Кто первый нажмет кнопку – схема автоматики


Игры и мероприятия могут выглядеть как турнир, в котором ведущий зачитывает вопрос, а участники докладывают ответ. Тот, кто первым нажмет на кнопку, выиграет раунд. Для этих целей и подходит данная схема, позволяя показать кто первым это сделал, с максимальной точностью. Основные параметры: индикация того, какая из четырех кнопок была нажата первой, сигнализирование о самом быстром участнике, кнопка сброса + выход сигнализации готовности, обработка ситуации, когда две (или более) кнопки нажаты одновременно.

  • Сила выходного тока: до 1 А,
  • Блок питания 8 – 25 В постоянного тока,
  • Ток потребления схемой 20 – 50 мА.

Представленная схема ​​запоминает состояние одной из четырех кнопок и сигнализирует об этом на соответствующем выходе. Она также должна заблокировать дальнейшие изменения, чтобы отстающие игроки не изменили установленное состояние. После сброса схемы все возвращается в исходное состояние и она ждет первого нажатия от одного из игроков. Ограничений по времени нет. При нажатии кнопки игроком нейтральный выход выключается и включается связанный с ним.

Принципиальная схема игрового автомата

Особенность, отличающая блок от других подобных решений, заключается в том, что он также поддерживает ситуацию, при которой одновременно нажимаются две и более кнопок. Это крайне редко, но не невозможно. Чтобы игра работала честно, схема управления должна учитывать эти события. Выходы этой схемы спроектированы так, чтобы ими можно было управлять, например, светодиодными лентами, подсвечивающими позицию игрока. Пятый выход, активный после сброса схемы, может использоваться для одновременного освещения всех станций во время чтения вопроса.

Принципиальная схема игрового контроллера представлена ​​на рисунке. Микроконтроллер ATtiny24A (US2) является основным чипом, управляющим работой этого устройства. Он работает от встроенного RC-генератора на 8 МГц. Поскольку он не выполняет критичных ко времени задач, стабилизация тактовой частоты кварцевым резонатором не понадобилась.

Схема имеет 5 одинаковых выходов, активируемых транзисторами IRL530N. Буква L в их обозначении указывает на то, что этот элемент приспособлен для управления напрямую от цифровых микросхем. Не требует использования дополнительных буферов и преобразователей напряжения.

Светодиоды LED1 – LED5 показывают, что данный выход включен. Диоды Шоттки защищают транзисторы от повреждения в ситуации, когда выходы подключены к индуктивным нагрузкам, таким как реле или двигатели постоянного тока. Входы представляют собой нормально разомкнутые моностабильные кнопки — четыре для игроков и пятая для сброса схемы. Поскольку провода, соединяющие печатную плату этой схемы с отдельными кнопками, могут быть длинными, была применена простая защита входов микроконтроллера путем добавления последовательных резисторов номиналом 10 кОм. Это снижает ток протекающий через диоды, защищающие эти входы, встроенные в кремниевую структуру микросхемы, а также увеличивает время нарастания напряжения на них.

Схема может питаться постоянным напряжением из достаточно широкого диапазона, поэтому необходимо стабилизировать его до уровня 5 В, нужного для микроконтроллера. Это выполняет простой линейный стабилизатор 7805. Потребляемый ток настолько мал, что применение здесь импульсного преобразователя было не оправдано. Диод D6 защищает стабилизатор и микроконтроллер от повреждения при случайном перепутывании полюсов питания.

Схема была собрана на односторонней печатной плате размерами 105×65 мм. Чертеж показан на рисунке. В 3 мм от края пластины имеются монтажные отверстия диаметром 3,2 мм каждое. Сборка устройства проста и под силу даже малоопытным радиолюбителям. Предлагаем начать с мелких элементов – диода Шоттки и резисторов, а потом все больших. Стоит использовать панельку под микросхему US2.

На этапе запуска необходимо запрограммировать флэш-память микроконтроллера скомпилированным файлом управляющей программы и изменить настройки битов на следующие значения: Low Fuse = 0xE2, High Fuse = 0xDC. Подробности показаны на рисунке с фрагментом окна битовой конфигурации BitBurner. Таким образом будет отключен тактовый прескалер и включена схема Brown-Out Detector, которая сбросит микроконтроллер в состояние сброса, если его напряжение питания упадет ниже 4,3 В. Такое решение снижает риск зависания микроконтроллера после включения питания.

Правильно собранная и запрограммированная схема готова к работе. К входам (разъемы J6…J10) подключить нормально открытые кнопки, которые будут доступны игрокам и ведущему игру (J10). Выходы системы (разъемы J1…J5) могут использоваться для включения светодиодов, светодиодных лент, реле, лампочек или других устройств. Максимальный ток одного выхода предполагался равным примерно 1 А из-за ширины печатных дорожек. Если бы все четыре выхода включились сразу (маловероятно, но возможно), по общему пути протекал бы ток силой 4 А, что является пределом для данной площади поперечного сечения медного соединения.

Ток, потребляемый самим контроллером, составляет приблизительно 20 мА и не изменяется во время работы. Предельной ситуацией является одновременное включение четырех светодиодов (от LED1 до LED4), когда система будет потреблять около 50 мА. Напряжение питания (разъем J11) должно быть адаптировано к питаемым нагрузкам, но не должно быть ниже 8 В и выше 25 В в связи с необходимостью обеспечения надлежащих условий работы стабилизатора 7805.

В схему не вшиты ограничения по времени или автоматические выключатели; после сброса она будет бесконечно долго ждать импульса, а также сможет очень долго сигнализировать об активации определенного выхода. Благодаря этому устройство можно использовать не только для развлечения, но и для сигнализации о включении одного из концевых выключателей на производственной линии.

Не все четыре входа нужно использовать. При двух-трех участниках достаточно просто не включать те кнопки, которыми не нужно пользоваться.