Kapitola 1 - Tvoříme vlastní pokročilejší zapojení V návodu na první díl stavebnice jsme skončili kapitolou 10, kde jsme si ukázali, co jak se tvoří složitější obvod. Obvod jsme tvořili v šesti krocích, kreslili jsme mapy pro vstupy a sestavili obvod. Zapojení jsem neuváděl. Jelikož už máte rozšiřující modul SAIMON2 Logické funkce, tak si obvod můžeme zapojit a zde je jak. Zapojení 1 (z kapitoly 10): Drátky 16cm 81-209, 212-239, 243-76, 77-240, 255-242, 81-256, 254-74, 39 - log0, 10 - log1, 50-87, 9-49, 13-48, 14-49, 48-38 Drátky 8cm: 210-74, 258-241, 252-236, 235-249, 211-78, 250-79, 74-261, 248-82, Drátky 5cm: 260-79, 82-83, 262-81, 251-75, 237-238, 251-257, 248-253, 247-250, 48-51. Zapnutí všech potřebných IO už v tomto díle uvádět nebudu, budeme prostě zapínat všechny IO, které použijeme. Když to budete zkoušet zapojovat, tak možná zjistíte, že některé drátky budou na daný spoj krátké. A stát se vám to může u drátků, které vedou na zdířky IO 74175. Řešení však opět existuje, zdířky jsou vyvedené i na modul SAIMON2. Jsou to ty zdířky uprostřed a mají stejná čísla, jako na modulu SAIMON1. Pokud spoje zapojíte z modulu SAIMON2, tak drátky stačit budou. A pro ty, co mají rádi světélka tak jako já - na modulu SAIMON2 je osm testovacích LED kontrolek označených T1 až T8, na které když přivedete log1, tak se rozsvítí. Dají se tedy použít jako signalizace, kde je v obvodu log1 a kde log0. Zkuste výstupy logických funkcí přivést na tyhle LEDky. Například zapojte drátky ze zdířky 249 - T1, 252 - T2, 237 - T3 a tak dále. Bude nám to celé krásně blikat podle toho, jestli v daném místě obvodu je log0 nebo log1. Nádherné, že ano? Což teprve po tmě Takže co tenhle obvod vlastně dělá? Mění nám čísla na číslicovce od 0 do 7 a tak pořád dokolečka. Pomocí logických funkcí jsme kombinovali z výstupů vstupy tak, aby se vstup měnil, jak chceme. Logické funkce jsou použité pouze na změnu vstupů, čili dělají nám pouze z výstupů nějaké vstupy. Obvod můžeme ale udělat ještě trochu propracovanější a použít sedmý a osmý krok navazující na kapitolu 10 návodu na SAIMON1. Můžeme si říci, že chceme například, aby když je na číslicovce 0, tak aby se rozsvítila modrá LED4, když je na číslicovce 1, tak aby se rozsvítila červená LED1, když je na číslicovce 2 tak aby se rozsvítila LED2 a tak dále. Prostě můžeme výstupy ještě kombinovat tak, aby to "dělalo něco dalšího". Jak si tedy udělat vlastní obvod - například budu chtít udělat obvod, který bliká s LED sem a tam, tedy rozsvítí je v pořadí LED1, LED2, LED3, LED4, LED3, LED2 a pak zase od začátku od LED1. Tak nejdříve potřebuji zjistit, kolik různých stavů vstupů je k tomu zapotřebí. Co to je stav? No například to, že se rozsvítí LED1 je stav 1. To nastane při určité kombinaci vstupů. Když se rozsvítí LED2, řekneme, že je to stav 2. Kombinace vstupů bude jiná. Rozsvícení LED3 je stav 3, rozsvícení LED4 je stav 4. A teď pozor. Následuje opět rozsvícení LED3 ( má to blikat sem a tam). Ale tenhle stav nebude stav 3, ale stav 5. Proč? Protože po stavu 3 má následovat stav 4, tedy rozsvícení LED4. To ale teď nechceme. Chceme pak rozsvítit LED2. Proto to bude stav 5. Ono zmíněné rozsvícení LED2 bude stav 6. Po něm bude následovat stav 1, protože od téhle chvíle se to celé opakuje. Potřebujeme tedy šest různých po sobě jdoucích stavů vstupů. Na obrázku 1.1 je to nakreslené.
