猜数游戏机

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这里向初学者介绍一个玩具,它的外形见图1,此玩具可作猜数字的游戏。你可以预先想好在15以内的任何一个正整数,然后在玩具面板上长方形框内寻找此数,如果某个框内有你所想好的数字,就把这个框内的开关向上拨动。例如你想的数字是12,这个数字在左边的两个框内都有,就把左边两个框内的开关都向上拨动。当你把每个框内的数字都找好,并且把开关都正确地拨好后,游戏机就知道你所想的数字了。但是游戏机不会说话,怎样回答呢?请看,在游戏机上面有几只发光二极管,每只发光二极管下面写有数字,你只需按下右边的“答案”键,就会有某几只发光二极管发出亮光,将发亮光的二极管下面的数字相加所得到的结果,就是游戏机的回答。

图1
图1 🔍原图 (551×542)

此游戏机的电路见图2,只需要几只发光二极管、电阻和开关就可组成。图2中LED\(_{1}\)~LED4是四只发光二极管,R\(_{1}\)~R4分别是它们的限流电阻,K\(_{1}\)~K4是拨动开关,AN是按钮开关。

图2
图2 🔍原图 (481×422)

工作原理

我们熟悉的计数制是十进位计数制(简称十进制),它使用从0至9的十个数字符号,其基本规律是逢十进一。

二进制的基本规律是逢二进一,任何一个数只使用“0”和“1”两个不同的符号。

十进制数和二进制数怎样互换呢?将十进制数转换为二进制数时,只要把这个数连续除以2,并依次记下余数,一直除到商数为零,然后把全部余数按相反的次序排列起来,就得到与此十进制数等值的二进制数。

例:把十进制数12转换成二进制数

图3
图3 🔍原图 (574×238)

故十进制数12等于二进制数1100。

读者可自己列出1~15十进制数与二进制数的对应关系表,这样制作时就会感到方便。

这只玩具中有四只发光二极管,它们分别由K\(_{1}\)~K4四只拨动开关控制,当向上拨动开关使其闭合时,相应的发光二极管就被接入电路,这时一按按钮AN,这些发光二极管就会发光。如果我们把开关闭合(向上拨)作为“1”,把开关断开(向下拨)作为“0”,那么只有为“1”的那几只发光二极管发光,把这些数值加起来,就得到相应的数字。因此我们实际上是在利用这只玩具作二进制数与十进制数的转换,即把四只开关的不同位置(开闭状态)所代表的二进制数转换为十进制数。

那么,对于某一个数,每只开关框内的数字是怎样填写的呢?这也很简单,你只要把十进制数化为二进制数,然后将此二进制数中数码为1的每一位填入相应位数的框内。例如十进制数12化为二进制数是1100,它的左边两位数码是1,你就把12填入左边两个框内。图1面板上标出了游戏机各框内所填写的数字,供读者制作时参看。

根据上面的介绍,你一定明白了这只游戏机的奥秘了。你还可以举一反三,增加发光二极管和拨动开关的数量,使此玩具能显示的数的范围扩展,几个发光二极管可表示的数为2\(^{n}\)个。

安装制作

图3是印刷电路板。全部元器件都焊装在有铜箔这面。拨动开关和按钮开关可选用市售成品,也可用塑料块、磷铜片等材料参照图3自制。

图4
图4 🔍原图 (551×689)
图5
图5 🔍原图 (637×345)

如果想增加发光二极管的亮度,可将限流电阻换用阻值小一些的,但要注意流过发光二极管的电流不要太大,应在10毫安以下为宜。(李光宇)