítí - LOG svítivka nesvítí - LOG N 7

16 . Základní logické funkce - ND - "a zároveò" - konjunkce Logický èlen ND plní funkci jakéhosi "kontrolóra", jehož úkolem je hlídat, kdy jsou zároveò na obou jeho vstupech i logické jednièky - LOG a jedinì tehdy nastaví na svém výstupu logickou jednièku - LOG. Je-li na kterémkoliv ze vstupù, nebo na obou vstupech i zároveò LOG, pak má i výstup LOG. vstupy ND výstup obr... - funkèní tabulka èlenu ND Chcete-li, nabízíme vám analogii v následující situaci: chcete si koupit v obchodì urèitou knihu. Nákup mùžete uskuteènit jen tehdy, když jsou splnìny zároveò dvì podmínky: kniha je v obchodì a máte na ní peníze. Je kniha a mám peníze. Koupím knihu. Není kniha a mám peníze. Nelze knihu koupit. Je kniha a nemám peníze. Nelze knihu koupit. Není kniha a nemám peníze. Nelze knihu koupit. TL TL & L L L TL --TL TL ---+ TL ----& TL ---& & ---L & ---L & --- L U+ --U- obr... - schéma zapojení experimentu s èlenem ND

17 Správná funkce obvodu: LED - se rozsvítí jen tehdy, když svítí zároveò L- a L-, neboli na výstupu je LOG jen tehdy, když má vstup LOG a zároveò (ND) vstup má LOG. Zmáèknutím tlaèítka TL pøivedeme LOG na vstup, zmáèknutím TL pøivedeme LOG na vstup. Pokud jsou tlaèítka uvolnìna, mají vstupy automaticky LOG díky odporùm pøipojeným na vstupy dle obr... Logické èleny ND ve stavebnici Voltík III. obsahuje IO 7HC. Ke zdíøkám panelu je obvod pøipojen podle obr... Odpory M pøipojené k " " uvnitø panelu takzvanì ošetøují vstupy. Pokud by tam nebyly, museli byste pro správnou funkci obvodu propojovat vstupy nepoužitých logických èlenù na " " sami. & & M & & & & M & M M & & & M & & & & M & M M & Poznámka.: Nìkdy se logickému èlenu ND øíká hradlo, protože mùžete jedním vstupem "zahrazovat" prùchodu signálu, z druhého vstupu na výstup. Pokud bude na "ovládacím" vstupu LOG, je lhostejné, jaká hodnota bude na vstupu, výstup bude vždy LOG. Pøi LOG na vstupu se na výstup pøenese informace ze "signálového" vstupu v nezmìnìné podobì. Viz funkèní tabulka na obr... Poznámka.: Vstupy jsou naprosto rovnocenné a záleží jen na vás, který fyzicky použijete jako "ovládací" a který jako "signálový". Indikace: L- logický stav na vstupu L- logický stav na vstupu - logický stav na výstupu stisknuté tlaèítko - LOG uvolnìné tlaèítko - LOG svítivka svítí - LOG svítivka nesvítí - LOG & & & obr... - pøipojení 7HC na zdíøky panelu 9

18 . Základní logické funkce - OR - "nebo" - disjunkce Logický èlen OR - nebo je ponìkud "tolerantnìjší" než èlen ND. Na jeho výstupu se objeví LOG, pokud je LOG alespoò na jednom ze vstupù nebo, pøípadnì na obou. LOG se objeví na výstupu jen tehdy, když jsou LOG na obou vstupech a zároveò. Stavy vstupù a výstupù, které pøicházejí v úvahu, popisuje funkèní tabulka na obr... OR obr... - funkèní tabulka èlenu OR Reálná situace obsahující v sobì funkci OR mùže být napøíklad: Najím se, pokud mám hlad nebo chuť k jídlu. Nemám chuť nebo nemám hlad. Nenajím se. Mám chuť nebo nemám hlad. Najím se. Nemám chuť nebo mám hlad. Najím se. Mám chuť nebo mám hlad. Najím se. TL TL OR L L L TL --TL TL ---+ TL---OR TL ---OR OR ---L OR ---L OR --- L U+ --U- obr... - schéma zapojení experimentu s logickým èlenem OR

19 Ze schématu již vyplývá, že L- indikuje stav na vstupu "" ovládaném tlaèítkem TL, L- indikuje stav na vstupu ovládaném tlaèítkem TL, - pak indikuje stav na výstupu èlenu "OR". Správnì obvod funguje tehdy, když se po zmáèknutí jednoho z tlaèítek nebo obou tlaèítek rozsvítí kromì pøíslušné svítivky (L- nebo L- nebo obì) i svítivka - - indikující LOG na výstupu èlenu OR. Logické èleny OR jsou obsaženy v integrovaném obvodu 7HC, jehož pøipojení ke zdíøkám panelu je na obr... OR OR M OR OR OR OR M OR M M OR OR OR M OR OR OR OR M OR M M OR Poznámka. Stejnì jako èlen ND lze i èlen OR použít k "hradlování" signálu. Pøivedeme-li totiž LOG na "ovládací" vstup, bude na výstupu LOG nezávisle na stavu "signálového" vstupu. Pokud je na vstupu LOG, pøenese se signál z vstupu na výstup, viz funkèní tabulka na obr... Poznámka.: Vstupy a jsou elektricky naprosto rovnocenné a lze je zamìòovat dle potøeby. Indikace: L- logický stav na vstupu L- logický stav na vstupu - logický stav na výstupu stisknuté tlaèítko - LOG uvolnìné tlaèítko - LOG svítívka svítí - LOG svítívka nesvítí - LOG obr... - pøipojení logického obvodu 7HC ke zdíøkám panelu. OR OR OR