Obrázek 1.1: Stavy vstupů No a my už toho spoustu umíme. Abychom blikající obvod vytvořili, tak teda budeme muset měnit a kombinovat vstupy od 0 do 6. Vybereme si třeba vstupy A, B a C. Řekněme, že kombinace vstupů ABC=000 je stav 0. Po něm následuje stav vstupů ABC=001. Potom ABC=010. Vlastně uděláme něco podobného, jako v kapitole 10 návodu na SAIMON1. A k tomu ještě pomocí logických funkcí můžeme říci, že pro ABC=000 se rozsvítí LED1, čili když výstup A a zároveň B a zároveň C je rovno log1. To umíme, stačí výstupy s čarou přivést do ANDu se třemi vstupy. A výstup použít pro rozsvícení LED1. A to samé udělat pro každý další stav. Kdo by to takto začal vymýšlet, tak je to určitě správná cesta. Velmi rychle ale zjistíte, že vám nestačí IO. Přišel čas, abych vysvětlil to, co jsem slíbil v návodu pro díl SAIMON1 na konci kapitoly 10. Proč jsme pro obvod obrázku 7.3 vybrali právě pořadí vstupů 00, 01, 11, 10 a né jinak. Všimněte si, že následující kombinace vstupů se od té předchozí liší vždy jen o jednu hodnotu (tomu budeme říkat jeden bit). Jinými slovy, když chceme z 00 udělat 01, stačí změnit jednu nulu na jedničku. A dál. Když chceme z 01 udělat 11, zase stačí změnit jednu nulu na jedničku. Když měníme vstupy na 10, zase změníme jen jednu hodnotu, tentokrát jedničku na nulu. A když to děláme takhle, tak pak obvod pro změny vstupů podle výstupů bude co nejjednodušší. Tak proto. Proto stavy vstupů pro blikač sem a tam zvolíme v pořadí takto ABC=000, 001, 011, 111, 110, 100. Pořadí stavu vstupů se liší vždy právě o jeden bit. Následuje našich známých osm kroků. První krok - nakreslíme si tabulku změn vstupů podle hodnoty na výstupech. Obrázek 1.2: Tabulka přechodů stavů vstupů
Druhý a třetí krok - nakreslíme si mapy pro každý vstup a vyplníme je. Obrázek 1.3: Mapy pro jednotlivé vstupy Tak. Vyplnil jsem mapy podle tabulky přechodů. Jenomže v některých políčkách je napsané X. Proč to tam je? Když to zkusíte sami vyplnit, tak na to přijdete. Ty okénka vám zůstanou prázdné. Tak do nich zatím napíšeme X. Čtvrtý krok - zakroužkujeme skupiny jedniček A teď přijde to zajímavé, co ještě neznáme. Políčka v mapách, kde je napsané X, jsou stavy výstupů, které nikdy nenastanou. Nikdy se nestane, že by kombinace výstupů ABC byla rovna 010, nebo 101. A to má svou výhodu. Můžeme si totiž říct, že vlastně nezáleží na tom, co v políčku v mapě je (anglicky se tomu říká "don't care" stav), když se to stejně nikdy nepoužije. Takže si můžeme říct, že kde je X, je jakoby třeba 1, když se nám to hodí. Proč? protože můžeme většinou zakroužkovat větší skupinu jedniček a to znamená jednodušší obvod. Názorně je to vidět na obrázku 1.4 Obrázek 1.4: Zakroužkované skupiny jedniček
Pátý krok - vyčteme z map logické funkce Tak v tomhle kroku opět uděláme to, co jsme se naučili v kapitole 10 předchozího dílu návodu. V mapě pro vstup A je jedna skupina jedniček a nemění se B. Vstup A = výstup B. Vstup B = Výstup C, Vstup C = výstup A. Vzpomínáte, jak se to dělalo? Jestli ne, podívejte se znovu do návodu na první díl. Šestý krok - sestavíme obvod logických funkcí Tak tenhle krok je velmi jednoduchý. Prostě zapojíme drátky z výstupu B na vstup A, z výstupu C na vstup B a z výstupu A na vstup C. Sedmý krok - sestavíme a vyplníme mapy pro ovládací funkce LED, vyčteme logické funkce Ted jde o to si říct, kolik ovládacích funkcí potřebujeme. Ovládáme 4 LED, takže to budou 4 různé výstupní ovládací obvody. A tedy 4 mapy. První obvod bude podle kombinace výstupů rozsvěcet LED1, druhý LED2, třetí LED3 a čtvrtý LED4. LED1 se má rozsvítit ve stavu 1, tedy při kombinaci výstupů ABC=000. LED 2 se má rozsvítit ve stavu 2 i ve stavu 6, tedy při kombinaci výstupů ABC=001 a ABC=100. LED 3 se má rozsvítit ve stavu 3 i ve stavu 5, tedy při kombinaci výstupů ABC=011 a 110. LED4 se má rozsvítit ve stavu 4, tedy při kombinaci výstupů ABC=111. Nakreslíme a vyplníme mapy, zakroužkujeme skupiny jedniček. Obrázek 1.5: Mapy pro ovládání LED Osmý krok - sestavíme obvody pro ovládání LED Teď už jsme dosti zkušení na vyčtení funkcí z map, takže to vezmu zkratkou. LED1= A AND C. LED2 = ( B AND C) OR (A AND B ). LED3 = (B AND A ) OR (B AND C ). LED4 = A AND C. Na obrázku 1.6 je nakreslen obvod. Kvůli přehlednosti jsou obvody pro ovládání LED nakresleny zvlášť, ale snad je to pochopitelné, kam se mají napojit.
