तार्किक तत्वों पर बच्चों का खिलौना

इस लेख में, इसलिए बोलने के लिए, मैं इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग में अपनी पहली परियोजना के बारे में बात करना चाहता हूं। मुझे कहना होगा कि, मेरे कब्जे से, मैं सर्किटरी और रेडियो इलेक्ट्रॉनिक्स से बहुत दूर हूं, लेकिन इस विषय में रुचि ने मुझे कम उम्र से आराम नहीं दिया। अनुभव वाले लोगों के लिए, नीचे दी गई जानकारी बहुत स्पष्ट लग सकती है, और जो मैंने किया है वह "साइकिल का आविष्कार करना" है। लेकिन शायद मेरे जैसे कुछ नॉब, कुछ नया और दिलचस्प खोजने में सक्षम होंगे। कौन परवाह करता है, कृपया, बिल्ली के नीचे।

यह सब मेरी छोटी बेटी के लिए एक विकास बोर्ड बनाने के विचार के साथ शुरू हुआ। पहले, मैं अपनी बाहों को फैलाना चाहता था और खुद कुछ करना चाहता था। दूसरे, मैं अपने मस्तिष्क को फैलाना चाहता था और इस तरह के साधारण बोर्ड पर नहीं था।

यह देखने के बाद कि बच्चा रोजमर्रा की जिंदगी में क्या करना पसंद करता है, यह तय किया गया कि मानक चेन-हैंडल-हेक के अलावा, आपको दबाने के लिए बटन जोड़ने की जरूरत है और एक निश्चित डिवाइस जो दबाने पर प्रतिक्रिया प्रदर्शित करता है। चूंकि कुछ सरल, लेकिन उज्ज्वल, प्रदर्शित किया जाना चाहिए था, विकल्प लाल 8x8 एलईडी मैट्रिक्स पर गिर गया।

खिलौने के निर्माण से पहले तक, मैं कुछ समय से अरुडिनो यूनो शेल्फ पर धूल इकट्ठा कर रहा था - यह तब तक इंतजार कर रहा था जब तक कि मैं रंगों की एक स्वचालित पानी प्रणाली के अलावा किसी अन्य उपयोगी चीज के साथ नहीं आ सकता था, जो कि खुद पिच की ऊब के अलावा, मेरी ज़रूरत से थोड़ा कम था। मुझे लगा कि उसका (अरुडुइनो) घंटा आ गया है, क्योंकि आपको कहीं न कहीं शुरुआत करनी होगी। मैट्रिक्स के लिए मैनुअल पढ़ने के बाद, मुझे पता चला कि केवल इसे Arduino से कनेक्ट नहीं करने के अलावा (केवल इसके लिए आपको 16 पिन की आवश्यकता है जो मेरे Arduino में नहीं हैं), एक ही समय में सभी एल ई डी को नियंत्रित करना असंभव है। आप एक साथ कुछ डायोड के साथ एक पंक्ति या एक कॉलम (सामान्य कैथोड या सामान्य एनोड का नियंत्रण) में चमक सकते हैं। और यदि आप इसे लगातार और जल्दी से पर्याप्त करते हैं, तो एक व्यक्ति निमिष का अनुभव करना बंद कर देता है और एक स्थिर तस्वीर देखता है। मैंने यह भी सीखा कि Arduino के लिए ऑफ-द-शेल्फ ड्राइवर और लाइब्रेरी हैं जो इस प्रक्रिया को प्रबंधित करने का दर्द उठाते हैं। और उस समय इस तरह के चालक की अनुपस्थिति के तथ्य ने पूरी परियोजना के परिणाम को पूर्व निर्धारित किया।