20 7. Základní logické funkce - NND Pokud jste si již vyzkoušeli, jak fungují logické funkce - INVERT - ND - OR, snadno pochopíte, jak je sestaven elektronický obvod funkce NND. NND je zkratka NEGCE (inverze) ND, takže použijeme již známý èlen ND a na jeho výstup pøipojíme èlen INVERT, viz schéma na obr.7.. Slovy lze chování logického èlenu NND vyjádøit následovnì: výstup bude mít LOG jedinì v pøípadì, že oba vstupy i budou mít zároveò LOG. V ostatních pøípadech (Jeden nebo druhý nebo oba vstupy mají LOG.) bude na výstupu LOG. Viz. funkèní tabulka na obr.7.. NND výstup z logického èlenu ND (spojen se vstupem invertoru N) & & &=N N výstup složeného logického èlenu obr funkèní tabulka funkce NND Pøíklad reálné situace obsahující tuto funkci mùže být tøeba: Nebudu doma, když budu mít lístek na koncert a koncert se uskuteèní. Nemám lístek a koncert se neuskuteèní. udu doma. Nemám lístek a koncert se uskuteèní. udu doma. Mám lístek a koncert se neuskuteèní. udu doma. Mám lístek a koncert se uskuteèní. Nebudu doma. TL TL & N L L L TL --TL TL ---+ TL ---& TL ---& & ---L & ---L & - -N N --- L U+ --U- obr schéma zapojení experimentu s logickou funkcí NND

21 Správná funkce obvodu: Trvale svítí -. Pokud stisknete zároveò obì tlaèítka TL i TL, pak - zhasne. Stisknutím TL se rozsvítí L-, stisknutím TL se rozsvítí L-. Indikace: L- stav na vstupu & L- stav na vstupu & - stav na výstupu obvodu NND stisknuté tlaèítko - LOG uvolnìné tlaèítko - LOG svítivka svítí - LOG svítivka nesvítí - LOG

22 . Základní logické funkce NOR Podobnì jako NND mùžeme vytvoøit funkci NOR negací již známé funkce OR (NEGCE OR). Elektronický model je tedy tvoøen logickým èlenem OR, na jehož výstup je pøipojen invertor N. Z funkèní tabulky na obr... vyplývá, že výstup èlenu NOR má LOG jedinì tehdy, když je na obou vstupech i zároveò LOG. V praxi bychom tuto funkci použili tøeba následovnì: Øeknìme, že model letadla mùžete pouštìt jen tehdy, když neprší a nefouká. Neprší a nefouká. Lze pouštìt model. Neprší a fouká. Nelze pouštìt model. Prší a nefouká. Nelze pouštìt model. Prší a fouká. Nelze pouštìt model. NOR OR OR OR=N N= obr... - funkèní tabulka funkce NOR TL TL L L L OR N obr... - schéma modelu funkce NOR TL --TL TL ---+ TL ---OR OR ---L TL ---OR OR ---L OR - -N N --- L U+ --U- Zapojíte-li obvod podle schématu správnì, bude v klidu svítit -. Pokud je stisknuto jedno nebo obì tlaèítka, pak - nesvítí. Po stisknutí TL se rozsvítí L-, stiskem TL se rozsvítí L-. Indikace: L- logický stav na vstupu èlenu OR L- logický stav na vstupu èlenu OR - logický stav na výstupu obvodu NOR stisknuté tlaèítko - LOG, uvolnìné tlaèítko - LOG svítivka svítí - LOG, svítivka nesvítí - LOG

23 9. Základní logické funkce - XNOR - ekvivalence Funkce XNOR "hlídá" stavy, kdy je na vstupech obvodu shodná logická hodnota (LOG na obou vstupech nebo LOG na obou vstupech), v obou pøípadech se na výstupu objeví LOG. XNOR & & OR obr funkèní tabulka funkce XNOR Vidíme, že na výstupu je LOG ve dvou pøípadech, a to tehdy, když jsou hodnoty na vstupech & a & stejné, tedy obì LOG nebo obì LOG. Této funkce lze tedy použít k porovnání dvou digitálních signálù, jestli jsou shodné. Jako pøíklad mùžeme použít tuto situaci: Hana a Jan chtìjí spolu podniknout výlet do pøírody na kole nebo pìšky (bez kola). by mohli putovat spoleènì, musejí si zvolit stejný "dopravní prostøedek". Hana nemá kolo. Jan nemá kolo. Mohou spolu na výlet. Hana nemá kolo. Jan má kolo. Nemohou spolu na výlet. Hana má kolo. Jan nemá kolo. Nemohou spolu na výlet. Hana má kolo. Jan má kolo. Mohou spolu na výlet. TL TL a b N N & & obr schéma modelu funkce XNOR L L L OR y TL --TL TL ---+ TL ---& TL ---& & - -N & - -N N - -& N --& & - -OR & --OR OR --- TL ---L TL ---L L U+ --U-