Obrázek 1.6: Obvod pro blikač Zapojení odteď budeme zapisovat malinko jinak. Jelikož spousta obvodů bude mít vždy několik stejných částí, budeme zapojení drátků rozdělovat na tyto části. Například většina obvodů má vždy nějaké zapojení (a vždy stejné nebo podobné) časovače 555. Také je tam vždy obvod, který nám pomocí nějaké funkce mění vstupy podle výstupů. Obvykle zobrazujeme něco na číslicovce. A odteď tam bude vždy i část, která něco ovládá, jako v tomhle případě rozsvěcí LED. Těmto částem obvodu budeme říkat bloky. Pro každý blok napíšeme zvlášť zapojení drátků a nakreslíme schéma. Velikosti drátků volte dle vlastního uvážení. Schéma blikače rozdělené na bloky je na obrázku 1.7. Poznámka: kdo začne zapojovat obvod podle schématu, tak brzo zjistí, že pro zapojení potřebujeme 6 ANDů se dvěma vstupy a tolik jich na stavebnici nemáme. Pomůžeme si tak, že si ho vyrobíme z ANDu se třemi vstupy. A to se dělá tak, že jeden ze vstupů ANDu připojíme na log1. Zbylé dva můžeme zapojit tak, jako kdyby to byl AND se dvěma vstupy. Například zdířku 209 přivedeme na log1, a zdířky 210 a 211 použijeme jako vstupy, 212 jako výstup ANDu. to samé můžeme udělat s ANDem se čtyřmi vstupy, můžeme z něho vyrobit AND se třemi nebo dvěma vstupy tak, že připojíme dva nebo jeden vstup na log1.
Obrázek 1.7: Schéma obvodu rozdělené na bloky Zapojení 2: Zapojení bloku časovač: 48-14, 49-13, 48-51, 48-39, 38 - log0, 49-9, 10 - log1, 50-87 Zapojení bloku změny stavů: 78-83, 74-77, 81-76 Zapojení bloku ovládacích funkcí: (delší drátky) 93 - X4, X4-252, 95-215, 97 - X6, X6-237, 99 - X5, X5-249, 205-81, 204-75, 254-74, 81-247, (kratší drátky) 214-206, 213-212, 209-203, 209 - log1, 210-79, 211-75, 236-258, 79-248, 82-251, 250-78, 250-253, 251-257, 254-256, 235-255, 94-94, 94-96, 96-98, 98 - log0 Zapojení bloku zobrazení stavů: 79-89, 74-90, 81-91 Ostatní zapojení: Zapojit napájení všech potřebných IO Je z obrázku 1.7 jasné, co se má s čím propojit? Mezi bloky jsou samozřejmě natažené drátky, například od časovače ze zdířky 50 vede drátek na zdířku 87. Všimněte si, jak je to tam napsané. Číslicovku můžeme použít buď na hlavním modulu, nebo na rozšiřujícím modulu. Rozdělení schéma na bloky má kromě přehlednosti další výhody. Když chceme, aby to dělalo něco malinko jiného, nemusíme měnit celé schéma. Spousta bloků zůstane stejných. Například, když chceme, aby to blikalo rychleji, nebo abychom mohli měnit rychlost, změníme jen blok časovač.
Obrázek 1.8: Jiný blok pro časovač Zapojení bloku časovač: 48-24, 49-23, 24-25, 48-51, 48-37, 36 - log0, 49-9, 10 - log1, 50-87 Takto stačí změnit časovač a hned obvod pracuje jinak. A nemusíme kreslit celé schéma. Bloky můžeme také ke schématu přidávat. Například budeme chtít blok, který bude pracovat s reproduktorem a bzučet podle toho, jak rychle bude blikač blikat. Stačí přidat blok pro zvuk. Obrázek 1.9: Blok zvuk Zapojení bloku zvuk: 50-42, 43-108, 109 - log0. A teď to bude krásně bzučet, podle toho, jak rychle obvod bliká. Rychlost můžeme regulovat pomocí potenciometru. Pro další schémata už budu kreslit jen ty části, které budeme vytvářet. Ty, které budou stejné (například časovač, zvuk, zobrazení) tak jen napíši, že je používáme a že je potřeba je zapojit. Protože časovačů máme několik typů ( různé rychlosti, proměnlivá rychlost, pevná rychlost, na stisk tlačítka), tak vždy napíšu, o jaký typ se bude jednat. Typy časovačů jsou nakreslené na konci tohoto návodu. A poslední věc, pro milovníky světýlek, propojte si LED1 až LED4 s kontrolkami na SAIMON2 následovně: 93 - T8, 93 - T4, 95 - T7, 95 - T3, 97 T6, 97 - T2, 99 - T5, 99 - T1. A kochejte se jako já.
Kapitola 2 - spínače a změna stavů Zatím jsme pro změnu stavu vstupů používali logické funkce AND, OR, NOT. Jako vstupy těchto logických funkcí jsme používali výstupy z obvodu 74175, tedy výstupy A, B, C a D. Výstupy logických funkcí jsme přivedli na vstupy obvodu 74175. Můžeme však použít cokoliv, z čeho "leze" logická 1 nebo logická 0. Takže třeba vhodně zapojené spínače. Jak to zapojit si ukážeme v následujícím obvodu. Vymyslíme blikač, kde za sebou blikají jednotlivé LED podobně jako v kapitole 10 ( schéma je na obrázku 7.3) předchozího dílu návodu, tedy v pořadí LED1, LED2, LED3, LED4. S jedním vylepšením. Budeme moci měnit směr blikání přepnutím spínače. Půjdeme zase po krocích, které už známe. První krok - zapíšeme si tabulku přechodů stavů. V tabulce se nyní nově objeví i spínač. Stavy vstupů se budou měnit jedním směrem pro log0 na spínači a druhým směrem pro log1 na spínači. Tentokrát jsem zvolil takovéto pořadí pro pořadí stavů: stav1 - AB=00, stav2 - AB=01, stav3 - AB=10 a stav4 - AB=11. Vím, že jsem v předchozí kapitole říkal, že nejvýhodnější zapojení je takové, kde se každý stav liší od předchozího jen o jeden bit, a v takovémhle pořadí se například stav2 a stav3 liší ve dvou bitech, ale zvolil jsem to z toho důvodu, že čísla na číslicovce se budou měnit v pořadí 0,1,2,3 nebo při přepnutí spínače v pořadí 3,2,1,0. A to bude hezké a krásně bude vidět, jestli se "jde dopředu" nebo "couvá". Chceme tedy, aby při vypnutém tlačítku se měnily stavy vstupů v pořadí 00,01,10,11, tedy 0,1,2,3. A při stisknutém tlačítku se měnily obráceně. Jak je to myšleno jsem nakreslil na obrázek 2.1. Tabulka přechodů je na obrázku 2.2. Obrázek 2.1: Změny stavu vstupů v závislosti na spínači.