जब मैंने सबकुछ शिथिल कर दिया और ड्राइवर खरीदने के लिए सबसे अच्छी जगह चुन ली, तो मुझे ट्रिगर सिस्टम के संचालन के बारे में एक लेख आया। मेरे मस्तिष्क, मानविकी के लिए, यह एक वास्तविक खोज बन गई है, यह समझने के लिए कि कैसे स्मृति एक आदिम स्तर पर आयोजित की जाती है। तब मुझे आश्चर्य हुआ कि क्या मैं Arduino के बिना कर सकता हूं और ट्रिगर्स और लॉजिक सर्किट के आधार पर अपनी परियोजना बना सकता हूं।

तो, पहले आपको यह तय करना था कि क्या दिखाना है और कैसे करना है। यह स्पष्ट था कि मैट्रिक्स की आठ पंक्तियों के लिए एक संकेत को लागू करना और प्रत्येक पुनरावृत्ति के लिए कुछ स्तंभों के समानांतर सिग्नल लागू करना आवश्यक था। खैर, इससे मुझे तीन मुख्य घटकों की समझ मिली - एक पल्स जनरेटर, आठ लगातार संकेतों में एक घड़ी कनवर्टर, और एक कनवर्टर जो आठ संकेतों में से प्रत्येक के लिए समानांतर संकेतों के एक निश्चित संयोजन का उत्पादन करेगा। यह उतना जटिल नहीं है।

कुछ विचार के बाद, सिर में एक सर्किट का निर्माण होता है जिसमें क्लॉक सिग्नल को बाइनरी कोड में तीन सीरीज़-कनेक्टेड जेके ट्रिगर्स का उपयोग करके परिवर्तित किया जाता है, और फिर तर्क सर्किट का उपयोग करके, ऑक्टल में। इस तरह के ट्रिगर्स के बारे में विवरण कम से कम विकिपीडिया पर पढ़ा जा सकता है। संक्षेप में, इसमें दो इनपुट (J और K) और दो आउटपुट (Q और Q,) हैं, साथ ही एक सिंक्रोनाइज़ेशन इनपुट (CLS) भी है। जब एक तार्किक इकाई अगले सिंक्रोनाइज़ेशन पल्स के दौरान इनपुट में से किसी एक पर लागू होती है, तो यूनिट को संबंधित आउटपुट पर प्रदर्शित किया जाएगा और इस पर संग्रहीत किया जाएगा कि क्या सिंक्रोनाइज़िंग पल्स को फिर से लागू किया जाए और क्या चयनित इनपुट परिवर्तनों पर मूल्य दिया जाए, बशर्ते कि दूसरा इनपुट इनपुट शून्य हो। यदि आप दूसरे इनपुट के लिए एक इकाई जमा करते हैं, और पहले शून्य पर, तो अगले सिंक्रनाइज़ेशन पल्स पर, पहले आउटपुट का मूल्य शून्य में बदल जाएगा, और दूसरा एक के लिए। लेकिन अगर एक इकाई को दोनों ट्रिगर इनपुट पर लागू किया जाता है, तो प्रत्येक सिंक्रनाइज़ेशन पल्स के साथ, यूनिट वैकल्पिक रूप से आउटपुट में से एक पर दिखाई देगी। और यदि आप दो ट्रिगर लेते हैं, तो पहले के सिंक्रोनाइज़िंग इनपुट के लिए क्लॉक पल्स लागू करें, और पहली से आउटपुट क्यू के सिग्नल दूसरे के सिंक्रोनाइज़िंग इनपुट पर, परिणामस्वरूप, आउटपुट Q1 प्रत्येक दो चक्रों में से एक का उत्पादन करेगा, और Q2 हर चार। इस प्रकार, दो अंकों का बाइनरी काउंटर प्राप्त किया जाता है। और यदि आप तीसरे ट्रिगर को उसी तरह से जोड़ते हैं, तो तीसरे अंक के कारण आप एक बाइनरी कोड के साथ आठ तक की गिनती कर सकते हैं - जो कि आपकी आवश्यकता है।

इसके बाद, एक सत्य तालिका बनाने और तार्किक कुंजियों के एक सेट का चयन करना आवश्यक था ताकि बाइनरी कोड लगातार आठ संकेतों में बदल जाए। यदि कुछ सत्य तालिका और बूलियन संचालन के लिए कुछ नया और अज्ञात है, तो आप उनके बारे में विकिपीडिया पर और यहां फिर से पढ़ सकते हैं।

