Jak to działa

uwaga ↕

Czytając opis tego projektu być może zwrócisz uwagę na to, że wiele elementów w nim występujących jest podobnych do innych projektów. Nie jest to przypadek - po pierwsze, tak właśnie wygląda elektronika w praktyce - korzysta się ze sprawdzonych wzorców, podobnych bloków funkcyjnych itp. Mam również nadzieję, że dążenie do zwiększenia użycia części wspólnych w projektach ułatwi Ci skupienie się jedynie na najistotniejszych różnicach, które wyróżniają dany projekt.

Zasilanie

Projekt zasilany jest baterią guzikową CR2032 umieszczaną w specjalnym koszyku w celu łatwej jej wymiany. Koszyk ten uniemożliwia również podłączenie baterii na odwrót co mogłoby uszkodzić elementy układu (głównie mikrokontroler). Bateria tego typu posiada niską wydajność prądową i niewielką pojemność ale za to jest małych rozmiarów i tania oraz w zupełności wystarczy do tego projektu. Wartość napięcia jakie wytwarza spada od około 3.3V kiedy bateria jest nowa do około 2.7V (i mniej) kiedy właściwie staje się już bezużyteczna. Przez większość czasu napięcie wytwarzane przez tę baterię (napięcie nominalne) wynosi około 3V.

Diody

Projekt składa się z 7 diod ułożonych tak aby umożliwić zapalenie się sekcji odpowiadających wszystkim kombinacjom znajdującym się na standardowej sześcio-ściennej kości do gry:

Pierwsza sekcja to dioda środkowa, używana do nieparzystych wyników.
Druga sekcja to dwie diody w rogach, które po zapaleniu dają wynik 2. Jeśli zostanie zapalona również dioda z pierwszej sekcji, otrzymujemy wynik 3.
Trzecia sekcja to dwie diody w przeciwnych rogach. Zapalenie ich w połączaniu z sekcją drugą daje wynik 4. Po dołożeniu sekcji pierwszej, otrzymujemy wynik 5.
Ostatnia sekcja to dwie diody po bokach. Są używane razem sekcją drugą i trzecią aby uzyskać wynik 6.

Rezystory

Każda z sekcji diod ma swój rezystor ograniczający prąd (rezystory R1-R4). Ponieważ bateria posiada niską wydajność prądową, nawet bez ograniczania jej prądu nie istnieje ryzyko uszkodzenia diody. Głównym powodem ich zastosowania jest jednak energooszczędność. Rezystory są dobrane tak aby każda dioda pobierała około 1mA prądu. Sekcje składające się z dwóch diod używają rezystorów o oporności 560 omów, podczas kiedy sekcja pierwsza, zawierająca tylko jedną diodę, używa dwa razy większego rezystora - 1000 omów.

sprawdź ↕

Jeśli za pomocą jakiegoś drutu złączysz dwa wyprowadzenia rezystora, powodując zwarcie jego wyprowadzeń, obwód będzie się zachowywał tak jakby tego rezystora nie było. Możesz sprawdzić, że gdy to zrobisz układ będzie nadal działał jednak odpowiednia sekcja będzie świecić jaśniej (pod warunkiem, że bateria nie jest jeszcze wyczerpana) co przełoży się na mniejszą żywotność baterii.

W obwodzie zastosowany został jeszcze rezystor R6 ograniczający prąd buzzera (głośnika) - głównie w celu oszczędzania prądu ale również w celu zmniejszenia głośności.

uwaga ↕

Oporność rezystorów została dostosowana dla diod o kolorze czerwonym. Ze względu na właściwości diod, jeśli chciałbyś użyć innych kolorów, inne wartości mogą okazać się bardziej odpowiednie. Żadna wartość rezystora nie spowoduje złego działania układu jednak zbyt mała wartość może powodować zbyt intensywne świecenie i szybsze wyładowywanie się baterii podczas kiedy wartość zbyt duża może spowodować, że dioda będzie zbyt ciemna lub nie zaświeci się wcale.

Kondensator

W obwodzie występuje tylko jeden, niewielki kondensator odsprzęgający. Jego rolą jest stabilizacja pracy mikrokontrolera przez zmniejszenie ewentualnych chwilowych spadków napięć w wyniku przełączania stanów jego wyjść. W przeciwieństwie do innych elementów projektu, nie jest to element konieczny do pracy układu i prawdopodobnie bez niego wszystko działałoby tak samo dobrze. Zawarcie go w układzie jest jednak dobrą praktyką, którą stosuje się “na wszelki wypadek”.

sprawdź ↕

Aby zobaczyć jak zachowuje się obwód bez tego kondensatora nie możesz zewrzeć jego wyprowadzeń (tak jak w przypadku rezystora) - doprowadziłoby to do zwarcia wyprowadzeń baterii i szybkiego jej rozładowania. Zamiast tego musisz odłączyć przynajmniej jedną nóżkę kondensatora przez jej odlutowanie lub odcięcie.

Mikroprzełącznik

Mikroprzełącznik resetuje układ po jego wciśnięciu przez zwarcie nóżki mikrokontrolera do masy (ujemnej nóżki baterii). Umożliwia to wylosowanie kolejnej liczby.

Buzzer

Czyli miniaturowy głośnik zdolny produkować piski. W tym projekcie został użyty tzw. buzzer pasywny a więc taki, który wymaga podania sygnału z napięciem zmieniającym się kilkaset do kilku tysięcy razy na sekundę aby wydać słyszalny dźwięk. Generowaniem takiego zmieniającego się sygnału zajmuje się mikrokontroler.

Mikrokontroler

To serce układu - mikrokontroler Attiny13A. Jest to miniaturowy komputer, posiadający 8 wyprowadzeń - 2 nóżki służące do zasilania, 1 nóżka odpowiadająca za resetowanie układu i 5 nóżek umożliwiających podłączenie zewnętrznych elementów:

4 nóżki użyte są do włączenia i wyłączenia odpowiednich sekcji diod w zależności od stanu napięcia na danej nóżce
jedna nóżka używana jest do sterownia głośnikiem - w celu wydobycia dźwięku, na nóżce tej pojawia się sygnał naprzemiennie włączający i wyłączający zasilanie kilkaset razy na sekundę

W przeciwieństwie do pozostałych komponentów tego układu, mikrokontroler nie wykonuje zawsze tego samego zadania. Posiada on wewnętrzną pamięć, w której zapisane są polecenia jakie ma on wykonywać. Zawartość tej pamięci można zmienić za pomocą odpowiedniego urządzenia, zwanego programatorem, co zostało zrobione przed przygotowaniem tego zestawu.

Uproszczony opis poleceń jakie ma zaprogramowany ten mikrokontroler:

Wylosuj 12 kolejnych liczb wyświetlając każdą z przez odpowiednie sterowanie 4 wyprowadzeniami mikrokontrolera, do których podłączone są sekcje diod.
Każda kolejna liczba jest wyświetlana nieco dłużej a podczas jej zmiany głośniczek wydaje krótki (0.1s) pisk.
Po wylosowaniu ostatniej liczby, pisk jest nieco dłuższy (0.25s) a liczba ta zostaje wyświetlona przez 8 sekund.
Po upływie tego czasu mikrokontroler gasi wszystkie sekcje diod i wyłącza się czekając na sygnał reset, który zapoczątkuje sekwencję od nowa.