Obrázek 2.2: Tabulka přechodů blikače se spínačem Druhý, třetí a čtvrtý krok - Nakreslíme a vyplníme mapy. Zakroužkujeme skupiny jedniček. Obrázek 2.3: Mapy změn stavů vstupů pro blikač se spínačem
Pátý krok - vyčteme z map logické funkce. V mapě pro vstup A to vychází docela složitě, protože tam nejsou žádné skupiny jeniček. Když je jednička samostatně, tak musíme použít všechny tři výstupy (tentokrát výstupy A, B a spínač S6), přivést je do logické funkce AND a pak na vstup A. Vstup A=(S6 AND A AND B ) OR ( S 6 AND A AND B ) OR (S AND A AND B) OR ( S 6 AND A AND B). Pro takový obvod budeme potřebovat čtyři logické funkce AND se třemi vstupy. Tolik jich nemáme, takže si jednu vyrobíme z logické funkce AND se čtyřmi vstupy tak, jak jsme si to už ukazovali. Jeden vstup ANDu připojíme na log1 a zbylé tři použijeme, jako by to byla funkce AND se třemi vstupy. Teoreticky bychom potřebovali i funkci OR se čtyřmi vstupy a tu také nemáme. Ale i tu už také umíme vytvořit, použijeme několik funkcí OR se dvěma vstupy. Více viz. Obrázek 2.4. Logická funkce ale obsahuje i S 6. Jak a kde takovou hodnotu získáme? Musíme použít funkci NOT. A tu si umíme vyrobit z logické funkce NAND. Vzpomínáte? Na stavebnici SAIMON1 je u IO 7400 dokonce návod, jak na to. Co se týče funkce pro vstup B, tak tam je to naopak neuvěřitelně jednoduché. Vstup B = B. Šestý krok - sestavíme obvod. Tentokrát už budeme sestavovat jednotlivé bloky. Blok pro časovač použijeme třeba s předchozího příkladu. Když bude ve schématu v některém bloku samotné písmeno A nebo B, myslí se tím výstup z obvodu 74175. Kdo chce, může do obvodu opět zapojit ještě blok pro zvuk.
Obrázek 2.4: Blokové schéma obvodu blikače se spínačem Zapojení 3: Zapojení bloku časovač: 48-24, 49-23, 24-25, 48-51, 48-39, 38 - log0, 49-9, 10 - log1, 50-87 Zapojení bloku změn stavů: 133 - log0, 132 - log1, 131-68, 69-68, 70-203, 131-201, 207-78, 75-202, 79-204, 214-225, 208-219, 77-215, 209-201, 202-205, 210-79, 211-74, 206-220, 212-223, 221-222, 213-224, 214-225, 228 - log1, 78-226, 74-227, 76-75 Zapojení bloku zobrazení stavů: 79-90, 74-91 Zapojení bloku ovládání LED:Dlouhé drátky: 93-255, 95-258, 97-249, 99-252 Kratší drátky: 74-257, 257-250, 256-253, 253-78, 254-75, 254-248, 247-251, 247-79, 92-94, 94-96, 96-98, 98 - log0. Ostatní zapojení: Zapojit napájení všech potřebných IO
Kapitola 3 - dveře k trezoru Představte si, že máme trezor, který má dveře na kód. U trezoru jsou 4 tlačítka a musíme zadat správný kód, aby se dveře otevřely. Kombinace je například 1001, tedy levé tlačítko zmáčknuté, další nezmáčknuté, další také nezmáčknuté a poslední zmáčknuté. Při správné kombinaci se odemknou dveře ( rozsvítí se zelená LED3 ). Jak by to asi bylo zapojené? Nejjednodušší zapojení je na obrázku 3.1. Stačí tlačítka správně zapojit, aby se obvod uzavřel a mohl jím protékat elektrický proud. Obrázek 3.1: Dveře na kód - nejjednodušší varianta K takovému zapojení nepotřebujeme žádné zvláštní znalosti o nějakých sekvenčních obvodech, mapách a dokonce nepotřebujeme ani znalosti digitálních systémů. Obvod je jednoduchý, ale nic víc neumí, ani v něm nemůžeme dělat žádné zajímavé změny. My, jelikož už digitální systémy dobře známe, si obvod zapojíme tak, jak se pro digitální systém sluší. Tlačítka přivedeme do logického obvodu AND se čtyřmi vstupy. Krajní tlačítka S3 a S6 přivedeme přímo na vstup ANDu, tlačítka S4 a S5 nám musí dávat log1 ve chvíli, kdy jsou nestisknutá. Takže je nezapojíme přímo, ale přes funkci NOT, abychom hodnotu tlačítka otočili. V takovém obvodu si můžeme i zobrazovat, jaké vlastně zadáváme číslo, když výstupy z tlačítek, tedy zdířky 122, 125, 128 a 131 přivedeme na číslicovku. Můžeme udělat ještě jedno vylepšení. Jako nám při odemčených dveřích svítí zelená LED3, tak při zamčených bude svítit červená LED1. Schéma obvodu je na obrázku 3.2. Obrázek 3.2: Dveře na kód - digitální varianta
