АВТОМАТ СЛУЧАЙНЫХ ЦИФР

Обязательная принадлежность многих игр — шестигранный кубик с цифрами на гранях. Бросая его, трудно предугадать, какая цифра окажется на обращенной вверх грани. Каждый раз могут случайно выпадать цифры от 1 до 6.

В электронной игротеке и кубик должен быть, конечно, электронный. Правда, выглядеть он может по-разному, не имея сходства с настоящим игральным кубиком. Но индицируемые им цифры все-таки будут «выпадать» совершенно случайно при каждом пуске устройства. Поскольку подобные электронные устройства работают в автоматическом режиме, их называют иногда автоматами случайных чисел или цифр, а также генераторами случайных чисел.

Пример автомата случайных цифр на лампах накаливания приведен на рис. 75. Он обеспечивает случайное зажигание одной, двух или трех ламп от карманного фонаря. При каждом «ходе» играющий нажимает кнопку SB1 «Пуск», а после отпускания ее отмечает результат в виде числа загоревшихся ламп.

В автомате используются две интегральные микросхемы серии К155. Каждая из микросхем, как известно, состоит из четырех логических элементов 2И—НЕ, но из восьми элементов обеих микпосхем задействованы только шесть.

На элементах DD1.1 и DD1.2 собран генератор, вырабатывающий прямоугольные импульсы, следующие с частотой в несколько десятков килогерц. На 

элементах DD1.3, DD1.4 и DD2.1, DD2.2 собраны триггеры, управляемые поступающими через конденсаторы С2, СЗ и С4, С5 сигналами.

Когда нажата кнопка SB1, импульсы генератора поступают на первый триггер, а с его выхода — на второй. Триггеры переключаются с большой скоростью и уследить за их состояниями по лампам невозможно. Но стоит отпустить кнопку, как триггеры окажутся в каком-то, совершенно случайном, устойчивом состоянии. Если, к примеру, на выходе первого триггера (вывод 11 элемента DD1.4) будет логическая 1, откроется транзистор VT1 и зажжется лампа HL1. Если такой же сигнал окажется и на выходе второго триггера (вывод 6 элемента DD2.2), будут гореть и лампы HL2, HL3. В итоге участник игры, управляющий кнопкой, получит три очка. Одна горящая лампа принесет, 

естественно, одно очко, две — два. Чтобы соблюдалась аналогия электронного кубика с обыкновенным, каждому играющему предоставляется право за один ход дважды нажимать кнопку пуска и суммировать полученные очки. В этом варианте, правда, минимальное число очков (минимальная цифра) составит 2.

Возможен и другой случай. Каждый играющий делает один ход, в результате которого набирает какое-то число очков. Сделав, скажем, по 10 ходов, каждый участник суммирует полученные очки. Выигрывает, конечно, тот, кто набирает наибольшее число очков. Возможны и другие условия игры.

Кроме указанных на схеме, транзисторы могут быть КТ603А, но со статическим коэффициентом передачи тока не менее 40. Лампы — на напряжение 3,5 В и ток не более 0,14 А. Все резисторы — МЛТ-0,125, но подойдут и МЛТ-0,25. Конденсаторы — любого типа, кнопка и выключатель питания — тоже.

Все детали, кроме источника питания, ламп, кнопки, выключателя, монтируют на печатной плате (рис. 76), укрепляемой затем в корпусе подходящих габаритов. Батарею (3336) устанавливают на съемной нижней крышке корпуса, а лампы, выключатель и кнопку — на верхней панели.

Если монтаж автомата выполнен безошибочно и детали исправны, никакого налаживания не понадобится. При необходимости нужную яркость ламп подбирают резисторами R4 и R7, а частоту генератора — конденсатором С1.

Следует помнить, что надежность работы устройства зависит от напряжения источника питания и при его снижении ухудшается. Лучшие результаты получаются при питании автомата от стабилизированного источника с выходным напряжением 5 В.

Автомат случайных цифр можно собрать всего на одной микросхеме — счетчике, если, во-первых, использовать в качестве индикаторов светодиоды, а во-вторых, воспользоваться характерной особенностью подобных логических устройств — срабатывать от помех в виде импульсов, возникающих при коммутации (замыкании или размыкании) контактов выключателей и переключателей. Это явление называют «дребезгом контактов» и устраняют его последствия различными защитными устройствами.

В нашем случае «дребезжащий» выключатель — это готовый генератор импульсов, число которых при каждом замыкании и размыкании контактов неодинаково — оно изменяется и от силы и от скорости нажатия на кнопку выключателя (если выключатель кнопочный).

Подключив выключатель к счетчику К155ИЕ2, получим простой генератор случайных цифр (рис. 77). К выходам счетчика подсоединены световые индикаторы— светодиоды HL1—HL4.