ऐसा लगता है कि आधा काम वहाँ है, लेकिन वास्तव में, यह इतना आसान नहीं था। जब मैंने एक ब्रेडबोर्ड पर परीक्षण के लिए सर्किट का पहला हिस्सा एक साथ रखा और कल्पना की कि दूसरे भाग को समान तरीके से कैसे लागू किया जाए, तो मेरी कल्पना कई महीनों तक (और शायद वर्षों तक - शौक में संलग्न होने का समय काम करने के एक घंटे से थोड़ा अधिक है) चित्र आरेख और सच तालिकाओं को संकलित करना। वास्तव में, प्रत्येक चित्र की आठ पंक्तियों के लिए, आपको स्तंभों का एक अनूठा संयोजन उत्पन्न करना होगा। और जितने अधिक चित्र होंगे, सर्किट उतने ही विकराल होंगे। मुझे एहसास हुआ कि यह केवल तार्किक चाबियों पर इरादा करने के लिए काम नहीं करेगा। किसी ऐसी चीज की तलाश करना आवश्यक था जो इस प्रक्रिया को सरल बना सके।

समाधान एक मेमोरी चिप था। मेरे कार्य के लिए, EEPROM (विद्युत रूप से मिटाए जाने योग्य प्रोग्राम-रीड-ओनली मेमोरी) मेमोरी अच्छी तरह से अनुकूल थी - समानांतर इनपुट / आउटपुट के साथ विद्युत उन्मूलन की संभावना के साथ एक प्रोग्रामेबल मेमोरी। मेमोरी में कितने एड्रेस इनपुट होते हैं, जो वास्तव में, मेमोरी सेल्स के बाइनरी एड्रेस के बिट्स होते हैं। यही है, यदि मेमोरी में एन एड्रेस इनपुट्स हैं, तो 2 ^ एन सेल्स को प्रोग्राम किया जा सकता है। मेमोरी पिन की संख्या तथाकथित "शब्द लंबाई" है, या एक बाइनरी स्ट्रिंग की वास्तविक लंबाई है जो प्रत्येक सेल को लिखा जा सकता है। प्रति शब्द लंबाई कोशिकाओं की संख्या का उत्पाद बिट्स में स्मृति की मात्रा निर्धारित करता है।

बाइनरी कोड के रूप में इनपुट सिग्नल मुझे जेके ट्रिगर्स के आउटपुट में उपलब्ध था। यह बटन से बिट्स के साथ इसे पूरक करने के लिए रहता है, जो विभिन्न चित्रों के आउटपुट के लिए जिम्मेदार होना चाहिए, और बिंदु टोपी में है।