Správné dveře na kód ale fungují tak, že nejdříve zadáme kód a pak stiskneme nějaké potvrzení, třeba klávesu "enter". A pak se dveře buď odemknou, nebo ne. K tomu přidáme do obvodu IO 74175, který bude fungovat jako registr (paměť). Po stisku tlačítka si zapamatuje, co je na vstupech a objeví se to samé na výstupech. Můžeme pak zobrazovat kombinaci na vstupech, tedy to co je na tlačítkách, i kombinaci na výstupech. Obvod je na obrázku 3.3. Obrázek 3.3: Dveře na kód - varianta s pamětí Krásné. K tomuhle jsme stále ale nepoužili žádné mapy a našich osm kroků k vytvoření sekvenčního obvodu. Ted si ukážeme, jaké dveře na kód se pomocí sekvenčního obvodu dají vytvořit. Sekvenční obvody, jak už víme, jsou obvody, kde se nám mění vstupy podle výstupů přes nějaké logické funkce. Pro změnu stavu vstupů můžeme použít i tlačítka. Takže například můžeme vytvořit dveře na kód, kde zadáme například číslo 3, potvrdíme, pak číslo 0, potvrdíme a pak číslo 2 a opět potvrdíme. A dveře se odemknou. zadáním jiného pořadí čísel se dveře neodemknou. Tohle už je složitější obvod a bude vyžadovat dávku soustředění. Kdo to nebude chtít pochopit, může přeskočit rovnou až k zapojení, obvod si zapojit a hrát si. Obvod bude fungovat tak, že bude procházet skrz čtyři stavy. Stav vstupů AB=00 bude počáteční stav 0. Když zadáme na tlačítkách kombinaci S3, S4=11 a potvrdíme tlačítkem S1 (S1 bude náš enter), obvod se dostane do stavu vstupů AB=01, což bude stav 1. Když ve stavu 1 zadáme kombinace S3,S4=00 a potvrdíme tlačítkem S1, obvod se dostane do stavu 2, což bude AB=10. Jakákoliv jiná kombinace tlačítek a potvrzení vrátí obvod zpět do stavu 0. Konečně ve stavu 2, když zadáme kombinaci S3,S4=10 a potvrdíme tlačítkem S1, obvod se přepne do stavu 3, dveře se odemknou a rozsvítí se zelená LED. Opět jakákoliv jiná kombinace tlačítek S3 a S4 a její potvrzení ve stavu 2 vrátí obvod do stavu 0. Jakmile jsou dveře odemčené, tedy jakmile je obvod ve stavu 3, dveře už odemčené zůstanou. Obvod při zadání jakékoliv kombinace zůstane ve stavu 3. Do stavu 0 ho dostaneme jen smazáním paměti obvodu 74175, tedy přidáme tlačítko S2, které bude obvod mazat. S2 bude reset. Na obrázku 3.4 je tento popis nakreslen. Ještě poznámka - tlačítko S1 bude spouštět časovač 555 tak, aby s něho vyšel jeden časový pulz. Kdo si vzpomíná, jak vypadal monostabilní klopný obvod s časovačem 555 v prvním dle návodu, a na důvody, proč jsme tlačítko nepřipojili na zdířku 87 (ZAPSAT) obvodu 74175 přímo ("blblo to"), tak to je přesně ono.
Ted uděláme naše známe kroky. První krok - nakreslíme tabulku přechodů stavů Obrázek 3.4: Změny stavů vstupů pro zakódované dveře Obrázek 3.5: Tabulka přechodů stavů
Druhý, třetí a čtvrtý krok - nakreslíme mapy pro vstupy A a B, vyplníme podle tabulky a zakroužkujeme skupiny jedniček. Tentokrát tvoříme vstupy podle čtyř hodnot ( výstup A, Výstup B, tlačítko S3, tlačítko S4). Jak taková mapa vypadá je na obrázku 3.6. Pátý krok - vyčteme z map logické funkce Obrázek 3.6: Mapy pro zakódované dveře Vstup A=( A AND B ) OR ( S3 AND S 4 AND A) OR ( B AND S 3 AND S 4 ) Vstup B=( A AND B ) OR ( S3 AND S 4 AND A) OR (S3 AND S4 AND A AND B ) Je vidět, že první část obvodu je stejná pro oba vstupy. Tím se nám obvod opět trochu zjednoduší. Všimněte si ve schématu, že první část (tedy AND s dvěma vstupy a AND se třemi vstupy, přivedený do OR) je použit dvakrát jako vstup dalšího OR. Šestý krok - sestavíme blok logických funkcí. Schéma je nakreslené na obrázku 3.7. Sedmý a osmý krok - Nakreslíme mapy pro ovládání LED a sestavíme obvod. V tomto kroku jsem kreslení map vynechal, protože je to velmi jednoduché a dá se to uhodnout. LED1 svítí kdykoliv je alespoň jeden výstup roven log0. K tomu je ideální logická funkce NAND, protože ta funguje jako logické OR pro logické nuly (zatím to tak berte, více vysvětlím později). A zelená LED3 svítí v případě, že nesvítí červená LED1, takže stačí přívod, který vede k LED1, otočit pomocí funkce NOT. Schéma je na obrázku 3.7, blok ovládání LED. Po propojení všech drátků je třeba pro jistotu obvod 74175 resetovat spínačem S2, aby obvod fungoval správně.
