Heksaruletti

Johdanto

Tällä kertaa tehtävänä oli varsin mielenkiintoinen laite eli heksaruletti.

Heksaruletti

Heksaruletin toiminta on varsin yksinkertainen kun painaa kytkintä, ledit syttyä nopeaan tahtiin ja alkavat kiertää ympyrää. Kun päästä kytkimen ylös alkaa ledien syttymisvahti hidastua, kunnes lopulta yksi satunnainen ledi jää palamaan.

Heksaruletin Piirilevyn valmistus

Tässä vaiheessa työtä valmistimme piirilevyn itse. Yleensä tehtävissä käytimme valmiita nauhapiirilevyjä, mutta tulipa valmistaminenkin tutuksi.

Valotus

Tehtävä lähti käytiin siten että tulostimme piirtoheitinkalvolle kytkennän piirikaavion. Tämän jälkeen poistetaan kuparilevystä valosuojat ja asetellaan piirikaavio kuparilevylle, jonka jälkeen kuparilevy valotuskalvoineen asetellaan valotuslaitteeseen ja suljetaan alipaineluukku ja käynnistetään alipainepumppu.

Lisätietoa alipainepumpusta

Alipainepumppun tarkoituksena on estää valotuksen aikana tapahtuvat liikkeet, jotta sisällä oleva kuparilevy tai valomaski eivät vahingoitu. eikä hommaan tarvitsisi tehdä alusta.

Seuraavaksi suljetaan kansi, asetetaan sopiva aika ja käynnistetään UV-lamppu.

Valotuksen jälkeen avataan laitte ja otetaan kuparilevy varovasti pois reunasta kiinni pitäen ettei siihen jäisi rasvaisia sormen jälkiä.20150129_134306

Kuva1. valotuslaite

 Kehitys

Kehityksessä kuparilevy liuotetaan natriumhydroksidissa , joka poistaa johtavan  alueen levystä.

Kehityksen aikana piirilevyä heilutellaan kehitysaineessa ja huuhdellaan puhtaalla vedellä ja prosessi jatkuu, kunnes kuparilevylle on muodostunut piirikaavion muotoinen kuvio.

Syövytys

Syövytyksessä kuparilevystä poistetaan siinä oleva ylimääräinen kupari pinnoite.

Itse syösytyksessä voidaan käyttä erillansia kemiallisia aineita, koulussa käytimme natriumpersulfaattia.

20150129_134343 (1)

kuva2. syövytys-ja kehityslaite

Laitteen päällä on kolme aukko joihin laitoimme natriumpersulfaattin ja veden. tämän jälkeen laitoimme laitteen käyttiin, jotta liemien lämpötila nousi 50°C asteeseen, mikä nopeuttaa prosessia.

Syövytyksen aikana piirilevyä voi hieman heilutella suojakäsineitä käyttäen  sitä voidaan kääntää pussin sisällä mikäli piirilevy ei syövy siinä asennossa missä se on. Syövytysaika on tapauskohtainen mutta yleesä se kestää 15min .

Syövytyksen aikana piirilevyä tulee tarkkailla jotta tietää milloin ylimääräinen kupari on irronnut. Ota piirilevy pois syövytysaineesta ja huuhtele se huolellisesti runsaalla vedellä.

Vielä yksi vaihe ennen  juottamista on tehdä piirilevyyn reijät komponenteille, jonka toteutimme pöytäporakoneella 1mm poranterällä. Komponenttien reikien paikat näkyvät itse levyssäKuva1

kuva3.  heksaruletti piirilevy

20150129_134358

kuva4.  Näkyy pyötäporakone, jota käytimme riekien poraamiseen itse poranterä oli piilossa pienessä kolossa.

Piirilevy täytyy myös puhdista lakkaa ja muuta siihen kertyneestä liasta. Teräsvilla homma sujuu hyvin, koska se puree hyvin. Hiomisen ja putsauksen jälkeen alkaa varsinainen komponenttien sijoittelu ja juotaminen.


 

Piirikaavio

heksaruletti

kuva5. heksaruletista multisimissä

 

Toimintaselostus

Heksaruletin toiminta perustuu peruskomppomentien lisäksi kolmee piiriin : osakillaattori, laskuripiiri ja dekooderipiiriin.         Lisäksi tämän tarkastelun ansiosta saamme selville miksi ledit pyörivät ja pysähtyvät.

Heksaruletissa on myös hyvä muistaa että sen käyttäjännite saisi olla maksimissaan 12V. Suositelen käyttöjänniteeksi 9v, minkä saa esim. paristosta.

