Введення

Навчальний сенсорний стенд (далі просто ОСС) є різновидом технічних засобів навчання. ОСС навчає перекладу цифр з десяткової системи числення в двійкову. ОСС дозволяє затрені-ровать отримані теоретичні знання і в цікавій формі довести їх до автоматизму. Для оперативної роботи з ОСС рекомендується робота в парі. Спочатку один випробуваний встановлює десяткові числа за допомогою перемикача “Установка” і веде підрахунок (наприклад, паличками на аркуші паперу в клітинку) правильних відповідей, а інший перетворює ці десяткові числа вдвійковий код на сенсорному пульті (СП) і натискає кнопку “Відповідь”. Потім (Наприклад, після 15-20 відповідей) піддослідні міняються місцями. Якщо десятковий код перетвориться вірно, то відразу після натискання кнопки “Відповідь” звучить короткий звуковий сигнал “Правильно”. Для збільшення “КПД” при роботі з ОСС в режимі тестування бажано до групи тестованих приставити двох помічників-рефері. Один помічник фіксує правильні відповіді, а другий виступає в ролі “секунданта” – відміряє секундоміром (30-60 с) час, відведений кожному тестируемому. Тестований встановлює двійкові коди на сенсорному пульті. Переможцемвизнається той, хто (за однаковий час) дав більшу кількість правильних відповідей.

Перемикач “Установка”-перетворювач десяткового коду в неінвертірованний двійково-десятковий код – має в якості механічного перемикача положення оцифрований (від “О” і до “9”) зубчастий диск з можливістю установки 10 фіксованих положень. Перемикання здійснюють, натискаючи пальцем на верхній або нижній зубець диска, причому за один рух вдається перемістити диск перемикача тільки на одну позицію. Обертанням дискової шкали перемикача можна встановлювати чотирирозрядний двійково-десятковий код, який подається на 4-х розрядну двійкову схему порівняння.

Основним недоліком ОСС є відсутність регулятора чутливостіСП для користувачів (випробовуваних) з різним опором шкіри пальців.

Схема

ОСС (див. рис. 1) складається з:
– RS-тригера на елементах DD1.1, DD1.2, R1, R2, SB1;
– Одновібратора на елементах С2, DD1.3, DD1.4, R3;
– Ключа на польовому транзисторі VT1, його стокової навантаження – активного(Що має вбудований генератор) зумера А1 з конденсатором фільтра СЗ;
– 10-позиційного перемикача SA1 “Установка” з 4 резисторами (R4. .. R7) установки низького логічного рівня;
– 4-х розрядної двійковій схеми порівняння DD2;
– Чотирьох вхідних ланцюгів сенсорного пульта С4, R8, R9; С5, R10, R11; С6, R12, R13; С7, R14, R15 (відповідно),
– Керамічного блокувального конденсатора С1;
– Кнопки SB1 “Відповідь”, тумблера SA2 “Вкл.” ОСС та батареї GB1.

В ОСС застосований сенсорний 4-х розрядний пульт (див. рис. 2), що імітує двійкові розряди з вагами “8” “4”, “2”, “1” (зліва направо: від старшого до молодшого розряду відповідно). Для подачі на будь-який (один або кілька) сенсорний контакт логічної одиниці слід торкнутися кон акту пальцем. Для подачі на будь сенсорний контакт логічного нуля палець з контакту слід прибрати.
Як відомо, молодші розряди чисел (будь-яких систем числення) розташовуються праворуч, тому на безіменний палець в СП ОСС “призначений” молодший розряд з вагою “1”, на середній палець – розряд з вагою “2”, на вказівний палець – розряд з вагою “4”, на великий палець – розряд з вагою “8”. (Дані “призначення” вказані для правої руки.)

