电子“渡河”玩具

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(温晓明)大家都知道这个古老的故事:从前,有位船夫随身带着一只粮、一只羊和一棵白菜过河。因为船小,一次摆渡只允许船夫带一只动物或一颗白菜,但是如果把狼和羊留在岸上,狼就会吃掉羊;如果把羊和白菜留在岸上,羊又要吃掉白菜;不过狠不吃白菜。在这种情况下,船夫怎样安排摆渡才好呢?我们推荐一个小巧简单的电子装置,通过扳动开关可以找出最佳渡河方案。

电路简介

本电子装置电路见图1。转换开关K\(_{1}\)~K4转换到“1”、“ 2”位置,是表示“船夫”、“羊”、“狼”和“白菜”渡到河这边岸上或对岸的位置。

图1
图1 🔍原图 (868×490)

与非门 F\(_{1-1}\)、F2-1、F\(_{3-1}\)、F3-2和转换开关K\(_{1}\)~K4一起组成控制电路。发光二极管 LED\(_{1}\)、LED4和与非门F\(_{2}\)-2、F3-3、F\(_{3}\)-4、F1-2、扬声器等组成声光报警电路。在“渡河”过程中,一旦某边岸上出现危险情况(狼吃羊或羊吃白菜)时,发光二极管LED\(_{1}\)或LED2便会发亮,并准确地指示出现险情发生在哪边岸上。与此同时,扬声器也发出频率为500Hz左右的音频振荡信号。

下面结合具体动作,来介绍一下电路的工作过程:

摆渡开始前,开关K\(_{1}\)~K4均应置于“ 1”,相当于“船夫”、“羊”、“狼”、“白菜”都在河这边岸上。此时,与非门F\(_{3}\)-2的“ 9”、“10”端均为高电位,所以输出端“ 8”为低电位。 F3-1的输入端“12”、“13”均为低电位,所以它的输出端“11”为高电位。F\(_{2}\)-1的“4”、“5”端为低电位,“3”端为高电位,所以它的输出端“ 6”为高电位,发光二极管LED2不亮。而F\(_{1}\)-1的输入端“11”为低电位,“ 9”、“13”均为高电位,它的输出端“ 8”为高电位,LED1也不亮。由于此时F\(_{2}\)-2的输入端均为高电位,所以 F2-2的输出端“ 8”为低电位,由F\(_{3-3}\)、F3-4等组成的振荡器不工作,所以喇叭不响。

摆渡开始时,设K\(_{1}\)、K2均置于“ 2”位,而K\(_{3}\)、K4仍为“1”位,此时相当于船夫先带着羊过河。利用上面的分析方法可知,F\(_{1}\)-1、F2-1的输出端均为高电位,两个发光管都不亮,喇叭也不响,说明两岸均无险情发生。如果不是这样,而是“船夫”先带着“狼”过河,即开关K\(_{1}\)、K3置于“2”、K\(_{2}\)、K4置于“ 1”,此时F\(_{3}\)-1、F3-2的输出端均为高电位,而F\(_{1-1}\)的输入端均为高电位,所以 LED1亮;F\(_{2}\)-1的输出端为高电位,LED2不亮。由于F\(_{2-2}\)的两个输入端一个为高电位,一个为低电位,所以F2-2输出端为高地位、F\(_{3}\)-3、F3-4组成的振荡器工作,喇叭响。说明险情发生在这边岸上,即羊吃白菜了。

上面举了两种过河方式,当然还有其他方式,如果方式选得不合适,就会使与非门F\(_{2}\)-2的任一输入端为低电位,便有高电位输出,与非门F3-3打开,振荡器起振,声响器发出报警信号。如果方式选得合适,就不出现报警信号,使船夫和羊等安全渡到对岸。转换开关K\(_{5}\)用以使振荡器停振。需要时,只要将K5置于“ 2”的状态,即可中止声响信号。变换电位器W或C的数值,可选择自己满意的音响。

元器件选择与装配

本文中的集成块是用的TTL中速五输入端双与非门T063两块和二输入端四与非门T065一块,也可用同类其它型号代替。发光二极管选用2EFIA,若用其它型号的发光二极管时,应改变限流电阻R\(_{1}\)和R2的阻值。扬声器Y的功率为 0.1~0.25W。电容C选用4.7μ的涤纶或金属化纸介电容均可。转换开关K\(_{1}\)~K5均为单刀双掷开关。按钮开关也可用电铃开关代替或自制。图中W为4.7K电位器。

除转换开关K\(_{1}\)~K5、按钮开关、发光二极管、扬声器以外,集成电路、电阻、电容等全都焊接在印刷电路板上,印制板见图2(1:1)。外形见图3。

图2
图2 🔍原图 (1616×672)
图3
图3 🔍原图 (603×387)