Obrázek 3.7: Obvod pro zakódované dveře Zapojení 4: Zapojení bloku časovač (TYP2): log1-10, 10-8, 7-48, 9-49, 49-41, 40 - log 0, 49-51, 48-116, 50-87, 117 - log0, Zapojení bloku změn stavů:117-120, 119-80, 123 - log1, 123-126, 124 - log0, 124-127, 122-71, 125-68, 68-69, 72-71, 79-250, 74-251, 252-214, 211-79, 201-209, 207-74, 208-220, 212-213, 210-227, 77-221, 78-226, 75-229, 217-225, 215-216, 219-215, 76-218, 228 - X4, X4-125, 227 - X3, X3-122, 73 - X2, X2-202, 70 - X1, X1-201 Zapojení bloku zobrazení:122-90, 125-91, 250-261, 251-262 Zapojení bloku ovládání LED: 92-96, 96 - log0, 97-67, 93-64, 66-65, 65-64, 63-79, 62-74, Ostatní zapojení: Zapojit napájení všech potřebných IO
Kapitola 4 - Svíticí had Už několik kapitol známe výhodnou posloupnost změny stavu vstupů podle výstupů. Byla to 00,01,11,10. Zapojení pak bylo velice jednoduché, ani jsme nepotřebovali žádné logické funkce. Stačilo jen šikovně zapojit výstup (nebo jeho opak) na vstup. Ukážeme si, jaké je výhodné zapojení, když budeme chtít použít všechny vstupy, které máme, tedy A, B, C, D. A uvidíme, co se vlastně "uvnitř" děje, proč je to tak výhodné a jednoduché. Vstupy A, B, C, D chceme měnit v pořadí 0000, 0001, 0011, 0111, 1111, 1110, 1100, 1000 a pak zase od začátku. Změny jsou zobrazené v tabulce na obrázku 4.1. Obrázek 4.1: Tabulka změn vstupů Našich známých šest kroků (kdo chce, ať si je udělá jako cvičení, je to snadné) nám řekne, že funkce pro takový obvod budou vypadat takto: Vstup A = výstup B, vstup B = výstup C, vstup C = výstup D, vstup D = výstup A. Je to krásně vidět i v tabulce, když si srovnáte sloupce třeba vstupu B a výstupu C, uvidíte, že jsou stejné. Ovládání LED zapojíme podle schéma na obrázku 4.2. Použijeme testovací kontrolky na modulu SAIMON2, které zapojíme takto "do čtverce". Budou svítit vždy čtyři. Jak se mění stavy vstupů, tak had bude obíhat čtverec. A teď je i vidět, proč je tak výhodné toto počadí změn vstupů, ona se tam vlastně "přelévá" skupina čtyř jedniček.
Obrázek 4.2: Blokové schéma obvodu had Zapojení 5: Zapojení bloku časovač: 48-24, 49-23, 24-25, 48-51, 48-39, 38 - log0, 49-9, 10 - log1, 50-87 Zapojení bloku změn stavů:77-74, 76-81, 83-86, 84-78 Zapojení bloku ovládání: 85 - T1, 82 - T2, 75 - T3, 78 - T4, 79 - T8, 74 - T7, 81 - T6, 86 - T5 Ostatní zapojení: Zapojit napájení všech potřebných IO
Kapitola 5 - Hra Videostop Zapojení hada z předchozí kapitoly můžeme ještě lehce upravit. Můžeme si výstup z IO 74175 přivést na číslicovku a zobrazit si stavy výstupů jako číslo. Když to uděláme standardně v pořadí, jak jsme zvyklí, tedy výstup A - 88, výstup B - 89, výstup C - 90, výstup D - 91, tak se budou čísla (vlastně znaky) zobrazovat po sobě na pohled trochu chaoticky. Když ještě určitým způsobem zapojíme na druhou číslicovku komplementární výstupy (to jsou ty s čarou), tak se na ní budou také měnit čísla, ale jiná. Takže třeba takto: výstup A - 262, výstup B - 261, výstup C - 260, výstup D - 259. Nastanou okamžiky, kdy čísla budou na číslicovkách stejná, to je okamžik, kdy svítí T1, T2, T7, T8 nebo T3, T4, T6, T5. Znaky, které jsou stejné, jsou 3 a C. Kdybychom chtěli jiné, stačí například prohodit na obou číslicovkách drátky vedoucí k digitální 2 a 4. Tedy ten, co vedl do zdířky 2, zapojit na zdířku 4 a obráceně. Pak se budou stejné znaky 5 a A. Takže videostop nezobrazuje náhodné znaky, to zatím ještě neumíme, ale i tak je to zajímavé zapojení. Když budeme sledovat testovací LED, tak máme vlastně nápovědu, kdy se stejné znaky zobrazí. Kdybychom to chtěli těžší, tak testovací led odpojíme. Videostop by ale měl mít ještě možnost zmáčknout tlačítko a něco by mělo zahlásit, zda jsme se trefili, nebo ne. K tomu budeme potřebovat nějakou logickou funkci, která vyhodnotí, zda jsou čísla stejné. A stejné jsou například v případě, že výstupy A, B, C a D jsou zároveň na úrovni log1, nebo výstupy A, B, C a D jsou zároveň na úrovni log1. Přivedeme obě skupiny do funkce AND se čtyřmi vstupy. Výstupy s ANDu přivedeme do funkce OR. A když bude OR na úrovni log1, znamená to, že znaky jsou stejné a můžeme třeba rozsvítit zelenou LED3. V opačném případě rozsvítíme červenou LED1 (použijeme funkci NOT). Obrázek 5.1: Videostop