Випробуваним, у яких добре розвинений (наприклад, грою на музичних інструментах) мізинець, розподіл сенсорних контактів по пальцях можна встановити, наприклад, таким чином: на мізинець “призначають” молодший розряд з вагою “1”, на безіменний палець – розряд з вагою “2”, на середній палець – розряд з вагою “4”, а на вказівний палець – розряд з вагою “8”. Великий палець залишається незадействованим.
Для роботи сенсорних контактів на пульті є металева пластина, на яку подана напруга (+4,5 В) харчування ОСС. Робоче положення правої руки на пульті припускає обов’язкове (як мінімум, на момент початку натиснення кнопки “Відповідь”) торкання зап’ястям руки цієї металевої пластини. Напруга живлення ОСС із зап’ястя руки (при установці коду) через пальці наводиться
на сенсорні контакти “8”, “4”, “2”, “1” при торканні цих контактів відповідними їм пальцями. Для зручності роботи з сенсорним пультом при установці коду зап’ясті руки лежить на металевій пластині пульта, а рухаються лише пальці. [Місцезнаходження сенсорних контактів на СП може бути злегка оптимізовано під індивідуальні розміри пальців рук користувача. При цьому слід врахувати, що стосуватимуться контактів слід не торцями пальців, а їх подушечками, на яких шкіра тонша, а значить і опір шкіри постійному (+4,5 В) струму менше. Малий опір шкіри на пальцях руки важливо для підвищення чутливості СП.]
У початковому стані кнопка SB1 “Відповідь” не натиснута, тому з виходу (виводу 3) логічного елемента DD1.1 логічний нуль надходить на вхід “А = В” (вивід 6) DD1 і компаратор DD1 “закритий”, тобто на виході “А = В” (висновок 3) DD1 встановлений логічний 0 незалежно від стану інформаційних входів АТ, А1, А2, A3 (висновки 10, 7, 2, 15 відповідно) і ВО, В1, В2, ВЗ (висновки 11, 9, 1, 14 відповідно). Перемикачем SA1 “Установка” вибирається будь десяткове число від “О” до “9”. Так, наприклад, при установці цифри “5” на інформаційних входах АТ, А1, А2, A3 (висновки 10, 7, 2, 15) DD1 встановлюється код 0101 (тут і далі молодший розряд праворуч, а старший зліва). Тепер, якщо праву руку випробуваного встановити на СП і пальцями торкнутися сенсорних контактів Е1 і ЕЗ, то на входи ВО, В1, В2, ВЗ (висновки 11, 9, 1, 14 відповідно) DD1 буде поданий код 0101. Іншими словами, на входах А (АТ, А1, А2, A3) і В (ВО, В1, В2, ВЗ) компаратора DD1 встановляться однакові коди, тому при натисканні (лівою рукою) кнопки SB1 “Відповідь” на вхід “А = В” (вивід 6) DD1 з виходу (виводу 3) DD1.1 надходить логічна одиниця і на виході “А = В” (висновок 3) DD1 також з’являється логічна 1. Ця 1 надходить на керуючий вхід (висновок 9 DD1.3) одно-вібратора, зібраного на елементах
DD1.3, DD1.4, R3, С2. У початковому стані напруга живлення ОСС через резистор R3 надходить на входи (висновки 12 і 13) DD1.4. Входи елемента DD1.4 “2ІЛІ” з’єднані разом, DD1.4 виконує функцію інвертора (Логічного елемента “НІ”), тому на виході (вивід 11) DD1.4 встановлений логічний 0. Також цей нуль заводиться на вхід (висновок 8) DD1.3, вводячи DD1.3 в режим “готовності”. По позитивному перепаду напруги на вході (вивід 9) DD1.3 од-новібратор запускається: логічна одиниця на виході (вивід 10) DD1.3 змінюється логічним нулем і попередньо розряджений конденсатор С2 починає заряджатися, а елемент DD1.4 швидко переключається. На його виході (вивід 11) з’являється логічна 1, яка надходить на затвор VT1; VT1 відкривається, опір каналу витік-стік зменшується до одиниць Ом і на активний зумер А1 подається напруга GB1. Звучить тональний сигнал. Через час, визначений времязадающей ланцюгом С2, R3, на виході DD1.4 знову з’являється логічний 0 і зумер відключається. “Зворотній зв’язок “- з’єднання виходу (висновок 11) DD1.4 з входом (висновок 8) DD1.3 – необхідна для того, щоб навіть після зняття високого рівня з керуючого входу (виведення 9) DD1.3 елемент DD1.4 не змінив свого стану, а вихідний імпульс одно-вібратора не обірвався (не скоротився). Таким чином при правильній установці двійкового коду і по початку натискання кнопки SB1 “Відповідь”, приблизно на 0,5 секунди включається тональний сигнал зумера А1, підтверджуючий правильну відповідь.
Якщо двійковий код на СП виставлений не правильно, тобто на інформаційних входах АТ, А1, А2, A3 (висновки 10, 7, 2, 15) і входах ВО, В1, В2, ВЗ (висновки 11,9,1,14) DD1 коди не співпадають, то при натисканні SB1 на виході “А = В” (висновок 3) DD1 логічна 1 не з’являється (утримується логічний 0). Транзистор VT1 залишається закритим, опір його каналу стік-витік прямує до нескінченності і на його стокової навантаженні – Зумер А1 “Правильно” і його конденсаторі фільтра СЗ, який робить роботу А1 стабільною, нульове падіння напруги. Зумер “Правильно” не включається, вказуючи на помилку у відповіді.
У момент відпускання кнопки SB1 “Відповідь”, на виході RS-тригера (вивід 3) DD1.1, а також на виході (вивід 3) DD2 (якщо на СП на момент відпускання SB1 утримувався код правильної відповіді) утворюється негативний перепад (спад) напруги. А по спаду напруги на керуючому вході (вивід 9) DD1.3 запуску одновібрато-ра, зібраного на елементах DD1.3, DD1.4, R3, С2, не відбувається і зумер А1 не включається.
Далі можна переходити до наступного етапу – вибору нової цифри перемикачем SA1, усному чи письмового визначенню його двійкового еквівалента (коду) і установки цього коду на СП.
Резистори R8, R10, R12, R14 захищають входи польовий мікросхеми DD1 при торканні пальцями сенсорних контактів. Резистори R9, R11, R13, R15 спільно з резисторами R8, R10, R12, R14 встановлюють низький рівень напруги на входах ВО, В1, В2, ВЗ (висновки 11, 9, 1, 14 відповідно) DD1 у вихідному положенні (при відсутності торкання сенсорних контактів). Конденсатори С4 … С7 зменшують імовірність паразитних наведень при роботі ОСС в умовах сильних індустріальних перешкод. Конденсатор С1 зменшує проникнення ВЧ-наведень в ланцюг живлення ОСС. Входи компаратора “А> У”, “А <