Главная РАЗРАБОТКИ Программа ГСЧ-ПСИ Ls-Psi4 Ls-Psi4: инструкция и описание

LS-Psi4
И Н С Т Р У К Ц И Я И О П И С А Н И Е
============================

Генератор случайных чисел LS-Psi4
Разработка Лаборатории Старлинга ( www.La-Star.ru ) по заказу ООНИО Космопоиск ( www.kosmopoisk.ru ).

Напряжение питания: от 6.5 до 25 В
Защита от переполюсовки питания.
Индикация: светодиодная.
Три режима генерации: 1 из 10; 1 из 5 и 1 из 6
Возможность введения других режимов
Тестовый режим замедленной скорости

В отличие от его предшественника LS-Psi3, данный прибор разработан без микроконтроллера, на широко доступной элементной базе и доступен для самостоятельного изготовления людьми, имеющими радиотехническую подготовку.
Расположение органов управления, корпусная реализация, изменение схемы и другие особенности, описанные в технической части, выбираются изготавливающим прибор самостоятельно.



П Р И Н Ц И П Р А Б О Т Ы

При нажатии кнопки "Пуск" поочередно зажигаются все светодиоды с частотой, недоступной для восприятия человеком.
После отпускания кнопки горит случайный светодиод.



О Р Г А Н Ы У П Р А В Л Е Н И Я

1. Кнопка "Пуск"
При нажатии на нее запускается генерация.
После отпускания кнопки со светодиодов считывается сгенерированное случайное число.

2. Тумблер "Тест"
При его включении уменьшается частота генерации, и можно на замедленной скорости наблюдать работу прибора.

3. Тумблеры "Уставки".
Позволяют изменять режим генерации.
По умолчанию доступны:
1 из 10: верхнее положение тумблеров. Основной режим.
1 из 5: левый тумблер уставки вниз, правый вверх. Режим карт Зенера.
1 из 6: левый тумблер уставки вниз, правый вниз. Режим игральной кости.

4. 10 светодиодов.
Индицируют текущее значение случайного числа.



Особенности изготовленного образца:
1. Разъем внешнего питания 6.5 - 18 В.
2. Тумблер "Демо".
Имитирует одновременное включение тумблера "Демо" и нажатие кнопки "Пуск".
Предназначен для демонстрационной работы прибора при установке на стенде.
3. Корпус для промышленных контроллеров G203C.



Т Е Х Н И Ч Е С К О Е О П И С А Н И Е С Х Е М Ы

На элементах DD1:1 и DD1:2 по стандартной схеме собран генератор импульсов с частотой порядка 10 кГц.
Подключением тумблером "Демо" конденсатора большой емкости можно понижать частоту генерации до долей герц (порядка секунд или долей секунды, в зависимости от номинала С2 и R1).

Элемент DD1:4 разрешает или запрещает прохождение импульсов от генератора.
Для этого на его второй вход подключен сигнал от кнопки "Пуск" SB1, проинвертированный элементом DD4.

Вход элемента DD1:4 подтянут к единице резистором R2, его номинал может быть от сотен Ом до десятков килоОм.
Слишком маленький номинал увеличивает ток потребления схемой, слишком большой - уменьшает помехозащищенность, от 1 килоома до 10 вполне
достаточно.



Далее импульсы от генератора поступают на счетный вход двоично-десятичного счетчика DD2, включенного по стандартной схеме.
Счетчик считает по спаду импульса (заднему фронту), и формирует на выходах двоично-десятичный код.
Соответствие десятичного счета двоично-десятичному:

Дес: Q3 Q2 Q1 Q0
0: 0 0 0 0
1: 0 0 0 1
2: 0 0 1 0
3: 0 0 1 1
4: 0 1 0 0
5: 0 1 0 1
6: 0 1 1 0
7: 0 1 1 1
8: 1 0 0 0
9: 1 0 0 1

После девяти счет продолжается с нуля.
Счетчик имеет входы сброса в ноль R1 и R2.
Они работают по логике И, то есть для сброса необходимо наличие лог. единицы на обеих входах.
Наличие нуля хотя бы на одном из входов заставляет его считать до десяти.
Тумблеры уставки SA2 и SA3 коммутируют выходы счетчика на входы сброса, заставляя его при достижении кода 5 или 6 сбрасываться в ноль, реализуя
тем самым счет по модулю 4 или 5 (считая с единица, а не с нуля: 5 или 6).
Отключив перемычку от точки А на выход Q3 и коммутируя входы сброса счетчика на разные выходы, можно получать генераторы случайных чисел на
разные разрядности ( конечно, кроме семи).

Комментарий: если вы можете рассчитать, какие коэффициенты счета получаются при различных коммутациях, вы можете с уверенностью сказать про себя,
что вы хорошо разбираетесь в логических цифровых микросхемах.

Комментарий 2: Счетчик ИЕ2 состоит из дух независимых счетчиков: делителя на 2 (вход С0, выход Q1), и делителя на 5 (вход С1, выход Q1-2-3).
Для получения счетчика по модулю 10 выход Q0 соединен со входом С1.