24 Správná funkce obvodu: V klidu svítí -, neboť obì tlaèítka jsou uvolnìna a na vstupech jsou dvì logické nuly. Pokud zmáèknete TL nebo TL samostatnì, je na každém jiná logická hodnota a - zhasne. Poznámka. Vstupy jsou zde myšleny celého obvodu a oznaèili jsme je a, b a výstup celého obvodu y je zároveò výstupem logického èlenu OR. Indikace: L logický stav na vstupu "a" obvodu XNOR L logický stav na vstupu "b" obvodu XNOR logický stav na výstupu "y" obvodu XNOR stisknuté TL - LOG, uvolnìné TL - LOG svítivka svítí - LOG, svítivka nesvítí - LOG Pro ty, kdo chtìjí schématu porozumìt, následující. Když kouknete na funkèní tabulku, zjistíte, že na výstupu je LOG ve dvou pøípadech - což napovídá, že použijeme èlen OR (buï anebo) abychom postihli obì možnosti. Jedna možnost je a=log a zároveò b=log - to nám vyhodnotí èlen & na jehož výstupy jsme pøivedli signály od tlaèítek TL a TL. Druhou situaci, kdy a=log a b=log vyhodnotí èlen &, na jehož vstupy jsou pøivedeny signály od tlaèítek pøes invertory N a N - tedy inverznì. Na výstupu & je LOG tehdy, když jsou tlaèítka uvolnìna a mají LOG. Na vstup OR tedy pøijde LOG od hradla &, pokud je na obou vstupech a i b LOG. Z návodu è. již víte, že èlen OR má na výstupu LOG, když je alespoò na jednom jeho vstupu LOG.

25 . Kombinaèní obvod I. - vstupový ND Propojováním logických èlenù ND, OR, INVERT, které máte k dispozici ve Voltíku., lze vytvoøit bezpoèet rùzných kombinaèních obvodù se specifickými závislostmi výstupu na vstupech. Obvod podle schématu na obr... bude plnit funkci násobného èlenu ND, tedy na výstupu & (indikován svítivkou -) bude LOG jedinì tehdy, když všechny vstupy a, b, c, d, budou mít LOG zároveò. Pro nastavování logických úrovní na všech ètyøech vstupech použijeme nyní první ètyøi spínaèe S až S z univerzálního pole spínaèù. Funkèní tabulka má nyní již øádkù, protože poèet kombinací nul a jednièek, které se mohou na vstupech objevit je. n Poznámka. Poèet kombinací je dán poètem vstupù a platí pro nìj jednoduchá závislost x =, kdexje poèet kombinacíanjepoèet vstupù, pro tento pøípadx= =. a b c d & obr... - funkèní tabulka Jako pøíklad nabízíme následující situaci. Chystáte se na lyže? Musíte mít zároveò lyže, boty, hùlky a musí být sníh. Staèí, aby jedna z podmínek nebyla splnìna a z lyžování by nebylo nic. Mám lyže, mám boty, mám hùlky, je sníh. Mohu lyžovat. 7

26 S S S S a b c d & & S S & L L L S--& S--& S--& S--& & - -& & --& & --- S---+ L-- S---L S---L S---L S U+ --U- obr... - schéma zapojení -násobného èlenu ND Správná funkce obvodu: svítivka - se rozsvítí pouze v pøípadì, že všechny spínaèe S až S jsou v poloze "LOG", tedy na všech vstupech a, b, c, d je rovnìž LOG. Sledujte tedy svítivky L- až -. Pokud svítí všechny, pak svítí i -, jestliže kteroukoliv svítivku zhasnete, zhasne i -. Indikace: ovládání logických stavù vstupù se dìje spínaèi ("od sebe" LOG, "k sobì" LOG). L- logický stav na vstupu "a" L- logický stav na vstupu "b" L- logický stav na vstupu "c" - logický stav na vstupu "d" - logický stav na výstupu -násobného èlenu NND svítivka svítí - LOG, svítivka nesvítí - LOG Jak obvod funguje? Vstupy a, b, c, d jsou zároveò vstupy dvou èlenù ND, z nichž & hlídá stav, kdy má a i b zároveò LOG a & hlídá stav, kdy mají vstupy c i d zároveò LOG. V tìchto pøípadech se objeví na výstupu & i & LOG. (Viz funkèní tabulka èlenu ND na obr...) Pokud je na výstupech & a & souèasnì LOG, pak na tento stav reaguje èlen & tím, že na svém výstupu nastaví rovnìž LOG.

