EBOOK - Make More Electronics - Journey Deep Into the World of Logic Chips, Amplifiers, Sensors And More - Full Edition (Charles Platt) | Cộng đồng Kỹ thuật cơ điện Việt Nam EBOOKBKMT

Want to learn even more about electronics in a fun, hands-on way? If you finished the projects in Make: Electronics, or if you're already familiar with the material in that book, you're ready for Make: More Electronics. Right away, you'll start working on real projects, and you'll explore all the key components and essential principles through the book's collection of experiments. You'll build the circuits first, then learn the theory behind them!

This book picks up where Make: Electronics left off: you'll work with components like comparators, light sensors, higher-level logic chips, multiplexers, shift registers, encoders, decoders, and magnetic sensors. You'll also learn about topics like audio amplification, randomicity, as well as positive and negative feedback. With step-by-step instructions, and hundreds of color photographs and illustrations, this book will help you use -- and understand -- intermediate to advanced electronics concepts and techniques.

CONTENTS:

1. Experiment 1: Sticky Resistance. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

A Glue-Based Amplifier. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

What’s Happening. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

Symbology. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

Warning: Nonstandard Leads. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

Background: Conductors and Insulators. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

Make Even More. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

2. Experiment 2: Getting Some Numbers. . . . . . . . . . . . . . . . 7

Requirements. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

Transistor Behavior. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

Warning: Meter at Risk!. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

Abbreviations and Datasheets. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

What About the Voltage?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

Quick Facts About Voltage. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

Make Even More: Old-School Metering. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

Quick Facts About Transistors. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

Answers to Voltage Divider Examples. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

3. Experiment 3: From Light to Sound. . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

Photosensitive Audio Pitch. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

4. Experiment 4: Measuring Light. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

Using Phototransistors. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

v

Table of Contents

Quick Facts About Phototransistors. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

Background: Photons and Electrons. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

Quick Facts About the 555. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

Quick Facts About CMOS Versus Bipolar. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

5. Experiment 5: That Whooping Sound. . . . . . . . . . 27

Make Even More. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

6. Experiment 6: Easy On, Easy Off. . . . . . . . . . . . . . . 31

Making Comparisons. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

Quick Facts About Comparators. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

Feedback. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

Hysteresis. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

The Symbol. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

Quick Facts About Plus and Minus. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

The Output. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

More Quick Facts About Comparators. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

Inside the Chip. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

The Circuit Redrawn. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

Warning: Inverted Comparators. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

Comparisons with a Microcontroller. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

Make Even More: A Laser-Based Security System. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

7. Experiment 7: It’s Chronophotonic!. . . . . . . . . . . . 41

Warning: Avoid Dangerous Voltage. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

The Circuit Basics. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

Step Two. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

Circuit Testing. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

Relay Details. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

The Coupling Capacitor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

Cracking a Clock. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

Warning: No AC-Powered Clocks!. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

Looking Inside. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

Clock Voltage. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

How It Beeps. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

Using the Beeps. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

Hooking Up the Clock. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

How It Ought to Work. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

Testing. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

Connecting Relay to Lamp. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

Warning: AC Precautions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

Make Even More. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

What’s Next?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

8. Experiment 8: Adventures in Audio. . . . . . . . . . . . . 57

Amping Up. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

Introducing the Electret. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

Can You Hear Me?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

vi Make: More Electronics

Background: Microphone Miscellany. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

Ups and Downs of Sound. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

9. Experiment 9: From Millivolts to Volts. . . . . . . . . . 63

Putting a Cap on It. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

Introducing the Op-Amp. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

What’s the Difference?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

A Perfect Pair. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

Measuring the Output. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

10. Experiment 10: From Sound to Light. . . . . . . . . . . 69

An LED-Transistor Combination. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

11. Experiment 11: The Need for Negativity. . . . . . . . 71

Messing with Measurement. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

DC Amplification. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

The Ins and Outs of Amplification. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

Electronic Ritalin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

Gain. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

Background: Negative Origins. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76

Pushing the Limits. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

No Pain, No Gain!. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

Phase 1: Output Voltages. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

Phase 2: Input Voltages. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

Phase 3: Graphing It. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81

Phase 4: The Gain. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81

Is It Right?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

Splitting the Difference. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

The Basics. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83

Basic with No Split. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

Quick Facts About Op-Amps. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86