Zmáčknutý spínač S2 zároveň zastaví hru. To je udělané tak, že signál ze spínače se kombinuje v logické funkci NAND. Když spínač dává log1, tak se signál může kombinovat se signálem z časovače a hra normálně funguje. Když spínač dává log0, tak se hra zastaví. Abychom odstranili známé zákmity při stisku spínače, použil jsem známý RS obvod vytvořený ze dvou NANDů. Výstup z RS obvodu se zapojí nejen do vstupu NANDu, který provádí součin signálu z časovače, ale také na katody obou LED, aby svítily jen při stisku spínače. Zapojení 6: Zapojení bloku časovač (TYP3): log0-36, 37-48, 48-51, 48-18, 17-49, 49-7, 8 - log1, 100-48, 101-49. Zapojení bloku změn stavů:77-74, 76-81, 83-86, 84-78 Ostatní zapojení: Zapojit napájení všech potřebných IO Zapojení zobrazení: 79-88, 74-89, 81-90, 86-91, 85-259, 82-260, 75-261, 78-262 Zapojení bloku porovnání výstupů: 85-229, 82-228, 79-227, 74-226, 75-230, 78-231, 81-232, 86-233, 225-222, 223-234, 224 - X5, X5-97, 97-65, 65-66, 67-93, 92-96, 92-70, 70-62, 64-68, 70-71, 50-72, 73-87, 121-112, 69-121, 63-120, 120-111, 119 - log0 Zapojení bloku zvuk: 109 - log0, 108-87 Volitelné - zapojení bloku ovládání: 85 - T1, 82 - T2, 75 - T3, 78 - T4, 79 - T8, 74 - T7, 81 - T6, 86 - T5
Kapitola 6 - Hra Pyrotechnik V první kapitole jsem uvedl zapojení z předchozího dílu, které mění čísla na číslicovce od 0 do 7. Čísel umíme zobrazit i více ( pamatujete si kolik celkem včetně písmen?). Ano, je to 0 - F. Takže určitě budeme moci zapojit i počítadlo od 0 do F (tedy 15), a tím chci splnit slib, který jsem dal na konci předchozího dílu návodu. Tím je zapojení hry Pyrotechnik. Představte si, že jste dostali úkol zneškodnit časovanou bombu. Bomba tiká, odpočítává čas na počítadle a vy musíte najít správnou kombinaci tlačítek, aby jste bombu deaktivovali. Když bomba tiká, bliká žlutá LED2. Když bomba vybouchne, rozsvítí se červená LED1 a tikání ustane. A když bombu úspěšně deaktivujeme, rozsvítí se zelená LED3, tikání také ustane. Bomba navíc musí odpočítávat od F do 0, nikoliv obráceně. Jak takové zapojení bude vypadat? První krok je navrhnout počítadlo od 0 do F. Musíme ho udělat takto, začít od 0, protože obvod 74175 bude po mít po zapnutí a smazání nastaveny výstupy na 0. Jak z toho pak jednoduše udělat počítadlo od F do 0 si ukážeme, použijeme jednoduchý trik. Tabulka přechodů stavů je na obrázku 6.1. Mění se celkem 16 stavů, po stavu ABCD=0000 následuje stav ABCD=0001, jak to už umíme, ale když dosáhneme kombinace vstupů ABCD=1111, tak nesmíme počítat zase od začátku, ale v tomto stavů zůstat. Takže když výstupy budou na úrovni ABCD=1111, tak následující kombinace musí být také ABCD=1111. První krok - nakreslíme tabulku přechodů. Obrázek 6.1: Tabulka přechodů stavů vstupů
Druhý, třetí a čtvrtý krok - vytvoříme mapy, vyplníme, zakroužkujeme skupiny jedniček. Obrázek 6.2: Mapy Tak. Zakroužkoval jsem určité skupiny jedniček. Když se podíváme například na mapu pro vstup B, tak uvidíme, že je tam zakroužkovaná samotná jednička, přitom by se dala zakroužkovat mnohem větší skupina. A to dokonce čtyři jedničky. Podobná věc platí pro mapy pro vstup C a D. Je tam zakroužkovaná samotná jednička, přitom by se daly zakroužkovat dvě. Důvod je opět šalamounský a musím se přiznat, že mě napadl až když jsem obvod zapojoval. Ušetříme tím logické funkce a tím pádem integrované obvody, použijeme totiž jednu funkci hned třikrát. AND se čtyřmi vstupy, na které přivedeme výstupy ABCD, použijeme pro zapojení obvodu pro vstup B, C i D. Kdo by nad tím opravdu hodně přemýšlel, tak si všimne, že v mapách pro vstupy B, C a D ale můžeme zakroužkovat víc než jen