27 . Kombinaèní obvod II. - vstupový OR Tento návod navazuje na návod è., ve kterém je popsán -vstupový èlen OR. Zapojíte-li tøi dvouvstupové èleny OR podle schématu na obr..., rozšíøíte poèet vstupù na a obvod bude reagovat na pøítomnost LOG, na kterémkoliv vstupu a, b, c, d, logickou na svém výstupu. a b c d OR obr... - funkèní tabulka Jako pøíklad by mohla tøeba posloužit situace: Voltíka. si mohu koupit v prodejnì s hraèkami, supermarketu, na internetu nebo od výrobce. Staèí tedy, aby existovala jen jedna možnost a koupi mohu uskuteènit. S S S S a b c d OR OR S S OR L L L S---OR S--OR S---OR S--OR OR - -OR OR --OR OR --- S---+ L-- S---L S---L S---L S U+ --U- obr... - schéma zapojení -násobného èlenu OR 9

28 Správná funkce obvodu: v klidu (spínaèe S až S jsou v poloze "") nesvítí nic. Svítivky L- až - se rozsvítí, pokud sepnete pøíslušný spínaè S až S (do polohy ""). Pokud svítí alespoò jedna svítivka S až S, pak svítí i -. Indikace: Spínaèi S až S se nastavuje logický stav na vstupech "a" až "d". L- logický stav na vstupu "a" L- logický stav na vstupu "b" L- logický stav na vstupu "c" - logický stav na vstupu "d" - logický stav na výstupu -násobného èlenu OR Jak to, že funguje zrovna takhle? Nejprve kouknìte na funkèní tabulku èlenu OR v návodu è.. Na výstupech èlenù OR a OR je LOG tehdy, jestliže má alespoò jeden z jejich vstupù ( OR, OR, OR, OR) LOG. Èlenu OR staèí, aby mìl LOG alespoò od jednoho z èlenù OR, OR a na svém výstupu nastaví rovnìž LOG.

29 . Kombinaèní obvod III. OR - ND Tímto obvodem mùžeme namodelovat následující situaci: každá ze dvou školních tøíd má dva reprezentanty pro turnaj ve stolním tenise. Turnaj mezi tøídami se mùže uskuteènit jedinì tehdy, když z každé tøídy pøijde alespoò zástupce (nebo taky z jedné tøídy dva, nebo taky z obou tøíd dva). To, že zároveò z obou tøíd musí nìkdo pøijít, vyhodnocuje èlen &. To, že každá tøída mùže vyslat jednoho nebo dva zástupce, postihují èleny OR a OR. Zapojte obvod podle schématu na obr... a pomocí spínaèù S až S mùžete modelovat úèast zástupcù na turnaji. dam ožena Cyril. tøída. tøída Dana možnost konání turnaje obr... - funkèní tabulka ( - pøišel, - nepøišel) S S S S S---OR S--OR S---OR S- --OR OR - -& OR --& & --- S---+ L-- S---L S---L S---L S U+ --Ua b c d OR OR S & L L L S obr... - schéma zapojení kombinaèního obvodu OR - ND

30 Indikace: Spínaèi S až S nastavujeme logický stav na vstupech "a" až "d" - v poloze "" pøišel, v poloze "" nepøišel. svítí L- vstup "a" pøišel dam svítí L- vstup "b" pøišla ožena svítí L- vstup "c" pøišel Cyril svítí - vstup "d" pøišla Dana svítí - turnaj se mùže uskuteènit

31 . Kombinaèní obvod IV. ND - OR Øeknìme, že rokenrolové èíslo na besídce se uskuteèní jen tehdy, když se dostaví jeden ze dvou taneèních párù nebo oba, pøièemž i kdyby pøišel hoch z jednoho páru a dívka z druhého páru, nemohou spolu tanèit. Situaci budeme modelovat následovnì: to, že mùže vystoupit jeden pár nebo druhý pár nebo oba páry vyjádøíme èlenem OR. Na jeho vstupy pøivedeme signály ze dvou èlenù ND, které vyjádøují funkci "a zároveò" - nutnost, aby byli pøítomní oba partneøi téhož páru. dam ožena Cyril. pár. pár Dana možnost vystoupení obr... - funkèní tabulka ( - pøišel, - nepøišel) S S S S S---& S--& S & S--& & - -OR & --OR OR --- S---+ L-- S---L S---L S---L S U+ --Ua b c d & & S S OR L L L obr... - schéma zapojení logického kombinaèního obvodu ND - OR

32 Indikace: Spínaèi S až S nastavujeme logický stav na vstupech "a" až "d" - v poloze "" pøišel, v poloze "" nepøišel. svítí L- vstup "a" pøišel dam svítí L- vstup "b" pøišla ožena svítí L- vstup "c" pøišel Cyril svítí - vstup "d" pøišla Dana svítí - rokenrolové èíslo mùže být na programu