Automaattinen virtakytkin

Heksaruletissa automaattikytkin aktivoituu kun kytkintä painaa.  Se johtaa virtaa D18 diodille ja kondensaattori C3 alkaa latautua.  Kytkimen vapautuessa alkaa C3 alkaa purkautumaan maihin  vastukseen R3 ja TR2 transisitoriin kanna kautta.

Transistorit TR1 ja TR2 muodostavat yhdessä kytkimen ja piiri pysyy johta niin kauan kun kondensaattori saa virtaa C3:ssa on jännitettä

Virtakytkin ohjaa kaikkien RC-piirien virran saantia jotka ovat viety kytkimen kautta tässä kytkennässä

 Oskillaattori

Oskillaattorina kytkennässä toimii NE 555 piiri eli niin sanottu ajastinpiiri. Oskillaattori värähtelee niin kauan kun C2:sessa riittää jännitettä.  Kun kytkimen vapauttaa, alkaa kondensaattori hitaasti purkautumaan ja pulssitaajuus laskee. Silmin nähden ilmiö näkyy ruletin pyörimisvauhdissa : kun kytkintä painaa, varautuu kondensaattori ja vauhti on melko nopea. Kun kytkimen vapauttaa, alkaa kondensaattori purkamaan itseään  ja vauhti alkaa hidastumaan kunnes lopulta pysähtyy sattunaisen  ledin kohdalle. Tämä ledi jää palamaan.

Oskillaattorin RC-piiri saa käyttöjänniteensä muualta kuin syöttöjännitteestä mikä on mielenkiintoista.

Laskuri

Heksaruletin laskuripiirinä toimii CMOS 4516. Laskuri on niin kutsuttu 16-pykäläinen ja laskee numeroita 0-15 väliltä, binäärimuodossa.

Kun piiri saa pulssin T15:sta siirtyy aina yhden askeleen eteenpäin,  niin kauan kunnes luvut tulevat täyteen.  Lukujen tultua täyteen ja se aloittaa uuden pulssin ja hyppää alkuun ja aloittaa alusta kunnes kytkin vapautetaan ja pulssien tulo hidastuu ja lopulta pulssit loppuvat ja pyöriminen pysähtyy.

Lisäksi on hyvä tietää että laskuripiirin pyörimissuunnan (ruletin)  saa vaihdettua vaihtamalla IC2:sen nasta kymmenen muuttaan miinuksesta virtakytkimen käyttöjännitteeseen.

Dekooderi 

Heksarulettiin tarvitaan myös dekooderi joka muuntaa laskuripiirin antamat binääriluvut siihen muotoon, että jokainen kuusitoista lediä saadaan palamaan vuorollaan. CMOS 4018 piiri.

Dekoodaus tällä piirillä tapahtuu käyttämällä piirin kahdeksaa nastaa eli yksi nasta ohjaa kahta vierekäistä lediä.  Ledit eivät pala yhtä aikaa, koska ledien katodipuolet on jaettu kahteen ryhmään. Ryhmittelemällä ledit niin että joka toisen ledin katodi on  samassa ryhmässä. Nyt ledit kytkevät vuorotellen miinukseen vaikka kahta vierekäistä lediä ohjaakin sama dekooderipiirin nasta.

 Mittaukset

Mittaukset tehtiin oskilloskoopilla

EBIN1

Oskilloskoopin kuva6 piirettynä IC1:sen nastasta 3 (output)

20150416_125711

kuva7. Oskilloskoopinkuva IC2:n nastoista 6,11,14 ja 2 aika 50ms/div ja voltit 5 V/div


Osaluettelo
exel osaluettelo

Kuvassa on osaluettelo heksarulettiin tarvittavista komponenteista. taulukossa näkyy myös niiden hinta ja kappalemäärä.

Itsearviointi

Työ onnistui mielestäni hyvin lisäksi opin työstä paljon uutta esimerkkinä piirilevyn valmistamisen

 

 

Creative Commons -lisenssi
heksaruletti, jonka tekijä on Janne Huovinen, on lisensoitu Creative Commons Nimeä 4.0 Kansainvälinen -lisenssillä.
Perustuu teokseen osoitteessa https://blogjanne.wordpress.com/2015/04/21/heksaruletti/.

Vastaa

Täytä tietosi alle tai klikkaa kuvaketta kirjautuaksesi sisään:

WordPress.com-logo

Olet kommentoimassa WordPress.com -tilin nimissä. Log Out /  Muuta )

Google photo

Olet kommentoimassa Google -tilin nimissä. Log Out /  Muuta )

Twitter-kuva

Olet kommentoimassa Twitter -tilin nimissä. Log Out /  Muuta )

Facebook-kuva

Olet kommentoimassa Facebook -tilin nimissä. Log Out /  Muuta )

Muodostetaan yhteyttä palveluun %s