और फिर, अनुभव की कमी ने मुझे प्रक्रिया की जटिलता का पर्याप्त रूप से आकलन करने की अनुमति नहीं दी। आखिरकार, मेमोरी को प्रोग्राम करने की आवश्यकता होती है, और इसके लिए आपको एक प्रोग्रामर की आवश्यकता होती है - एक बार के खिलौना शिल्प के लिए इसे खरीदने के लिए डिवाइस काफी महंगा है। Googling ने दिखाया कि यह Arduino के साथ ऐसा करना सैद्धांतिक रूप से संभव था। लेकिन प्रोग्रामिंग के लिए, मेमोरी चिप और आउटपुट दोनों के पते इनपुट को एक साथ सिग्नल की आपूर्ति करना आवश्यक है, जो बाद में सिग्नल को पुन: पेश करना चाहिए। और हमें चिप नियंत्रण संकेतों की भी आवश्यकता है। अर्थात्, उपलब्ध पिंस से अधिक फिर से। मेरे लिए एक शिफ्ट रजिस्टर में अतिरिक्त गोग्लिंग खोला गया - एक चिप जो शून्य और लोगों के दिए गए अनुक्रम को याद करता है और उन्हें समानांतर आउटपुट पर प्रदर्शित करता है। अक्सर ऐसे चिप्स एक बफर के रूप में भी काम करते हैं और इसमें एक आउटपुट होता है जो इनपुट संकेतों को क्रमिक रूप से पुन: उत्पन्न कर सकता है। यही है, यदि आप इसे उसी अगले रजिस्टर से जोड़ते हैं, तो आप एक साथ एक अनुक्रम के रूप में दो बार प्रदर्शित कर सकते हैं। जैसे ही आप लाइन में प्रवेश करते हैं, पहला भाग पहले रजिस्टर के माध्यम से जाता है, जबकि दूसरा बफर के माध्यम से, और बाकी हिस्सा पहले रजिस्टर में रहेगा। तीसरा रजिस्टर जोड़कर, आप स्ट्रिंग की लंबाई को तिगुना कर सकते हैं, आदि। इसे लागू करने के लिए, आपको अपरिचित प्रोग्रामिंग भाषा में एक स्केच लिखना होगा। लेकिन पायथन में कुछ अनुभव और इंटरनेट पर कई उदाहरण हैं, परीक्षण और त्रुटि की एक श्रृंखला के बाद, यह कार्य काफी संभव हो गया। स्केच को जीथब पर लिया जा सकता है।

और अब स्केच लिखा गया है, माइक्रोकिरिट जुड़ा हुआ है, लॉन्च और ... कुछ भी नहीं - मेमोरी प्रोग्राम नहीं है। कुछ नमूने, रिकॉर्डिंग सेटिंग्स बदल रहे हैं, और कोई परिणाम नहीं। मेरे पास एक microcircuit W27C512-45Z था। मैनुअल की सावधानीपूर्वक रीडिंग ने एक अप्रिय क्षण दिखाया। माइक्रोकिरिट के एक विशिष्ट संपर्क को लिखने के लिए, 12 वी के वोल्टेज के साथ 0.03 ए की वर्तमान आपूर्ति करना आवश्यक है। मैंने सोचा था कि मैं सिर्फ एक नहीं तो उपयुक्त चिप खरीदा है। लेकिन बिजली के घटकों के स्थानीय भंडार की अलमारियों के माध्यम से स्क्रॉल करने के बाद, मैंने यह सुनिश्चित किया कि सभी को 12 वी की आवश्यकता है। मेरे पास प्रयोगशाला बिजली की आपूर्ति नहीं थी। घर में बहुत सारे 12 वी ब्लॉक हैं, लेकिन वे सभी स्पंदित हैं, इसके अलावा, वर्तमान लगभग 1 ए है। मुझे माफ कर दो, इस तरह के बलिदान के लिए अनुभवी इंजीनियरों, लेकिन हताशा में, मैंने यह देखने की कोशिश करने का फैसला किया कि क्या उन ब्लॉकों के साथ चमत्कार होगा जो हाथ में थे। नहीं हुआ। रिकॉर्डिंग के पहले दो पास कुछ भी नहीं निकले, और तीसरे माइक्रोक्रिकिट के बाद, यह जीवन के संकेतों को दिखाने के लिए बंद हो गया।