33 . Kombinaèní obvod V. rozšíøený OR - ND Zkusme si pøedstavit situaci, že øeditel vaší školy chce nechat umístit na školním høišti streetballové koše. Potøebuje jen znát názor žákù a tak se mají na schùzku s ním dostavit nebo zástupci z každé ze tøíd. Pokud bude chybìt zástupce z nìkteré tøídy, koše nebudou. Obvod, kterým tuto situaci mùžeme namodelovat, je na obr... Èleny OR až OR vyhodnocují pøítomnost alespoò jednoho zástupce z urèité tøídy, a pokud jsou na všech výstupechor až OR logické jednièky LOG, pak èleny ND (zapojené jako -násobný ND) vyhodnotí tento stav jako splnìní podmínky a na výstupu & se objeví LOG. Poznámka: Popis funkce -násobného èlenu ND - viz návod è.. Funkèní tabulka by pro tento pøíklad mìla øádkù ( = ). a b c d e f g h OR OR OR OR & & & L L L S S S S obr... - schéma zapojení rozšíøeného obvodu OR - ND Ovládání a indikace: spínaèi S až S nastavujeme "pøítomnost" zástupcù S v poloze "" nepøišel, S v poloze "" pøišel S a S - zástupci z jedné tøídy S a S - zástupci z druhé tøídy S a S - zástupci z tøetí tøídy S7 a S - zástupci ze ètvrté tøídy OR - pøišel alespoò jeden zástupce z první tøídy OR - pøišel alespoò jeden zástupce z druhé tøídy OR - pøišel alespoò jeden zástupce z tøetí tøídy OR - pøišel alespoò jeden zástupce ze ètvrté tøídy & - uskuteèní se schùzka (indikuje svítivka -) svítí L- dostavil se alespoò zástupce z. tøídy svítí L- dostavil se alespoò zástupce z. tøídy svítí L- dostavil se alespoò zástupce z. tøídy svítí - dostavil se alespoò zástupce z. tøídy svítí - schùzka se mùže uskuteènit S S S7 S S S S---OR S---OR S---OR S---OR S---OR S---OR S7---OR S---OR OR - -& OR --& OR - -& OR --& & - -& & --& & --- S---+ L-- OR ---L OR ---L OR ---L OR U+ --U-

34 . Kombinaèní obvod IV. - hra pexeso Znáte hru pexeso? od v pexesu získáte, když otoèíte zároveò stejné kartièky. V modelu, který si nyní mùžete sestavit, máte dvojice nikoliv kartièek, ale spínaèù, které mùžete "zamíchat" tím, že pøipojíte vstupy a, b, c, d, e, f, g, h (viz obr...) libovolnì ke zdíøkám S až S. S S S S a b c d S & & S S7 S e f g h & & S L L L S---& S---& S---& S---& S---& S---& S7---& S---& & ---L & ---L & ---L & --- S---+ L U+ --U- S obr... - schéma zapojení hry "Pexeso" V tomto výchozím zapojení jsou, pro pøehlednost a z dùvodu vysvìtlení funkce, dvojice tvoøeny sousedními spínaèi. Obvod tedy funguje správnì, když se rozsvìcují svítivky následovnì: souèasnì zapnuty (v poloze ) spínaèe S a S - svítí L- souèasnì zapnuty (v poloze ) spínaèe S a S - svítí L- souèasnì zapnuty (v poloze ) spínaèe S a S - svítí L- souèasnì zapnuty (v poloze ) spínaèe S7 a S - svítí - Nyní pøepnìte S až S do polohy, konce vodièù upevnìné ve zdíøkách S až S vytáhnìte, promíchejte a zapojte zpìt do zdíøek S až S, nyní ovšem v libovolném poøadí. Hra mùže zaèít! Jako v bìžném pexesu, hráè který zaèíná, sepne libovolné dva spínaèe a pokud se rozsvítí nìkterá ze svítivek, nechá spínaèe v poloze, má bod a mùže zkusit další dvojici. Pokud se žádná svítivka nerozsvítí, vrátí spínaèe zpìt a na tahu je druhý hráè. Po "vychytání" všech dvojic, mùžete opìt vypnout S až S do polohy a promíchat vodièe již zmínìným zpùsobem a hru opakovat s novou svìtelnou kombinací. Proè to funguje právì takhle? udete možná pøekvapeni efektem, jaký vám toto, v principu velmi jednoduché, zaøízení pøinese. Každé ze hradel ND musí mít na svých vstupech zároveò logické jednièky, aby byla LOG i na jeho výstupu a rozsvítila se pøíslušná svítivka. (Viz také návod è..) Logické jednièky na vstupech hradel & až & nastavíme spínaèi tak, že je pøepneme do polohy "", viz návod è.. Samozøejmì, že hradlu ND "je jedno", od kterých dvou spínaèù z osmi obdrží logické jednièky a vy, v hromadì drátù na panelu, stìží poznáte, ke kterým hradlùm jsou vlastnì spínaèe pøipojeny.

