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Dernière mise à jour : 10/02/2013Présentation
Un petit jeu, pour changer un peu. Il s'agit d'une roulette électronique constituée de 12 leds montées en cercle, à la façon d'une horloge à aiguilles.
Au repos, une led sur les douze est allumée en fixe. L'appui sur un boutton poussoir démarre le jeu, en faisant s'allumer les leds à tour de rôle, de façon très rapide, donnant l'illusion d'une rotation. Dès que l'on relache le bouton poussoir, la vitesse diminue progressivement, et au bout de quelques secondes, la rotation s'arrête et une seule led reste allumée. Le but du jeu est de donner un numéro avant de lancer le jeu, en espérant que le numéro de la led qui restera allumé correspondra au choix que l'on a fait. Un petit haut-parleur émet un petit cloc à chaque changement de led, à la façon du petit bout de carton ou de plastique claquant à chaque rencontre des plots que l'on trouve sur les roulettes verticales des foires ou fêtes foraines.
Schéma
On aurait pû se contenter d'un NE555 et d'un CD4017, mais ce dernier circuit intégré ne comporte que dix sorties, et ma fille voulait 12 points pour représenter les heures d'une horloge. Alors on a regardé ensemble (enfin plutôt moi) dans les datasheets constructeur pour voir quel circuits correspondraient le mieux à notre besoin. Un CD4514 est l'idéal, mais au lieu de comporter une entrée d'horloge comme le CD4017, il possède quatre entrées BCD. Bah oui, ce n'est pas un compteur Johnson, c'est un démultiplexeur. Il faut donc ajouter un compteur BCD ayant une entrée d'horloge et des sorties BCD, pouvant être intercallé entre le NE555 et le CD4514. Et on trouve le CD4520, qui convient parfaitement pour notre usage. Voilà finalement le schéma complet, terminé à 11H55 et mis en pratique à partir de 14h00.
Finalement, à y regarder de près, rien d'extraordinaire.On retrouve notre NE555, notre compteur CD4520 et notre décodeur (démultiplexeur) BCD / 16 sorties CD4514.
Oscillateur
Hum, rien d'extraordinaire, c'est vrai. Mais admettons tout de même que ne NE555 n'est pas totalement utilisé de manière classique. Il est certe monté en multivibrateur (en oscillateur), mais plus ou moins "commandé" au travers de sa patte 7. Vous voyez où elle est raccordée, sa patte 7, qui habituellement rejoint le pôle positif de l'alimentation au travers d'une résistance fixe ? Curieusement ici, elle va sur un espèce de circuit à condensateurs et résistances. Toute la partie située à gauche du circuit intégré, en fait (sauf C1 dont on se demande pourquoi il est là, tellement sa présence est loin d'être indispensable). Allez, un petit secret rien que pour vous : cette configuration permet de faire osciller le NE555 à une vitesse rapide quand on appuie sur le bouton SW1 (Start), et à rendre l'oscillation de plus en plus lente dès que l'on relache le bouton. Cela grâce aux condensateurs C3 et C4 que l'on charge quand le bouton est enfoncé, et qui se déchargent dès relachement.Compteur
Le signal périodique à fréquence rapide puis diminuante est dirigé vers le compteur BCD CD4520, qui à chaque nouvelle impulsion, fournit un nouveau mot binaire sur ses sorties Q0 à Q3, mot dont la valeur est incrémentée de un. Si on le laissait travailler sans le déranger, il effectuerait un tour entier de mots binaires, autant de mots différents que ne le permettent 4 fils (4 bits), à savoir 16 mots différents. Nous aurons besoin plus tard de 12 mots, car nous n'avons que 12 leds. Aussi, nous nous arrangeons pour que le compteur soit remis à zéro à chaque treizième impulsion (nous verrons plus loin comment cela est fait). Remarque : le CD4520 comporte deux compteurs indépendants dans le même boitier, il faut relier les entrées inutilisées du second compteur (dont on ne se sert pas) à un potentiel fixe, ici au pôle positif de l'alimentation.Décodeur (démultiplexeur)