Далее двоично-десятичный код с выходов счетчика Q0, Q1, Q2, Q3 поступает на входы мощного двоично-десятичного шифратора DD3.

В зависимости от двоично-десятичного кода на входах дешифратора на одном из его десяти выходах появляется сигнал (активный уровень - низкий).
К выходам подключены десять светодиодов, которые и индицируют число, полученное со счетчика через дешифратор.
Обозначения светодиодов (подписи значений) сдвинуты по сравнению с нумерацией выходов дешифратора.
Так, выходу Q0 соответствует светодиод "1", выходу Q1 светодиод "2" и так далее, Q9 соответствует светодиод "0".
Сделано это для того, чтобы в режиме 1 из 10 в числовом ряду присутствовал "0", но отсутствовал в режимах 1 из 5, 1 из 6 и других.
Напомню, что для случайного числового ряда вообще не имеет значения, в каком порядке мы перемешаем его значения, функция от хаоса есть хаос.

Стабилизатор питания на 5 В собран по стандартной схеме и не имеет никаких особенностей.

На входе питания стоит диод, защищающий от неправильной полярности.



Э Л Е М Е Н Т Ы С Х Е М Ы И М О Н Т А Ж А
Кроме выходного дешифратора ИД1, нагруженного на светодиоды, остальные микосхемы лучше применить серии К555 (с низким энергопотреблением).
Светодиоды - любые.
Токоограничительные резисторы выбираются в соответствии с током светодиодов, но при значении порядка килоома подойдут к любому светодиоду.
Яркость свечения при этом может оказаться маленькой, но одновременно снизится и энергопотребление.

При сборке устройства кнопки, тумблеры и светодиоды можно разместить на плате, но можно сделать и выносными.
На плате окрестности тумблеров и кнопки по возможности разгружены, чтобы было возможно изменить расположение отверстий по выбранные элементы.



ВЫБОР ЧАСТОТЫ ГЕНЕРАТОРА
Минимальное время, которое может отмерять нажатием кнопки человек, составляет не более 10 миллисекунд (данные Р. Саримова).
За эти 10мс прибор должен как минимум несколько раз пройти полный цикл.
Следовательно, минимальное время полного цикла для режима 1 из 10 (десять импульсов с генератора) составляет порядка единиц миллисекунд.
Отсюда - максимальная длительность одного периода генератора составляет порядка 0,1 мС, что соответствует частоте 10 кГц.

Подниматься на уровень мегагерц не имеет смысла, так как это может сильно увеличить ток, потребляемый схемой.


Частота генератора на DD1:1 и DD1:2 рассчитывается по приближенной формуле:
fген=(R1*C1)/3.
Значение сопротивления R1 должно быть от 250 до 510 Ом, лучше ближе 510-ти.



В А Р И А Н Т Ы С А М О С Т О Я Т Е Л Ь Н О Г О У С О В Е Р Ш Е Н С Т В О В А Н И Я П Р И Б О Р А

1. Ввести другие коэффициенты пересчета перемычками и подтяжкой входов к единице, как сказано выше.

2. Вместо светодиодов подключить газоразрядный индикатор с "нарисованными" цифрами.
(Прим. Выходной дешифратор 155ИД1 можно напрямую подключать к некоторым типам газоразрядных индикаторов)

3. Заменить дешифратор двоично-десятичного кода в десятичный на дешифратор двоичного кода в код 7-сегментного индикатора и подключить его к
7-сегментному светодиодному индикатору.
Прим: потребление тока может резко возрасти, так как вместо одного светодиода для каждой цифры будет загораться разное число сегментов.
Оптимальным будет подключение сверхяркого индикатора и ограничение тока через сегменты до получения обычной яркости при низком энергопотреблении.

4. Заменить двоично-десятичный счетчик на двоичный (16-ичный) и заменить дешифратор с 10-ю выходами на подобный с 16-ю.
Увеличение числа разрядов для некоторых видов экспериментов позволит использовать более короткие серии.

5. Сделать сброс счетчика через инвертор от выходов дешифратора.
Это позволит с помощью, например, галетного переключателя устанавливать произвольный коэффициент счета (кол-во значений).

6. Перевести схему на КМОП - микросхемы с низким энергопотреблением.

7. Комбинировать эти идеи или придумывать свои.



П Р И Л О Ж Е Н И Я
- схема электрическая принципиальная
- рисунок печатной платы со стороны дорожек (разработка: Козлов Николай (Comkoder), Тверь-Космопоиск)
- монтажная схема для платы Comkoder'а

В интернете на сайте www.La-Star.ru : файл печатной платы в формате Layout4, приложения в электронном виде, фотографии готового устройства.



Последняя редакция данного документа: 14.02.2008

• Ls-Psi4: инструкция и описание
• Ls-Psi4: схемы и разводка
• Ls-Psi4: фото