tuhle samotnou jedničku, určitě se tam najde společná skupina dvou jedniček pro všechny mapy. Takže nemusíme výstupy ABCD přivádět na AND se čtyřmi vstupy, ale mohlo by to být jednodušší. Ano, mohlo, ale je tu ještě jeden důvod, ten AND se čtyřmi vstupy totiž použijeme ještě počtvrté, pro rozsvícení červené LED1. Když z této funkce AND bude vycházet logická 1, znamená to, že výstupy ABCD jsou všechny rovné log1, počítadlo je na nule a bomba vybuchla. Pátý krok. Vstup A = A OR (B AND C AND D) Vstup B = (A AND B AND C AND D) OR (B AND D ) OR ( B NAD C AND D) OR(B AND C ) Vstup C = (C AND D ) OR ( C AND D) OR (A AND B AND C AND D) Vstup D = D OR (A AND B AND C AND D)
Šestý krok - zde nakreslím rovnou celé schéma a ještě popíši zbylé části. Obrázek 6.3: Schéma Jak funguje blok změny stavů vstupů je asi jasné, stejně jako blok zobrazení, časovač a zvuk. To mezitím funguje následovně. Červená LED1 je napojena na výstup funkce AND, která říká, že bomba vybuchla, počítadlo je na nule, tedy výstupy ABCD=1111. Výstup pokračuje dál přes funkci NAND do funkce AND se třemi vstupy. Ta má za úkol rozsvěcet žlutou LED2, která svítí (bliká) pouze pokud nesvítí červená LED1, není bomba zneškodněná kombinací tlačítek a pokud výstup z časovače je roven log1 (tedy také bliká). Když bliká žlutá LED2, tak bomba tiká, zapojení pokračuje do reproduktoru. Spínačem S1 resetujeme obvod 74175, čili tím můžeme hrát znovu. A kombinace tlačítek je zapojená tak, že jejich zmáčknutím se musí spojit obvod, který přivede log0 na zdířku 80 (SMAZAT), rozsvítí zelenou LED3 a zabrání blikání LED2 přes zmíněný AND se třemi vstupy. Log 0 je možné přivést jen pokud bomba nevybuchla, proto je tlačítko S6 napojené na výstup funkce AND se čtyřmi vstupy jako LED1. U použitého zapojení je vidět, že musíme zmáčknout S3 a S6, aby se obvod propojit a bomba deaktivovala, ale tlačítka můžeme zapojit i jinak, než je ve schématu a vytvořit jinou kombinaci.
Zapojení bloku odpočítávání: 209-74, 210-81, 211-86, 212-119, 220-79, 221-77, 79-229, 74-228, 81-227, 86-226, 74-251, 85-250, 74-248, 82-247, 75-201, 210-207, 211-202, 225-222, 249-223, 224-213, 208-214, 215-216, 252-217, 76-218, 225-239, 85-238, 84-240, 239-245, 81-253, 250-254, 247-256, 86-257, 258-242, 255-241, 243-244, 83-246 Zapojení bloku časovač (typ 1): log0-38, 39-48, 48-51, 48-13, 14-49, 49-7, 8 - log1, 50-87 Zapojení ovládání: 225-93, 92-log0, 97-log1, 80-96, 80-116, 117-log0, 92-94, 96-203, 87-204, 95-206, 93-68, 68-69, 70-205 Zapojení zobrazení: 78-88, 75-89, 82-90, 85-91 Zapojení kombinace tlačítek: 132-93, 131-130, 128-127, 125-123, 122-80 Zapojení bloku zvuk: 109-95, 108-log0.
Příloha 1: Zapojení časovače 555 Obvod s časovačem 555 s proměnlivou rychlostí. Budeme ho nazývat TYP 1. Obrázek : Astabilní zapojení obvodu 555 Zapojení typ 1: log0-38, 39-48, 48-51, 48-25, 24-23, 24-49, 49-7, 8 - log1. Pokud potenciometr nahradíme pevným rezistorem, dostaneme zapojení s pevnou rychlostí. velikost rezistoru a kondenzátoru určí rychlost. Obvod s časovačem 555, který po stisku spínače vygeneruje jen jeden puls. Budeme ho nazývat TYP 2. Obrázek 9.7: Monostabilní obvod. Zapojení typ2: 51-9, 48-7, 8-10, 49-51, 49-43, 42-log0, 48-116, 117-log0, 8-log1. Nebo to můžeme zapojit takto: 111-51, 110-48, 49-51, 49-43, 42 - log0, 48-116, 117 - log0, Propojka rezistorů nad tlačítky umístěná na plus.
Další obvod s časovačem 555 se sice se stálou rychlostí, ale je trochu jiný. Když ho zapojíme, tak uvidíme jasně rozdíl. V ostatních typech zapojení vždy blikající LED svítila zhruba stejně dlouho, jako byla zhasnutá. V tomhle typu zapojení jen blikne a pak bude dlouho zhasnutá. Poměr, jak dlouho LED svítí a jak dlouho je zhasnutá, se nazývá činitel plnění, neboli střída. Zapojení budeme ho nazývat TYP 3. Ten se bude hodit například pro zapojení videostop. Zapojení typ 3: log0-36, 37-48, 48-51, 48-20, 19-49, 49-7, 8 - log1, 100-48, 101-49.