इंटरनेट पर, मुझे एक निश्चित ST662AB microcircuit के संदर्भ मिले - एक 5V-12V कनवर्टर - जो कि कैपेसिटर के सही सेट के साथ मिलकर आवश्यक वर्तमान और वोल्टेज का उत्पादन करना चाहिए। वास्तव में, चिप को ढूंढना आसान नहीं था। नतीजतन, मैंने इसे चीन से भी एसएमडी का आदेश दिया। और प्रसव के चार से छह सप्ताह के बारे में क्या? ठीक है, जानें। मेमोरी प्रोग्रामिंग पर लेखों के माध्यम से स्क्रॉल करते हुए, मुझे एक चिप का उल्लेख मिला, जिसे 5 वी पर प्रोग्राम किया जा सकता है। यह AT28C256 के बारे में था। और वास्तव में, उन्हें डेटाशीट में 12 वी का कोई उल्लेख नहीं था। लेने की जरूरत है! सच है, मेरी ज़रूरतों के लिए माइक्रोक्रिचट थोड़ा बेमानी था, क्योंकि इससे मुझे 256Kb को बचाने की अनुमति मिली: 32K पतों के लिए 8-बिट आउटपुट, जिसने लाइन सिंक्रोनाइज़ेशन सिग्नल के लिए उपयोग किए जाने वाले तीन एड्रेस पिंस को देखते हुए, इसे 4096 इमेजेस के रूप में एनकोड करना संभव छोड़ दिया (10 मेरे लिए पर्याप्त होगा)। इसके अलावा, डिलीवरी यूके से पहले ही की जानी थी। लेकिन मुझे अन्य विकल्प नहीं मिले, और अंत में, मेमोरी को फिर से शुरू किया जा सकता है, और जब खिलौना अब प्रासंगिक नहीं है, तो चिप का उपयोग कहीं और किया जा सकता है। इसलिए चार दिनों के बाद मेरे पास एक स्मृति थी। स्केच टेस्ट रन, और खुशी - सब कुछ काम करता है।

आखिरी बात यह तय करना है कि कितने बटन होंगे, 8x8 चित्र बनाएं और बटन से सर्किट तक संकेतों के जोड़ को लागू करें। बोर्ड पर जगह का अनुमान लगाने के बाद, मैं पाँच बटनों पर बस गया। स्मृति संसाधन की तुलना में बेकार मांग को देखते हुए, सबसे आसान तरीका था कि प्रत्येक बटन से किसी भी कोडिंग का उपयोग किए बिना सीधे एक अलग इनपुट पर एक संकेत भेजा जाए। सच है, मुझे अभी भी चित्रों के बीच स्विच करने की समस्या को हल करना था। दबाव के निर्धारण के साथ बटन का उपयोग करना संभव था। लेकिन इस तरह का कार्यान्वयन एक वर्षीय बच्चे द्वारा उपयोग के लिए उपयुक्त नहीं था, क्योंकि तब, अगले बटन को दबाने से पहले, काम करने वाले को दबाना आवश्यक था, और यह अपने आप में काफी आदिम था। मैं फिक्सिंग के बिना बटन के लिए एक योजना के साथ आना चाहता था, जिसमें प्रत्येक बटन को दबाने से बचा जाएगा, और यहां तक ​​कि पिछले एक के दबाने को रद्द कर दिया। मैंने विभिन्न प्रकार के ट्रिगर्स का उपयोग करने की सुविधाओं के बारे में पढ़ा, उम्मीद है कि उनमें से कुछ अपने आप ही इस समस्या को हल कर सकते हैं, लेकिन अफसोस। एक चादर और एक पेंसिल के साथ थोड़ा बैठने के बाद, मैं निम्नलिखित आरेख (तीन बटन के लिए एक उदाहरण) के साथ आया।

