Электронные кости

Представляю вашему вниманию схему электронных игральных костей. Схема имитирует выбрасывание классического игрального кубика с шестью гранями, от 1 до 6 очков. Такая схема может стать хорошим и интересным помощником в настольных играх.

Набор заказывал на Алиэкспресс, там доступно несколько разновидностей.

Принцип работы устройства

Обратимся к принципиальной схеме устройства. На транзисторе Q1 и таймере 555 (меньшая из двух микросхем) собран довольно хитрый генератор импульсов. При нажатии кнопки заряжается конденсатор C1, открывается транзистор Q1 и запускается генератор на микросхеме. Причём, по мере разряда C1 частота генератора падает, пока транзистор вовсе не закроется и генератор остановится.

Импульсы с генератора поступают на вход десятичного счётчика на микросхеме CD4017BE. После каждого импульса на одном из 10 выходов счётчика по очереди устанавливается высокий уровень сигнала, на остальных низкий. Во избежание путаницы нужно отметить, что нумерация ног микросхемы не совпадает с нумерацией выводов, вот поясняющая картинка:

Таким образом, в самом начале высокий уровень на выводе Q0 (это нога №3). При поступлении импульса на вход CLK высокий уровень перескакивает на Q1 (нога №2), затем на Q2 и так далее.

Поскольку нам нужно досчитать только до 6, а не до 10, выход Q6 соединён с выводом сброса MR, так что счётчик сбрасывается в начальное состояние с высоким уровнем на Q0.

Далее всё повторяется по циклу, причём в начале частота так велика, что глаз не успевает отследить моргание светодиодов, кажется, что они все горят одновременно. Но затем частота снижается, и, в конце концов, схема стабилизируется в одном из фиксированных состояний, когда выский уровень постоянно остаётся на одном из выводов Q0 - Q5. Таким образом, на электронном кубике выпадает случайное количество очков от 1 до 6.

Переключение самих светодиодов тоже довольно интересно. Чтобы имитировать расположение точек на обычном игральном кубике, светодиоды соединены довольно изящно. Выходы счётчика управляют четырьмя транзисторами, каждый из которых зажигает или гасит один или два светодиода.

Хочу обратить внимание, что транзистор Q3, в отличие от своих коллег Q2, Q4 и Q6, обладает проводимостью p-n-p. То есть, высокий уровень на выводе 1 микросхемы его, наоборот, закрывает. Во всех остальных случаях он открыт и его подопечные светодиоды горят.

Ну а дальше несложно понять, какая группа светодиодов будет гореть в любом состоянии микросхемы. Нужно только учесть, что от выхода микросхемы до базы транзистора должно быть сопротивление 10 кОм. К примеру, между выводом 3 и базой Q5 цепочка 30 кОм, и этого недостаточно, чтобы Q5 открылся.

Давайте для примера разберём, что будет, если высокий уровень на выводе 3. Будут открыты транзисторы Q2 и Q4. Как уже говорилось, Q5 открыться не сможет, сопротивление велико. Также не будем забывать, что открыт транзистор Q3, т.к. на выводе 1 нет высокого уровня. Итого, будут светиться светодиоды D1,D2,D4,D6,D7, на электронном игральном кубике выпало 5 очков.

В качестве доработки схемы я поменял C1 ёмкостью 1 мкФ на два параллельно соединённых конденсатора 0.1 мкФ. А то уж больно долго было ждать, пока закончится бросок электронных костей после нажатия кнопки. А так, процесс ускорился в 5 раз.

В заключение, как обычно, видео работающей схемы.