Furdancs

Van ez a sorozatunk, a Gyermeksarok, mely figyelemfelkeltő céllal oktatócsomagokat mutat be az elektronikával ismerkedő gyerekeknek, mint potenciális érdeklődőknek. Persze, ők nem böngésznek webkatalógusokat, ezért írásaink az ajándékok formájában megnyilvánuló gyengéd anyai/apai erőszakra biztatnak.

Most szintet lépünk, mert az elektronikai- és forrasztásos csomagok után az a digitális elektronika tanuló építőkészlet kerül terítékre, melynek kapcsán már elhangzik a baljós „többfokozatú aszinkron számláló” kifejezés is, messze túlmutatva a „Jack kapitány indiánerődje”, mint játék bonyolultságán. Nem véletlenül került egyfajta fejlődési lépcső magasabb fokára ez a bemutató.

Egyszer pedig deriválni is meg kell tanulni, és addig örüljön csemeténk, míg igen-nem állapotokat kell tanulmányoznia a nemlineáris rezisztív hálózat U2=f(U1) transzfer karakterisztikájának meghatározása helyett. Általában itt merül fel, hogy mégis inkább gépész legyen a gyerek… vagy mint villamosságtan tanárnőnk mondogatta zárthelyi írása közben, nem kis bosszúságunkra: aki nem érti, menjen cipésznek, az is nagyon hasznos szakma. Ehhez képest a digitális technika egészen szórakoztató, főleg a logikai kapukkal való sakkozás szintjén. Ezek nagy részét kiválóan lehet szimulálni kapcsolókkal és egyszerűen megvalósíthatók kapuáramkör IC-k segítségével.

Anno a 7400 sorozatú IC-tokokkal a Birodalom visszavág film idején ismerkedtem meg, mikor az IC tokokból kitüntetés-sávokat barkácsoltunk az iskolaköpenyre. Ennél sokkal produktívabb felhasználásra invitál bennünket a Conrad webáruház Digitális elektronika tanuló építőkészlet csomagja, melynek segítségével kevés alkatrésszel sok kísérletet végezhetünk.

Félmaroknyi alkatrész, dugdosós kísérleti panel és a dokumentáció kerül elő a dobozból. Mint korábban is, legértékesebb komponens a kis könyvbe foglalt ismeretgyűjtemény, mely rövid bevezető után sorra veszi a felhasznált alkatrészek jellemzőit és feladatát. Bemutatja áramköri szimbólumukat, bekötési jelöléseiket és ellenállások esetén színkód-táblázatukat.

Találunk itt tanácsokat a helyes bekötéshez, illetve a hibajelenségeket, ha nem fogadtuk meg a tanácsot. Nulláról indulva jutunk el az egyhez, más állapot nem is létezik a digitális technikában, így az alapkapcsolások nem hagynak sok hibázási lehetőséget. Az IC-tok bedugaszolásával és nyomógomb-LED csatlakozásával párhuzamosan ismerkedünk meg az alap logikai kapukkal és igazságtáblázatukkal. AND, NAND, OR, NOR, inverter, majd bonyolódik az RS flip-flop és fokozatosan egyre mélyebben merülhetünk a gyakorlati haszonnal bíró kapcsolásokba.

Mik ezek? Sok-sok villogó kapcsolás: villogó kapcsolás, váltakozó villogó, villogó két LED-del, független villogási ütem, négy LED-es villogó, két LED fáziseltolásos vezérlése... LED fényforrásokkal nem is nagyon lehet más visszajelzést megvalósítani. Ezután következnek a bináris számláló, léptetőregiszteres kapcsolások, mint számláló, osztás néggyel, satöbbi.

E kapcsolások olyan építőkövek, mint LEGO-ban egy darab alkatrész. Segítségükkel felépíthetnénk (ha arra nem találták volna fel a mikrokontrollert) bármilyen monumentális rendszert, akárcsak építőkockából a kölni dómot. A csomagban szereplő példák visszaköszönnek a való életben. Például a "benyomom a gombot és úgy marad" flip-flop kapcsolás megfelel egy öntartó relének, vagy az AND-kapcsolattal találkozunk a két nyomógombos biztonsági megoldásnál, hogy lehetőleg ne vágja le kezünket a présgép.

 Lássuk, hogyan okít a dokumentáció az  "RS-Flipflop" kapcsolás példáját idézve. 

Egy flipflop olyan áramkör, amely önállóan tud két állapot közül egyet tartani. Egy digitális állapot tehát tárolható. Meghatározott bemeneti állapotok által a kimenet átkapcsolható. Az RSFlipflop-nak két bemenete van: Reset és Set. Nyugalmi állapotban mindkét bemenet felemelt helyzetben van. A kimenet ekkor nem biztos (X) és az előzetes történésektől függ. Ha R-t 0-ra kapcsoljuk, a kimenet kikapcsolódik. Viszont ha S-t nullára kapcsoljuk, akkor bekapcsolódik.
Az RS flipflop két NAND kapuból építhető fel, ahol a kimenetek mindig a másik kapu egy bemenetére visszacsatolódnak, így az egyszer beállt állapot megmarad.

Kapcsolási rajz nélkül puszta irodalom lenne

A ténylegesen felépített áramkörben mindkét kimenet LED-ekre kerül. A NAND 2 kimenetén mindig megjelenik a NAND 1 invertált állapota. Két ellenállás Vcc-vel szemben gondoskodik az 1. nyugalmi állapotról. A nyomógombok egy 0 állapotot kényszeríthetnek ki, és ezzel megváltoztatják a kimeneti állapotot. Az üzemelési feszültség bekapcsolásakor a két LED közül az egyik világít - hogy melyik, azt nem lehet előre megmondani. A két nyomógombbal a két állapot között át lehet kapcsolni.

 Itt pedig az összeállított kapcsolás

Mire is jó egy ilyen oktatócsomag? Például sikerélmény generálására egy elmondhatatlanul melankolikus és szomorú őszi vasárnap délután, mely a másnapi munkakezdést olyan lelkesedéssel illeti, mintha be kellene vonulnunk az életfogytiglani megkezdésére a böribe. Ilyenkor összetákolunk egy kapcsolást és örülünk, majd felmérhetetlen látóhatár nyílik, mire is tudnánk ezt használni a gyakorlatban.

Gyorsan egy videót a működő alkalmazásról, mielőtt lankadna a figyelem! 18 másodperc csak, de erről a témáról Tarr Béla sem tudna egy percnél hosszabb jelenetet rendezni:

A fenti kapcsolásnál mikrokapcsolókra cserélhetjük a nyomógombokat és akkor érzékeljük a végálláskapcsolók helyzetét, vagy mágneszárat vezérelhetünk vele állapotjelzéssel, de a klasszikus öntartó relét is kiválthatjuk, ha a visszajelző LED-ek mellé egy nagy áramú szilárdtest relét ültetünk.

Ennyit mára a tudomány és technika vívmányaiból, mondaná Kudlik Júlia. Összességében egy érdekes, bár az előzőekben bemutatott tanulócsomagoknál nagyobb kihívásokat rejtő termék. Másodajándéknak kiváló a legközelebbi alkalomra, vagy tanévkezdésre 14 éven felülieknek.

  Ha tetszett a bejegyzés, oszd meg ismerőseiddel. Ha nem, akkor is. 
Csatlakozz a Furdancs Facebook-közösségéhez! Nem fogjuk megbánni.