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Elektronischer Würfel

Letztmalig dran rumgefummelt: 09.12.06 18:50:33

Nach Hagen Jakubaschk in "Das große Schalkreis-Bastelbuch" S. 366 ff.

1. Schaltungsbeschreibung
2. Schaltplan

1. Schaltungsbeschreibung

Der für viele spiele bekannte herkömmliche Trudelwürfel ist im weiteren Sinne ein einfacher »Zufallsgenerator«, mit dem sich 6 verschiedene Ziffern in zufälliger Reihenfolge darstellen lassen. Eine solche Funktion kann gut durch elektronische Einrichtungen nachgebildet werden. Der im folgenden beschriebene elektronische Würfel, der den herkömmlichen Trudelwürfel ersetzt, ist darüber hinaus auch von technischem Interesse. Um zu einem möglichst einfachen Aufbau zu gelangen, sind folgende Beschränkungen sinnvoll: Da kein mathematisch exaktes »Zufallsmodell« erforderlich ist, wird ein schnell umlaufender Modulo-6-Zähler benutzt, den ein Impulsgenerator taktet. Start- und Stoppzeitpunkt dieses Generators bestimmt man von Hand. Wegen der hohen Zählgeschwindigkeit ist es dabei ausgeschlossen, durch irgendwelche Manipulationen eine bestimmte Ziffer zu erreichen. Das Ergebnis wird mit Leuchtdioden oder Glühlampen in der vom Trudelwürfel her bekannten Punktmusterform, was eine sehr vereinfachte
Zählerstand-Decodierung mit geringem Aufwand ermöglicht, angezeigt.
Bild 4.232a zeigt, die Anordnung der 7 Lampen oder Leuchtdioden im Anzeigefeld, die sich zu 4 Lampengruppen zusammenschalten lassen. Bild 4.233a zeigt die Gesamtschaltung des Würfels.
Die Gatter 131, D2 bilden einen Generator nach Bild 4.8, der mit dem angegebenen Wert für Cl bei etwa 150 kHz arbeitet. Ihm folgt ein Modulo-6-Zähler, dessen Schaltung bereits bei Bild 4.29 vorgestellt wurde. Zu beachten ist, das C8 = 0,3 - C7 sein soll, ansonsten sind die R- und C-Werte relativ unkritisch. Wie die Funktionstabelle in Bild 4.232b zeigt, wird der Zählerstand »0« für die Anzeige der »6« verwendet; außerdem gibt die Tabelle an, welche Lampengruppen in der Darstellung nach Bild 4.232a beim jeweiligen Zählerstand aufleuchten müssen. Hieraus ergibt sich unmittelbar die notwendige Decodierung, die die Gatter D9... D 11 in Bild 4.233a übernehmen. Man kommt demzufolge mit insgesamt nur 3 IS aus. Für das Decodieren sind die negierten Zählerausgangssignale TI ...M3 sowie Q1 erforderlich.
Gatter D11 stellt zur weiteren Vereinfachung dieser speziellen Decoderschaltung mit seinem Ausgang eine weitere Inverterfunktion vor dem Eingang des Gatters D10 her. Leuchtdioden dürfen zur Anzeige unmittelbar von den Gatterausgängen betrieben werden. Mit der angegebenen Dimensionierung stellt sich für jede LED ein Strom von etwa 7...8 mA ein, der zur guten Erkennbarkeit noch ausreicht. Sollten sich bei einander parallelgeschalteten LED Helligkeitsunterschiede
ergeben, so kann man sie untereinander austauschen und jeweils nach Versuch 2 Exemplare gleicher Durchlassspannung (gleicher Helligkeit) parallelschalten. An den Ausgängen der Gatter D9 und D 10 sind keine Vorwiderstände nötig, da es nicht auf das Einhalten des logischen Pegels ankommt. Im H-Zustand stehen an diesen Ausgängen etwa 1,6 V.
Will man mit Glühlampen anzeigen, was bei Batteriebetrieb. einen erheblichen Stromverbrauch bedeutet (es leuchten bis zu 6 Lampen zugleich auf!), so eignet sich die Schaltung nach Bild 4.233b. Da die starken Lampenströme über den Innenwiderstand der Stromquelle eine merkliche Verkopplung bewirken, wodurch beim Würfeln bestimmte Zahlen bevorzugt würden, greift man ihre Betriebsspannung vor der Verpolschutzdiode V 10 (die hier zugleich Siebwirkung ausübt) ab. Außerdem sollen die Lampenstrom-Masseleitungen (El, E4, Emitter von V6, V7) getrennt , von der Masseverdrahtung der IS-Funktionsgruppen und mit eigener Masseleitung bis zur Stromquelle versehen sein. Erst an deren Anschluss laufen beide Masseleitungen zusammen. Unerwünschte Verkopplungen werden so sicher vermieden. Die Auswahl der Lampentypen richtet sich nach der verwendeten Speisespannung. Bei Batteriebetrieb reicht meist schon eine 4,5-V-Taschenlampenbatterie. Sie stellt zugleich die Abmaße der Grundfläche des Würfels dar, der mit seiner Leiterplatte flach über dieser Batterie anzuordnen ist, so dass man ein kleines handliches Gerät erhält. Für Glühlampen ist eine Kombination für 6 V (4 Monozellen R20 oder 3 Trockenakkus RZP2 in Serie) günstiger.
Für die Start-Stoppschaltung des Würfels gibt es verschiedene Möglichkeiten.
Die Startschaltung ist an Eingang S des Generators anzuschließen. Zunächst liest dieser Eingang über R 1 L-Pegel, so dass der Generator gesperrt ist und der Würfel eine zufällige Ziffer anzeigt. Um den Würfelvorgang einzuleiten, muss S H-Pegel bekommen. Dies ist am einfachsten mit einer beliebigen mechanischen 24 Jakubaschk, Schaltkreisbastelbuch Taste nach Bild 4.233c möglich. Deren Kontakt sollte hier absichtlich nicht gegen Prellen geschützt werden, weil Prellerscheinungen des Starttastenkontakts ebenfalls zur Zufälligkeit des Ergebnisses beitragen. Solange die Starttaste geschlossen ist, läuft der Generator, wobei der Würfel jede Ziffer etwa 25000mal je Sekunde durchläuft. Der Zähler bleibt beim Öffnen der Taste in einer zufällig erreichten Stellung stehen. Selbst die mit Hand kürzestmögliche Schließzeit der Taste bewirkt noch etwa 2000maligen Zahlendurchlauf! Eleganter für die Betätigung des Würfels sind Sensorschalter (Berührungsflächen), für die Bild 4.233d und Bild 4.233e 2 Möglichkeiten zeigen. Bei Einsatz des MOSFET SMYS2 (Bild 4.233e) muss ein Exemplar mit niedriger Tresholdspannung (UT : 4,5 V) verwendet werden.
Eine etwas andere Ausführung eines derartigen Würfels ist in [46] beschrieben.

2. Schaltplan

Bild 1

Bild 2 und 3

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... dieser Text wurde nach den Regeln irgendeiner Rechtschreibreform verfasst - ich hab' irgendwann einmal beschlossen, an diesem Zirkus (das haben wir schon den Salat - und von dem weiß ich!) nicht mehr teilzunehemn ;-)

„Dieses Land braucht eine Steuerreform, dieses Land braucht eine Rentenreform - wir schreiben Schiffahrt mit drei „f“!“

Diddi Hallervorden, dt. Komiker und Kabarettist