При каждом нажатии на кнопку выключателя на вход С1 счетчика будет поступать разное (случайное) число импульсов дребезга, и будет светиться один или несколько светодиодов, или ни один из них. Если каждому светодиоду присвоить свою цифру (1, 2, 4, 8), то суммированием их в соответствии со светящимися в данный момент светодиодами можно получать различные случайные цифры. Можно, конечно, оставить условие предыдущего автомата — составлять цифру по числу вспыхнувших светодиодов.

Генератор — автомат случайных цифр монтируют в небольшом корпусе со съемной задней стенкой. На лицевой панели укрепляют выключатель питания (например, тумблер типа МТ1), кнопку (типа П2К или другую) и светодиоды — их вклеивают в отверстия в панели. Микросхему с источником питания (батарея 3336) размещают внутри корпуса.

Как показала практика, подобный генератор случайных цифр не нуждается в налаживании, начинает функционировать сразу, надежен в работе, особенно при использовании длительное время хранившихся кнопок.

И еще один вариант автомата — с газоразрядным индикатором (рис. 78), высвечивающим цифры от 0 до 9. Причем цифра высвечивается лишь при нажатии кнопки, при отпущенной же кнопке цифры индикатора мелькают с такой большой частотой, что практически сливаются в большое светящееся пятно.

На трех элементах микросхемы DD1 собран генератор прямоугольных импульсов, следующих с частотой примерно 100 Гц. Они поступают на счетчик DD2, который преобразует импульсы в сигналы двоичного кода и автоматически сбрасывается в нулевое состояние после прихода каждого десятого импульса.

С выходов счетчика сигналы двоичного кода поступают на дешифратор, который переводит их в десятичный код и подает сигнал на соответствующий электрод газоразрядного индикатора HG1.

Генератор импульсов работает до тех пор, пока разомкнуты контакты кнопки SB1. При нажатии же кнопки и замыкании контактов колебания генератора срываются, и счетчик фиксируется в случайном состоянии. Пусть, например, он остановится на седьмом импульсе. Тогда на трех его выходах («1», «2» и «4») появятся логические 1. В итоге на выходе «7» дешифратора будет сигнал, благодаря которому индикатор высветит цифру 7. После отпускания кнопки цифры вновь сливаются в большое световое пятно.

Питание на газоразрядный индикатор поступает непосредственно из сети через однополупериодный выпрямитель на диоде VD3. Микросхемы же питаются от стабилизированного источника напряжением 5 В. Он составлен из понижающего сетевого трансформатора Т1, выпрямительного блока КЦ405А (VD2), параметрического стабилизатора (стабилитрон VD1 и балластный резистор R3) и регулирующего транзистора VT1. Пульсации выпрямленного напряжения сглаживаются оксидными конденсаторами СЗ и С2.

Вместо микросхемы К155ЛАЗ можно использовать K155JIA4 с тремя элементами ЗИ—НЕ, соединив у каждого элемента все входные выводы. Микросхему К155ИЕ2 допустимо заменить на К155ИЕ5, сделав некоторые изменения в подключении ее выводов: выводы 2 и 7 оставить свободными, вывод 6 соединить с выводом 11, а вывод 3 — с выводом 9. Регулирующий транзистор может быть любой из серий КТ807, КТ815, КТ817. Вместо выпрямительного бло

ка КЦ405А хорошо работают диоды (по одному в каждом плече), рассчитанные на выпрямленный ток не ниже 200 мА и обратное напряжение не менее 20 В. Диод VD3 может быть любым, рассчитанным на обратное напряжение не менее 300 В и выпрямленный ток не ниже 5 мА. Оксидные конденсаторы — К50-6, С1 —МБМ, резисторы —МЛТ-0,125 (R1) и МЛТ-0,5 (R2, R3). Понижающий трансформатор — любой маломощный, с переменным напряжением на обмотке II 4... 5 В. Кнопка и выключатель питания — любой конструкции.

Большинство деталей автомата монтируют на печатной плате (рис. 79) из одностороннего фольгированного стеклотекстолита. Гибкие выводы газоразрядного индикатора припаивают к соответствующим точкам платы. Чтобы выводы не могли замкнуться между собой, на них желательно надеть отрезки поливинилхлоридной изоляции, снятой с монтажного провода.

Плату укрепляют в корпусе подходящих размеров так, чтобы через отверстие в передней панели был виден индикатор. На передней панели укрепляют кнопку и выключатель питания, на задней устанавливают держатель предохранителя с предохранителем.

Следует обратить внимание на то, что один из проводов сети гальванически соединен с общим проводом автомата. Поэтому при проверке и эксплуатации конструкции нужно помнить о мерах безопасности и делать перепайки (если понадобится) выводов деталей только при вынутой из сетевой розетки вилке питания автомата. Работать с автоматом станет безопаснее, если во время изготовления трансформатора (в случае отсутствия готового) на его сердечник будет намотана дополнительная обмотка на 220 В, используемая для питания газоразрядного индикатора.