Unser nächstes Elektronik-Abenteuer ist dem elektronischen Würfel gewidmet. Man findet im Web unzählige Lösungen für die Aufgabe. Sehr viele
Würfel-Schaltungen beinhalten einen Mikrocontroller, der via Zufallszahlen bei jedem „Wurf“ für nicht vorhersehbare Würfelzahlen sorgt. Das liegt wohl sehr daran,
dass eine Würfelschaltung zwar nicht unbedingt sehr kompliziert ist, aber doch mit einem gewissen Aufwand an Verdrahtung verbunden ist.
In unserem Versuch übernehmen die Bildung zufälligen Würfelzahlen ein Komparator und ein Zähler. Das Prinzip ist denkbar einfach. Mit dem Komparator werden in
ziemlich hohem Tempo elektrische Impulse generiert. Sehr oft wird diese Aufgabe in den Hobbykreisen mit dem äußerst populären NE555 bewerkstelligt. Auch mithilfe
anderer elektronischer Bauteile lassen sich elektrische Impulse herstellen.
Die Impulse werden anschließend von einem Zähler, der „nur“ bis sechs zählen kann, erfasst und gezählt. Sobald sein Zählerstand die Zahl sechs übersteigt, wird
er zurückgesetzt und beginnt die Zählung von neuem.
Der Impulsgenerator, der hier mit einem Komparator realisiert wird, muss nicht unbedingt sehr schnell die Impulse generieren. Sie müssen jedoch zumindest so
schnell erzeugt werden, dass ein Mensch nicht in der Lage ist zu erahnen, welche Zahl als nächste kommt.
Komparator
Die Signale, die anschließend von dem Zähler gezählt werden, werden in der Schaltung via Komparator generiert. Eine mit zwei Widerständen
eingestellte Referenzspannung wird mit einer Spannung, die an einem Kondensator entsteht, verglichen. Die Spannung am Kondensator ändert periodisch ihren Wert.
Dank eines Ladewiderstandes steigt sie zunächst. Sobald sie den Wert oberhalb der Referenzspannung erreicht, schaltet der Komparator durch, und der Kondensator
entlädt sich. Ist seine Spannung wieder gefallen, kehrt der Komparator in seinen ursprünglichen Zustand zurück und der Kondensator lädt sich wieder auf. Mit der Aufgabe
der Signalbildung wird in der Schaltung der Komparator LM311 beauftragt.
Der Zähler CD4017BE ist ein Dekadenzähler. Er verfügt über zehn Ausgänge, die abhängig von dem Zählerstand einzeln und nacheinander auf HIGH-Pegel
geschaltet werden. Sobald der letzte Ausgang aktiviert wurde, wiederholt sich der Zyklus. In der Schaltung werden nur sechs Ausgänge des Zählers berücksichtigt.
Beim Zählerstand sieben wird der Zähler zurückgesetzt.
Jedem Zählerstand und damit jedem Ausgang sind ein oder mehrere LED-Segmente zugeordnet. Auf diese Weise wird ein passendes Augen-Bild des Würfels
zusammengestellt. Es gibt insgesamt vier LED-Segmente, die nach Bedarf zusammengeschaltet werden:
Segment 1 = LED 1
Segment 2 = LED 2 + LED 3
Segment 3 = LED 4 + LED 5
Segment 4 = LED 6 + LED 7
Und so wird ein Augenbild gebildet:
Schaltplan
Die Schaltung beginnt die Zahlen zu „würfeln“, sobald der Taster S1 betätigt und festgehalten wird. Referenzspannung, gebildet mit den Widerständen R1 und R2 herrscht am
Eingang (+) des Komparators (Pin 2). Die Kondensatorspannung liegt am Eingang (-) des Komparators (Pin 3). Das Aufladen des Kondensators erfolgt über den Widerstand
R3. Wenn der Komparator umschaltet, wird der Kondensator über die Diode D1, den Taster S1 und über den Ausgang des Komparators (Pin 7) entladen. Das so gebildete Signal wird zu
dem Zähler geführt (Anschluss Pin 14). Mit dem Potentiometer P1 kann die Schalthysterese des Komparators beeinflusst werden. Auf diese Weise lässt sich die
Schaltfrequenz einstellen.
Wenn der Zustand des Zählers z.B. den Wert fünf erreicht, wird sein Ausgang Out4 (Pin 10) auf HIGH geschaltet. Über die Trenndioden D2, D8 und D11 werden die
LED-Segmente 1, 2 und 3 gleichzeitig geschaltet. So wird die Augenzahl fünf gebildet.
Um die Ausgänge des Zählers nicht zu überlasten werden die LEDs über Transistoren, die hier als Schalter fungieren, geschaltet.
Bei allen Gleichrichterdioden handelt es sich um die Dioden 1N4148.