35 . Jednoduchý kódový zámek Pomocí hradel ND a invertorù mùžete vytvoøit model kódového zámku. Na vstupy kombinaèního logického obvodu pøipojte spínaèe S až S, na výstup pøipojte napø. prostøední tøi øady LED (nebo dle libosti) pro indikaci "otevøeno". U skuteèného kódového zámku by byl na výstup pøipojen elektromagnet zámku (s patøièným zesilovaèem, neboť logické obvody vìtšinou nejsou schopny spínat vìtší spotøebièe). Zapojíte-li zámek podle schématu na obr..., bude "otevøen" jen tehdy, když pøepnete. a. spínaè do polohy "". Pøi žádné jiné kombinaci sepnutých spínaèù LED svítit nebudou. byste si mohli kód zámku sami zmìnit, je dobré vìdìt, jak obvod funguje: by se rozsvítily LED, musí mít výstup & LOG. by byl tento výstup hradla & LOG, musí mít oba jeho vstupy & i & zároveò LOG. To nastane jen tehdy, když výstupy hradel & a & mají zároveò LOG a možná už tušíte, že tato situace mùže nastat pouze v pøípadì, že na všech vstupech &, &, &, & bude LOG. Kód je tedy dán umístìním invertorù mezi spínaèe a vstupy hradel ND. Tam, kde je umístìn invertor, má vstup hradla & pøi spínaèi v poloze hodnotu LOG, (opaèná hodnota k LOG, která je na vstupu invertoru v klidu - viz návod è.), a proto musí zùstat tyto spínaèe pro rozsvícení LED v poloze "", ostatní je tøeba pøepnout do polohy "", abychom pøivedli LOG na zbylé vstupy kódového zámku. udete-li si tedy chtít zmìnit kód, mùžete prohodit konce drátù ve zdíøkách S až S, pøípadnì mùžete nìkterý invertor pøidat èi ubrat. S S S N N S S & & & L L L S obr... - schéma zapojení jednoduchého kódového zámku S---+ S---N S---& S---N S---& N - -& N - -& & - -& & --& & ---L L-L L- L-L7 L7-L L-- +--U+ --U- 7

36 7. Zdokonalený kódový zámek s poplašným signálem Model tohoto kódového zámku je navržen tak, aby bzuèák vydával poplašný tón po dobu, kdy se nìkdo snaží "prolomit" váš kód. Ve chvíli, kdy se sepnutím patøièných spínaèù S až S podaøí nastavit správný kód, rozsvítí se prostøedních 9 svítivek a bzuèák utichne. S---N N L & S---& L S---N L S---& & N - -& N - -& N & & - -& & --& S---+ & - - N S S S S S N -- & S C 7n 7 & ---L L-L L- S--& & --- L-- L-L7 L7-L C C - R C -- - R -- --PI PI U+ --Uobr schéma modelu zdokonaleného kódového zámku s poplašným zaøízením Správná funkce obvodu: V klidu (všechny spínaèe S až S v poloze "") jsou všechny svítivky zhasnuty a bzuèák je zticha. Pokud zapnete samostatnì, èi v jakékoliv, jiné než správné, kombinaci spínaèe S až S, zùstávají svítivky zhasnuty, ale zní bzuèák. Pokud jsou zároveò sepnuty spínaèe S a S (žádný další ne), bzuèák utichne a rozsvítí se 9 prostøedních svítivek na znamení "otevøení kódového zámku". Pokud vám obvod funguje správnì, mùžete vytáhnout konce vodièù ze zdíøek S až S a prohodit je, èímž zmìníte kombinací zámku. Pokroèilejší z vás jistì zvládnou pøidat èi ubrat nìkterý invertor a zmìnit tak poèet potøebných nul a jednièek kódu. Proè to funguje právì takhle? by se rozsvítily LED, musí mít výstup & LOG, aby byl tento výstup hradla & LOG, musí mít oba jeho vstupy & i & zároveò LOG. To nastane jen tehdy, když výstupy hradel & a & mají zároveò LOG a možná už tušíte, že tato situace mùže nastat pouze v pøípadì, že na všech vstupech &, &, &, & bude LOG. Kód tedy udává umístìní invertorù mezi spínaèe a vstupy hradel ND. Tam, kde je umístìn invertor, má vstup pøi spínaèi v poloze hodnotu LOG (opaèná hodnota k LOG, která je na vstupu invertoru v klidu - viz návod è.), a proto musí zùstat tyto spínaèe pro rozsvícení LED v poloze "", ostatní je tøeba pøepnout do polohy "", abychom pøivedli LOG na zbylé vstupy kódového zámku. udete-li si tedy chtít zmìnit kód, mùžete prohodit konce drátù ve zdíøkách R k N & PIEZO

37 S až S, pøípadnì mùžete nìkterý invertor pøidat èi ubrat. Dále je zde èást obvodu tvoøena invertorem N, hradlem & a èasovaèem (který nìkteøí z vás již znají ze stavebnice Voltík II.). Obvod zapojený jako bzuèák (spolu se souèástkami C, R a piezo) je ovládán vstupem reset (zdíøka, tedy když je na vstupu reset LOG, tak bzuèák píská, když LOG, bzuèák je zticha). Tento signál reset jsme "získali" následovnì: V klidu (S až S v poloze "") má vývod S (pole spínaèù) LOG, protože není sepnut ani jeden spínaè. Tato LOG pøivedena na vstup & zpùsobí, že na výstupu hradla & je LOG, ať se na vstupu & dìje cokoliv, bzuèák je zticha. Pokud sepnete kterýkoliv spínaè, objeví se na S LOG. Protože zatím není zvolena správná kombinace, má výstup & LOG, jeho inverze - LOG z výstupu N se objeví na vstupu &, výstup & má tedy hodnotu LOG a bzuèák píská a píská... Ve chvíli, kdy se trefíte do správné kombinace, zùstává na vstupu & LOG od sepnutých spínaèù, ale na vstup & pøijde LOG jako inverze LOG z výstupu hradla &, které takto reaguje na správnost kódu. Na výstupu hradla & se tedy nyní objeví LOG a bzuèák utichne. 9