12. Experiment 12: A Functional Amplifier. . . . . . . . . 87

Introducing the 386 Chip. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87

The Amplification Circuit. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88

Troubleshooting the Amplifier. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

13. Experiment 13: No Loud Speaking!. . . . . . . . . . . . . 91

Background: The Widlar Story. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

Step by Step. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

Sensing. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92

Will It Really Work?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92

Background: Voltage Translation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94

Noise Protest, Continued. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96

Power Problems. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98

Fail?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99

Just One More Little Thing. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99

vii Table of Contents

14. Experiment 14: A Successful Protest. . . . . . . . . . 101

Timing Is Everything. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101

Revision Summary. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103

The Noise Test. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104

Make Even More. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105

Can You Do It with a Microcontroller?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105

What’s Next?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106

15. Experiment 15: It’s All So Logical!. . . . . . . . . . . . . 107

Experiment 15: Telepathy Test. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107

Background: ESP. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107

The Setup. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107

Quick Facts About Logic Chips. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110

ESP Logic. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111

Building It. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111

Making It Better. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113

16. Experiment 16: Enhanced ESP. . . . . . . . . . . . . . . . 115

Are You Ready?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115

Cheating Revealed. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116

Failure Indicated. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116

Conflicts. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117

The Untangling. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117

Translating the Chart. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118

Optimizing. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120

Building It. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122

Details. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124

The Digital Difference. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125

Making It Even Better. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125

Not So Simple?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125

Could We Use a Microcontroller?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126

17. Experiment 17: Let’s Rock!. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127

Background: Probability. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127

Background: Game Theory. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128

The Logic. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128

Who’s On?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129

Who’s Cheating?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130

Background: Gate Arrays. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131

18. Experiment 18: Time to Switch. . . . . . . . . . . . . . . . 133

Background: An XNOR Made from Light Switches. . . . . . . . . . . . . . . . . 133

Back to the Rock. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134

Showing Which Button. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135

Cheat Proofing. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137

Fit to Be Tied. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139

Wiring It. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140

viii Make: More Electronics

Cheat-Proofed Wiring. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143

Conclusion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143

19. Experiment 19: Decoding Telepathy. . . . . . . . . . . 145

Decoder Testing. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145

Remembering Binary. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149

Boarding It. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149

Decoder Pinouts. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152

20. Experiment 20: Decoding Rock, Paper, Scissors155

The Logic. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155

The Specification. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157

An Unobtainable Or. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157

Saved by NOR. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157

Boarding the Simplified Scheme. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158

Make Even More. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163

Undecoding. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163

21. Experiment 21: The Hot Slot. . . . . . . . . . . . . . . . . . 165

Muxing It. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165

Jumping and Roaming. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

Quick Facts About Muxes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167

Mux Pinouts. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167

Mux Applications. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168

Analog Versus Digital Mux. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169

Quick Facts About Mux Variants. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169

Game Design. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170

Slot Counting. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171

Circuit Design. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172

Slot Design. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175

Hot Slot Testing. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175

Who Wins?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175

The Payoff. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176

Understanding the Odds. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177

Background: Alternative Game Arrays. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178

And a Microcontroller?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178

22. Experiment 22: Logically Audible. . . . . . . . . . . . . 179

Background: Neither Here nor Theremin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179

Logical Audio. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179

Audible XOR. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179

All Mixed Up. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180

23. Experiment 23: A Puzzling Project. . . . . . . . . . . . 183

Background: The British King of Puzzles. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183

Moving Counters. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183

The Logical Grid. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184

Using Logic. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185

ix Table of Contents

Switching Ovid. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186

Making Even More. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187

Answer to the Puzzle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188

24. Experiment 24: Adding It Up. . . . . . . . . . . . . . . . . . 189

The Five Rules of Binary. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189

From Bits to States. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191

Background: The NAND Alternative. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193

Your Own Little Adder. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194

Breadboard Addition. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194

25. Experiment 25: Enhancing Your Adder. . . . . . . . 199

Return of the Decoder. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199

DIPping In. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200

Introducing an Encoder. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201

Other Encoder Features. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202

Background: The Power of Binary. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202

Background: Encode Your Own. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203