Le circuit intégré CD4514 est un décodeur BCD / Décimal qui dispose de quatre entrées (binaire) et de seize sorties (décimales), ce circuit est aussi appelé décodeur 4 vers 16. Quatre entrées pour y entrer un mot binaire de quatre bits (4 bits, ça fait 4 fils, ça fait aussi 16 mots binaires différents possibles, vous vous souvenez). Et seize sorties, dont une seule à la fois est active et dépend du mot binaire appliqué sur les entrées A, B, C et D. Tiens, c'est marrant, quatre bits en entrées qui correspondent à 16 possibilités différentes, et seize sorties. J'adore ce genre de coincidence, surtout quand elle nous arrange. Je suis presque sûr que vous avez compris : si les entrées A, B, C et D recoivent le mot binaire qui correspond à 7, c'est la sortie Q7 qui s'active. Et si les entrées A, B, C et D recoivent le mot binaire qui correspond à 11, c'est la sortie Q11 qui s'active. Comme nous n'avons que 12 leds et que le décodeur peut comptez jusqu'à 16, nous avons quatre codes en trop. Pour éviter que ces quatre codes ne nous gênent (imaginez qu'au moment du jeu, le comptage s'arrête sur la sortie 14 qui ne comporte pas de led), le treizième code va remettre le compteur à zéro, en reliant la sortie 13 du CD4514 (patte 14) à l'entrée de remise à zéro du CD4520 (patte 7). Notons au passage que la sortie 13 s'appelle Q12, puisque la première sortie s'appelle Q0 et non Q1. La boucle est bouclée, nous avons bien un compteur et un décodeur qui travaillent tous deux sur un cycle de 12 pas.Disposition des LED
Que dire, si ce n'est qu'elles sont disposées en cercle, mais que cette position n'est pas impérative et que vous pouvez bien sûr en choisir une différente...Prototype
Un premier proto, réalisé sur plaque d'expérimentation sans soudure, m'a conforté sur le bon déroulement des opérations logiques (traduction : ça fonctionne bien).
J'ai donc pû dessiner un CI et le réaliser, pour le plus grand plaisir de ma fille qui en était la principale demandeuse et qui a participé activement à l'assemblage des composants.
Remarque : ce proto sur circuit imprimé comporte encore les deux transistors pour le HP, que j'ai par la suite supprimés (voir paragraphe Corrections et remarques diverses).
Puis est venu l'heure de la mise en boite... quelques six mois après la réalisation du CI, et malgré les relances régulières de ma fille. Il a fallu qu'on nous offre des friandises pour qu'une fois la boite vidée, me vienne une idée soudaine...
Comme déjà fait dans d'autres réalisations, utilisation de ficelle de cuisine pour fixer le HP et pour regrouper les fils pour un chantier un peu plus ordonné.
Vous pensez bien que le montage ainsi mis en boite a suscité quelques passions de longue durée...
Circuit imprimé
Terminé, en double face. J'ai bien essayé le simple face, mais ça faisait vraiment trop de straps.
Typon aux format PDF, EPS et Bitmap 600 dpi
Le double face présente l'avantage de limiter le nombre de straps, mais présente aussi quelques inconvénients quand on le réalise en amateur :
- Penser à souder un petit bout de fil dans les trois trous servant de traversées (via) sous le plus gros circuit intégré.
- Penser à souder toutes les pattes des composants côté composants à partir desquelles part une piste de cuivre. Cela inclue les supports des circuits intégrés, que l'on ne pourra pas pour cette raison choisir de type bas profil.
Historique
10/02/2013- Correction erreur mineure : la résistance auparavant appelée R18 s'appelle désormais R2, et le condensateur auparavant appelé C5 s'appelle désormais C3. Schéma et typon mis à jour. Merci à Gérard qui m'a signalé l'absence de R2 et C3 (cela n'empêchait pas du tout le montage de fonctionner, mais il y avait de quoi se poser des questions).
25/04/2010
- Ajout information brochage des circuits intégrés sur le schéma. Pour rappel, les circuits intégrés (logiques et analogiques) qui ne sont pas alimentés et auxquels on applique sur les entrées des signaux électriques, ne fonctionnent pas ou grillent...
07/02/2009
- Suppression des deux transistors destinés à attaquer le HP pour la production des clocs sonores. Désormais, le HP est directement relié entre la sortie 3 du NE555 et le +Alim, au travers d'une résistance de 27 ohms et d'un condensateur de 100 uF. Ce qui suffit amplement.