Урок 7. Электронный кубик

Новых микросхем в этом уроке нет: всё, что нужно, уже лежит в библиотеке. На холсте — кубик из семи ламп. Держишь «Бросить» — грани мелькают, отпускаешь — выпадает случайная.

7.1. Идея: счётчик на шесть

У кубика шесть граней, значит, нужен счётчик, который считает 1, 2, 3, 4, 5, 6 и снова 1. Делитель из урока 2 считает до 8 или 16 — лишние состояния пришлось бы обрывать сбросом. Есть способ проще: счётчик Джонсона. Три триггера стоят по кругу, каждый на фронте берёт значение соседа, а первый — перевёрнутое значение последнего. Единицы заполняют ряд слева, потом нули вытесняют их — шесть состояний, и по кругу:

• грань 1: 000, грань 2: 100, грань 3: 110;
• грань 4: 111, грань 5: 011, грань 6: 001.

Соседние состояния отличаются одним битом, поэтому лампы не мигают при переходе.

7.2. Идея: номер грани → точки

На кубике всего четыре группы точек: центр и три пары. Каждая группа — один провод:

• центр горит на 1, 3 и 5 — там в номере чётное число единиц: два XOR из 74HC86 и НЕ;
• пара A (по диагонали) горит на всех гранях, кроме 1: Q0 ИЛИ Q2;
• пара B (другая диагональ) — на 4, 5 и 6, а там Q2 = 1: лампы прямо на Q2, без вентиля;
• пара C (посередине) — только на 6: Q2 И НЕ Q1.

7.3. Идея: честный бросок

Пока держишь «Бросить», 74HC08 пропускает такт на счётчик. Такт идёт быстро — грань меняется сотни раз за секунду, и где счётчик остановится, решает только момент, когда ты отпустишь кнопку. Так устроены электронные кубики и рулетки в настоящих игрушках.

7.4. Сборка

Тот же проект, что в уроке 6: в библиотеке все микросхемы набора. Новых микросхем нет — кубик собран из того, что уже есть.

Шаг 1. Генератор и кнопки

Clock — частоту поставь побыстрее: пока держишь «Бросить», грани мелькают так быстро, что угадать нельзя. Кнопка «Бросить» — ROLL, «Сброс» — RST.

Шаг 2. Сброс и центр — 74HC04

nRST = НЕ RST: у 74HC74 сброс — активный 0. Второй НЕ даёт центральную точку DC (ниже — откуда PAR). Остальные входы — на GND.

Шаг 3. Такт по кнопке — 74HC08

SPIN = CLK И ROLL: такт доходит до счётчика, только пока держишь «Бросить». Второй И — пара точек DD, она горит только на шестёрке.

Шаг 4. Счётчик на шесть — две 74HC74

Три триггера по кругу: Q0 берёт перевёрнутый Q2 (Q2N), Q1 — Q0, Q2 — Q1. Четвёртый триггер второй 74HC74 не нужен: его CP и D — на GND, RD и SD — на VCC.

Шаг 5. Центр — 74HC86

PAR = Q0 XOR Q1 XOR Q2 — 1, когда единиц нечётное число. Центр горит на гранях 1, 3, 5, а там единиц чётное число, поэтому DC = НЕ PAR (тот второй НЕ в 74HC04).

Шаг 6. Пара A — 74HC32

DA = Q0 ИЛИ Q2 — горит на всех гранях, кроме единицы.

Шаг 7. Семь точек

Две лампы DA, две Q2, две DD — это пары точек, у пары один провод. Расставь лампы квадратом 3 × 3, как точки на кубике (следующий шаг).

Шаг 8. Где какая точка

Если смотреть на кубик сверху:

Вставка ставит лампы столбиком — перетащи их квадратом, как на рисунке:

7.5. Проверка

1. Нажми Сброс — горит одна точка в центре: «1».
2. Подержи Бросить и отпусти — кубик останавливается на случайной грани. Бросай ещё: выпадают все грани от 1 до 6.
3. Чтобы увидеть грани по порядку, поставь Clock на самую медленную частоту и держи «Бросить»: 1, 2, 3, 4, 5, 6, снова 1.

Почему кубик честный: такт идёт сотни раз за то время, что ты держишь кнопку, — где он остановится, решает только момент отпускания.

Вставка урока 7 (Cmd+I)

Поверх урока 6.

# Урок 7 — электронный кубик на микросхемах набора: счётчик Джонсона на 74HC74 (6 состояний), точки — вентили в корпусах.# Вставка: Cmd+I поверх урока 6 (все микросхемы — в библиотеке). # ---------- кубик ----------clock(CLK)button{label="Бросить"}(ROLL)button{label="Сброс"}(RST)# переворот сброса (у 74HC74 — активный 0) и центр кубика74HC04(1A=RST, 1Y=nRST, 2A=PAR, 2Y=DC, 3A=GND, 4A=GND, 5A=GND, 6A=GND)# пока держишь «Бросить», такт идёт на счётчик; и пара C — грань 6 (Q2 = 1, Q1 = 0)74HC08(1A=CLK, 1B=ROLL, 1Y=SPIN, 2A=Q2, 2B=Q1N, 2Y=DD, 3A=GND, 3B=GND, 4A=GND, 4B=GND)# счётчик Джонсона: три триггера по кругу, в первый — перевёрнутый последний (Q2N)74HC74(1RD=nRST, 1D=Q2N, 1CP=SPIN, 1SD=VCC, 1Q=Q0, 1QN=Q0N, 2QN=Q1N, 2Q=Q1, 2SD=VCC, 2CP=SPIN, 2D=Q0, 2RD=nRST)74HC74(1RD=nRST, 1D=Q1, 1CP=SPIN, 1SD=VCC, 1Q=Q2, 1QN=Q2N, 2SD=VCC, 2CP=GND, 2D=GND, 2RD=VCC)# центр — на гранях 1, 3, 5: там чётное число единиц; чётность — два XOR, переворот — в 74HC04 выше74HC86(1A=Q0, 1B=Q1, 1Y=X01, 2A=X01, 2B=Q2, 2Y=PAR, 3A=GND, 3B=GND, 4A=GND, 4B=GND)# пара A — все грани, кроме 1 (000): Q0 ИЛИ Q274HC32(1A=Q0, 1B=Q2, 1Y=DA, 2A=GND, 2B=GND, 3A=GND, 3B=GND, 4A=GND, 4B=GND)# 7 точек кубика: центр DC, пары DA (↖ ↘), Q2 (↗ ↙ — грани 4, 5, 6), DD (← → — грань 6)led(DC)led(DA)led(DA)led(Q2)led(Q2)led(DD)led(DD)