用CMOS数字集成电路制作的一组玩具(5)

🏠 首页 《无线电》杂志 1987年 🔗 第216期 🔗 第42页 分类:答读者问 🔗 华川 🔗

(五)传球游戏

这个玩具外形见图1,它可供四个人一起做传球的游戏。玩具是一个四方的盒子,参加游戏的人各据一方,入一号座的人充当“教练”,教练不参加传球,负责发球、记分和调节传球的速度。盒面当中有一个音响器,不断地发出“咔嗒”声,预示传球的速度;四面各装一只小红灯(发光二极管),几号红灯发光,就象征着“球”正传到几号运动员手里。开始时,教练按一下发球按钮AN\(_{1}\),1号红灯亮,表示教练即将把球扔给2号座运动员,2号座运动员就得在“嗒”的一声前约0.1秒钟内迅速按下接球按钮AN2,才能把球接到手里,这时1号灯熄灭,2号灯发光。如果按下AN\(_{2}\)的时间过早或过迟,就不能把球接住,1号灯熄灭后2号灯不会发光。接下来,2号运动员把球传给3号,3号传给4号,4号又传给教练,教练不必接球,球到了1号位能自动蹦向2号位去……这样周而复始地继续下去。在传球过程中,教练可随意调节他左手旁的旋钮,使传球速度忽快忽慢或一个劲儿加速,以增加游戏的兴趣。如果有人接不住球,要教练再发一次球,才能继续进行游戏。

图1
图1 🔍原图 (560×266)

电路原理

这个玩具的电路见图2所示,大致可分移位脉冲发生器和环形计数器二个部分。

图2
图2 🔍原图 (1030×771)

1.移位脉冲发生器 用两个非门IC2·4和IC2·5构成一个振荡器,来产生移位脉冲。脉冲的重复周期约自0.1秒至1.7秒连续可调,以大幅度地改变传球速度。在它的输出端接有压电陶瓷片,每输出一个脉冲,就发出“咔嗒”一声。

2.环形计数器 四个D触发器IC3·1、IC3·2、IC4·1和IC4·2构成一个四级的环形计数器。每级的输出Q-,各经一个非门去驱动发光二极管,使它发出光来。当各级的非门的输出端和Q端同相,该级被置“1”时,二极管发光。

各级的R端连在一起,经R\(_{6}\)接VSS。第二至四级的S端直接通V\(_{SS}\),只有第一级的S端接到VDD,按一下发球按钮AN\(_{1}\)即可将该级置“1”。

各级的CP端连在一起,同时接受从IC2·4送来的移位脉冲。

在这里,环形计数器前后级间的联系采取两种不同的方式:第四级返回到第一级采取直接联系的方式——把第四级的Q端直接连到第一级的D端,只要来一个移位脉冲,就可以把放在第四级里的“数据”转移到第一级里去。第一级到第二级之间采取间接联系的方式——第一级的输出Q-,通过一个由或非门IC1·1构成的电子阀门,反相后,再送到第二级的D端去,阀门的输出和第一级的输出Q同相。采取这种方式的电路,必须在移位脉冲到来前先把阀门打开,才能把前级内的数据转移到后一级去。请读者仔细看看,或非门IC1·1用一个输入端来接受从IC3·1送来的“数据”,把另一输入端作为控制端,经R\(_{4}\)接VDD,平时是高电位,这个阀门是封锁着的。打开阀门的方法是按下接球按钮AN\(_{2}\)(或AN3、AN\(_{4}\)),把一个未经充电的电容C2(或C\(_{3}\)、C4)接入控制端和V\(_{SS}\)之间,因为电容两端的电压不能突变,在接入的瞬间可使控制端的电位下降到几乎等于0,阀门就被打开。只是电容接入控制端后,由于电源经R4充入电荷,过了0.3秒左右,控制端的电位又升到V\(_{T}\)以上,阀门又被封锁了。所以阀门开放的时间是非常短促的。放开按钮后,电容脱离控制端,并经按钮的常闭接点,释放掉充入的电荷,以备下次再用。环形计数器的第二级到第三级以及第三级到第四级之联系,都采取这种方式。为了使线路简单些,把三个阀门的控制端连在一起和三个接球按钮AN2、AN\(_{3}\)、AN4相接。

在按AN\(_{1}\)时,令环形计数器的第一级置“1”后,如果能及时地按动接球按钮,在一个个移位脉冲到来时,四个发光二极管将依次轮流明灭。这种现象说明了置入第一级的数据“1”,一步步逐级向后转移(图3),到第四级后,又转移到第一级去,周而复始循环不已,所以把这种电路称做循环计数器。

图3
图3 🔍原图 (701×416)

装置和调试

电路的装置可参考图4进行。IC1为C039型2输入端四或非门,IC2为C003型六非门,IC3和IC4是双D触发器,这些器件在前几篇里已介绍,这里不再多讲。按钮开关可用薄铜皮自制(图5)。装置时,应先接好印制板上的各条加接线,然后再焊入各个元件。再加焊两段临时接线:一段把三个电子阀门的控制端接通V\(_{SS}\)(印制板上的端点A2接电源负极),使阀门都处于开放状态;另一段一端接电源正极,一端悬空。调试的步骤如下:

图4
图4 🔍原图 (740×818)
图5
图5 🔍原图 (476×388)

1.开启电源,这时可能有几只LED同时发光,可用电源正极的临时接线的悬空端,去碰一下IC4·2的R端(13脚),使所有的D触发器全部置“0”。然后按一下AN\(_{1}\)(迅速放开),令IC3·1置“1”,这时LED1发光。如果移位脉冲发生器工作正常,LED会依次轮流明灭,并且能听到IT发出的“咔嗒”声。试调节R\(_{3}\),LED的明灭能明显地加快或减慢。试验中可能出现的故障为:(1)JT无声,LED1发光后不再跳动。故障出在振荡器,重点检查IC2的各脚是否脱焊。

(2)JT有声,但LED\(_{1}\)发光后不再跳动。应重点检查IC3的各脚有无脱焊。

(3)发光的LED依次往后跳,跳到某一级就不亮,故障大致在相应的或门,或这个发光管已损坏。

2.拆掉印制板上的两段临时接线。再次开启电源后,也可能有几个LED同时发光,但这时三个电子阀门的功能已恢复正常,不按接球按钮是不会往后传跳的,很快地都会自动熄灭。接着,按一下AN\(_{1}\),令IC3·1置“1”,LED1发光后,及时按动任意一个接球按钮,使LED依次序明灭传跳即可。(华川)