सबसे पहले, आपको सभी बटन एक निश्चित कलेक्टर से कनेक्ट करने की आवश्यकता है, जो आउटपुट पर एक इकाई देगा जब आप किसी भी बटन पर क्लिक करेंगे। इसके लिए, OR कुंजी उपयुक्त है। चूँकि प्रायः सभी प्रमुख माइक्रोक्रिस्केट्स में केवल दो इनपुट होते हैं, इसलिए पहले दो बटन को एक कुंजी से जोड़ना आवश्यक है, फिर इसके आउटपुट को दूसरी कुंजी के पहले इनपुट से और तीसरे बटन को इसके दूसरे इनपुट से कनेक्ट करें। इस तरह, आप प्रत्येक बाद के लिए एक नई कुंजी जोड़ते हुए, अधिक बटन कनेक्ट करना जारी रख सकते हैं। इसके अलावा, प्रत्येक बटन को एक अलग XOR कुंजी और एक अलग JK ट्रिगर के J इनपुट से जुड़ा होना चाहिए। XOR कीज़ के दूसरे इनपुट के लिए OR बफर के आउटपुट को कनेक्ट करें, और संबंधित JK ट्रिगर के K इनपुट को प्रत्येक XOR की के आउटपुट। इस प्रकार, दबाकर, उदाहरण के लिए, बटन 1, एक इकाई को J1 में भेजा जाएगा, और XOR1 को ट्रिगर नहीं किया जाएगा, क्योंकि एक इकाई को बटन से और ओआर बफर से दोनों को आपूर्ति की जाती है। उत्पादन Q1 में, एक इकाई भी दिखाई देगी और बच जाएगी। उसी समय, XOR2 और XOR3 काम करेंगे, K2 और K3 को एक इकाई खिलाएंगे। और अगर Q2 या Q3 पर इससे पहले कि एक इकाई थी, तो यह शून्य में बदल जाएगी।

8x8 चित्रों के साथ आना भी एक अलग परीक्षा थी। एक पहचानने योग्य छवि को पुन: पेश करने के लिए बहुत कम अंक। लेकिन फंतासी को चालू करना, अभी भी कुछ आकर्षित करने में कामयाब रहा, उदाहरण के लिए ऐसा एंड्रॉइड।

चित्रों के लिए, मैंने सत्य सारणी बनाई। लेकिन चूंकि मैट्रिक्स के लिए पंक्तियों के लिए एक को जमा करने की आवश्यकता है, और कॉलम के लिए शून्य, तालिका को उल्टा करना पड़ा। मैंने Arduino स्केच में अधिक सुविधाजनक उपयोग के लिए हेक्साडेसिमल एन्कोडिंग में परिणामी बाइनरी कोड को नीचे लिखा था।

पूरे सर्किट का निर्माण करने के लिए, मैं एक तैयार बोर्ड का आदेश देना चाहता था। लेकिन मॉक-बोर्ड निर्माण सेवाओं की पेशकश करने वाली उपलब्ध कंपनियों की सूची से, मुझे लगभग 25 डॉलर में द्विपक्षीय बोर्ड के लिए सबसे सस्ता विकल्प की पेशकश की गई थी। मुझे पता नहीं है, शायद यह एक सामान्य लागत है, लेकिन यह मुझे थोड़ा सा लग रहा था। इसके अलावा, मुझे लेआउट डिजाइन करने में कोई अनुभव नहीं है। और मुझे सोल्डरिंग प्रक्रिया बहुत सुखद और सुखदायक लगती है। इसलिए, मैंने एक सार्वभौमिक बोर्ड, बहु-रंगीन तार, आवश्यक घटकों का एक रोल खरीदा और कई शाम के लिए विधानसभा में बैठ गया। चूंकि सभी घटक 5 वी से 12 वी तक वोल्टेज पर काम करते हैं। सुविधा के लिए, मैंने 9 वी की बैटरी बनाई।

परिणाम के रूप में सब कुछ कैसे काम करता है यहां देखा जा सकता है , पूरी योजना जीथब पर उपलब्ध है।
पूरे सर्किट के "दिल" के रूप में, मैंने एक पल्स जनरेटर का उपयोग किया। मुझे यकीन नहीं था कि घड़ी नाड़ी की आवृत्ति की वास्तव में क्या आवश्यकता है, इसलिए मैंने समायोजन के साथ तैयार सर्किट का उपयोग किया। दुर्भाग्य से, मेरे पास एक आस्टसीलस्कप नहीं है, लेकिन सर्किट के समायोजन और डेटाशीट की तुलना करके, लगभग 1KHz का उपयोग किया जाता है। यहां, वीडियो दिखाता है कि आवृत्ति निम्न से उच्चतर कैसे बदलती है, आप देख सकते हैं कि मैट्रिक्स पंक्तियां कैसे खींची जाती हैं।

आपका ध्यान के लिए धन्यवाद।