38 . Chcete vydat knihu? Pøedstavte si, nosíte v hlavì napínavý pøíbìh, co by vydal na knihu a rozhodnete se, že knihu napíšete, vydáte vlastním nákladem, prodáte a budete èekat výdìlek. Tato cesta je ve skuteènosti dosti obtížná, tak si na spisovatele aspoò zahrajeme. Podle tohoto návodu si mùžete vytvoøit elektronický model, na kterém lze simulovat jednotlivé úkony pøi vydávání knihy. Pøièemž logický obvod "hlídá", které úkony je možné v urèitém stavu výroby knihy provést a které ne a informuje nás o tom rozsvícením pøíslušných svítivek. Nejprve musíte mít hotový rukopis a dostatek penìz na vydání knihy. Potom je možné knihu v tiskárnì vytisknout, poté distribuovat do prodejen, pak si ji mohou lidé koupit a vy budete oèekávat, že se vám vložené peníze vrátí tøeba se ziskem. Jednotlivé úkony musejí následovat po sobì a nelze je pøeskakovat. L S---& S---& L S---& & L S--& S--& & & -& & ---L S S S S S & S & S7 obr... - model logického obvodu pro simulaci výroby knihy Ovládání a indikace: Spínaèe S až S v poloze "" znamená NO, v poloze "" znamená NE. S RUKOPIS - svítí. øada S PENÍZE - svítí. i. øada, mohu tisknout (mám rukopis i peníze) S TISK - svítí.až. øada, mohu distribuovat (mám vytištìno) S DISTRIUCE - svítí. až. øada, mohu prodávat (mám knihu v prodejnì) S PRODEJ - svítí. až. øada a bzuèák píská, mohu dostat peníze (mám prodáno) S & ---L & -& & ---L & -& & --- & --- S---+ L-L7 L7-L L-- C C - R R -- R PI -- PI U+ --U- Správná funkce modelu: a). øada svítivek (L- až L-) se rozsvítí, když je sepnut S b). a. øada svítí - sepnuty zároveò S, S, c).,. a. øada svítí - sepnuty zároveò S, S, S, d).,.,. a. øada svítí - sepnuty zároveò S, S, S, S, e).,.,.,. a. øada svítí a bzuèák píská- sepnuty zároveò S, S, S, S, S Co se bude dít, když budeme mít spínaèe S až S v poloze "" a nìkterý spínaè dáme do polohy "". ad a) vypnete-li S, zhasne vše (nemám rukopis a tedy nemám co tisknout, co distribuovat, co prodávat) ad b) vypnete-li S, svítí pouze. øada (mám rukopis, ale nemám peníze, tak nemohu tisknout, nemám co distribuovat a co prodávat) S S C 7n R k 7 PIEZO

39 ad c) vypnete-li S, svítí. a. øada (mám rukopis i peníze, ale nemám vytištìno a nemohu ani distribuovat a ani prodávat) ad d) vypnete-li S, svítí. až. øada (mám rukopis, peníze i vytištìno, ale nedistribuoval jsem, proto nemohu ani prodat) ad e) vypnete-li S, svítí. až. øada (mám rukopis, peníze, vytištìno i jsem distribuoval, ale neprodal, proto nemohu èekat peníze) Pokud budete spínat spínaèe postupnì, asi vám nepøipadne na rozsvìcení svítivek nic zvláštního, ale zkuste si zaexperimentovat a napøíklad "tisknout" - S do polohy "", pokud nemáte rukopis (S v poloze ""), nebo tøeba "prodávat" knihu - S do polohy "", pokud nemáte peníze (S v poloze "") a podobnì. Pøijdete na to, že obvod vám neumožní pøeskoèit jednotlivé operace a že se tak dají namodelovat stejné zákonitosti jako ve skuteènosti.

40 9. Kombinaèní obvod - "Výlet pro nároèné Pøedstavte si, že kamarádi Jiøí, Honza, Martin, Pavel chtìjí jet na výlet a vymýšlejí si: Jiøí povídá: "Pojedu, jen když bude na programu prohlídka nìjakého hradu nebo návštìva safari." Honza øíká: "Hrad mì láká taky, ale taky bych se rád podíval do nìjaké jeskynì, pokud však nebude hrad ani jeskynì, tak nepojedu." Martin se nechal slyšet: "Pojedu, jen když bude safari nebo jeskynì, jinak ne." Pavel pøemítá: "Já mám rád vodu a tak pojedu, jen když navštívíme aquapark, ale spokojím se i s nìjakým hradem." Jistì vás napadá mnoho otázek, kdo vlastnì a kam jel a za jakých podmínek se sejdou na výletì všichni, na to vám za chvilku odpoví váš Voltík III. Nyní si trochu zjednodušíme, kam kdo vlastnì chce jet: Jiøí - hrad nebo safari Honza - hrad nebo jeskynì Martin - safari nebo jeskynì Pavel - aquapark nebo safari hrad safari jeskynì aqua Jiøí Honza Martin Pavel obr funkèní tabulka "" znamená NO "" znamená NE Ovládání a indikace: S návštìva hradu S návštìva safari S návštìva jeskynì S návštìva aquaparku poloha "" NO, poloha "" NE L- svítí, na výlet pojede Jiøí L- svítí, na výlet pojede Honza L- svítí, na výlet pojede Martin - svítí, na výlet pojede Pavel (nesvítí - nepojede)

41 S S S S S S OR OR OR OR S7 S L L L S S---+ OR ---S OR ---S OR ---S OR ---S OR --S OR --S OR --S OR --S OR ---L OR ---L OR ---L OR --- L U+ --U- S obr schéma zapojení kombinaèního obvodu "výlet pro nároèné" Správnou funkci obvodu si mùžete ovìøit podle funkèní tabulky tak, že vyzkoušíte všech kombinací sepnutí spínaèù S až S a budete sledovat, jestli se svítivky rozsvìcují podle pravé poloviny funkèní tabulky. Nyní si mùžete zaèít klást otázky: Kteøí kamarádi se na výletì sejdou, když se pojede na hrad? (S v poloze "") Kolik jich pojede, když bude na programu pouze aquapark? (S v poloze "") Které atrakce je tøeba navštívit, aby jeli všichni kamarádi? (Zajímá nás nejmenší poèet atrakcí.) Na tyhle a podobné otázky byste obtížnì hledali odpovìdi v textu zadání, ale lehce je objevíte ve funkèní tabulce nebo si je necháte "zodpovìdìt" Voltíkem III., když sepnete pøíslušné spínaèe S až S a rozsvícené svítivky vám ukáží, kdo se výletu zúèastní. Tažení vodièù na panelu jsme zvolili tak, abyste si mohli snadno sami úlohu pozmìnit. èlen OR pøísluší Jiøímu, èlen OR pøísluší Honzovi, èlen OR pøísluší Martinovi, èlen OR pøísluší Pavlovi. Konce vodièù vedoucích ke vstupùm èlenù OR upevnìné ve zdíøkách S až S mùžete libovolnì prohazovat a tím mìnit podmínky úèasti našich kamarádù na výletì pro nároèné.

42 . Invertor - Schmittùv klopný obvod - 7HC S funkcí invertoru jste se již setkali v návodu è.. Invertory použité ve stavebnici mají ovšem ještì jednu vlastnost, která stojí za zmínku. Jsou to tzv. Schmittovy klopné obvody, což znamená, že když budeme postupnì zvyšovat napìtí na vstupu invertoru od Voltù (otáèením koleèka potenciometru od pravé krajní polohy), dojde ke skokovému pøeklopení výstupu N na LOG asi pøi,v na vstupu (pøi stabilizovaném napájení panelu,v). Pokud nyní zaèneme napìtí na vstupu snižovat (otáèením koleèka potenciometru doprava), nepøeklopí se výstup zpátky do LOG okamžitì, ale až když napìtí na vstupu klesne asi na,v. opìt, když budete zvyšovat napìtí na vstupu, dojde k pøeklopení na LOG až pøi,v vstupního napìtí. Této vlastnosti se øíká hystereze neboli necitlivost a pokud si párkrát otoèíte koleèkem potenciometru u tohoto modelu a budete sledovat øadu svítivek L, která indikuje logický stav na výstupu N, pøesnì tuto vlastnost pochopíte. L POT L L-L7 L L7-L N L-- POT ---N POT ---+ N ---L + --U+ --U- obr...a - schéma zapojení experimentu se Schmittovým klopným obvodem Pro srovnání si mùžete zkusit zapojit místo invertoru èlen OR podle obr...b a pøi otáèení potenciometru uvidíte, že èlen OR reaguje na pøekroèení rozhodovací úrovnì mezi LOG nebo LOG prakticky okamžitì, témìø bez pásma necitlivosti (hystereze). L POT L L-L7 L7-L L OR L-- POT ---OR OR - OR POT ---+ OR ---L + --U+ --U- obr...b - zapojení logického èlenu bez vlastnosti Schmittova klopného obvodu (pro porovnání vlastností),v vstup,v,v V LOG výstup LOG obr... - èasový prùbìh napìtí na vstupu a výstupu pøi plynulém otáèení potenciometru v jednom i druhém smìru

43 Pro zpestøení si mùžete obvod rozšíøit o další invertor podle schématu na obr... LED se budou nyní rozsvìcovat støídavì, protože když je LOG na výstupu N (svítí spodní dvì øady svítivek) a potom je na výstupu N inverze - LOG (horní dvì øady svítivek nesvítí) a naopak. L N N L L obr... - rozšíøený experiment se Schmittovým klopným obvodem POT POT ---N POT ---+ L-L7 L7-L L-- L-L L---N - ---N - N N + --U+ --U-