Make Even More: Other Input Options. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203

Can We Switch It?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204

Make Even More: Switched Binary Adder. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204

Making a Table. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205

Switch Specification. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205

Make Even More: Other Possibilities. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207

26. Experiment 26: Running Rings. . . . . . . . . . . . . . . . 209

Ring Demo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209

Warning: Timer Incompatibilities. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209

Annoying Pin Sequence. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209

Quick Facts About Headers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211

Quick Facts About Ring Counters. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212

Making a Game of It. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212

Additional Features. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213

Playability. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216

Make Even More. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216

And a Microcontroller?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217

27. Experiment 27: Shifting Bits. . . . . . . . . . . . . . . . . . 219

No Bouncing!. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219

Specifics. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219

A Bit-Shifting Demo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220

Quick Facts About Shift Registers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222

Pinouts. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223

Background: Bit Streams. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223

Modern Applications. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224

28. Experiment 28: The Ching Thing. . . . . . . . . . . . . . 225

Hexagrams. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225

x Make: More Electronics

The Display. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226

The Straight and Yarrow Path. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226

The Numbers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227

Random Sampling. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228

The Look and Feel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230

The Details. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231

Bars or LEDs. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231

Boarding the Ching Thing. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233

Assembly and Testing. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237

Ching Usage. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237

Packaging. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238

29. Experiment 29: Common Sensors. . . . . . . . . . . . . 239

The Little Magnetic Switch. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239

Reed Test. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240

How It Works. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241

Level Sensor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241

Fuel Gauge. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241

Quick Facts About Reed Switches. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242

Easy Substitution. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244

Installing a Reed Switch. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244

Background: Magnetic Polarity. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244

Magnetic Types and Sources. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244

Magnetic Shapes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245

Make Even More: Eddy Currents. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247

Warning: Magnetic Hazards. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248

30. Experiment 30: Hidden Detectors. . . . . . . . . . . . . 249

Hall Test. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249

Applications. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251

Quick Facts About Hall Sensors. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252

Hall Types. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252

Sensor Ideas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253

Make Even More: Miniature Roll-the-Ball Game. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254

Plastic Bending. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254

Rolling-Ball Electronics. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255

31. Experiment 31: Electronic Optics. . . . . . . . . . . . . . 257

Active Light Sensors. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257

Warning: Slow Sensor Death!. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259

The Numbers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259

Infrared Sensor Test. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259

Infrared LED Test. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261

Phototransistor Test. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261

Logic Test. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262

Options. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262

Quick Facts About Transmissive Optical Sensors. . . . . . . . . . . . . . . . . 263

Better Slots. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263

xi Table of Contents

Proof of Concept. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263

The Schematic. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265

The Breadboard. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266

The Slot Box. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267

32. Experiment 32: Enhancing Ovid. . . . . . . . . . . . . . . 271

The Logic Option. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271

Switching It Around. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272

Magnetic Issues. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273

Make Even More: Microcontrolling It. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274

33. Experiment 33: Reading Rotation. . . . . . . . . . . . . 277

Defining a Rotational Encoder. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277

Specification. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278

The Pulse Train. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278

Warning: Mediocre Encoders. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279

Inside the Encoder. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279

Encoder Usage. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279

It Can Be Random. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280

Rotational Decider. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281

Rotational Equivocator. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282

Seriously Random. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284

34. Experiment 34: Ambient Sensing. . . . . . . . . . . . . 285

One Timer Controlling Another. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285

Temperature Control. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286

Random Factors. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287

Automating the Randomizing Circuit. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287

Background: Lower Counting. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 288

Speed Adjustment. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289

Quick Facts About Thermistors. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 290

Making a Thermistor More Random. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 290

Humidity Sensor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 290

Humidity Control. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291

Accelerometer. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291

Touch Sensor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291

Empirical Issues. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292

How Random Is Random?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293

35. Experiment 35: The LFSR. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295

Getting to Know Your LFSR. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295

Quick Facts About a LFSR. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297

Bit-Shifting in Closeup. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297

The Problem with Zeroes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 298

The Need to Be Nonrepeating. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299

Warning: XNOR Idiosyncracies. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301

Running the Test. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302

Ones and Zeroes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303

xii Make: More Electronics

The Problem of Weighting. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304

Skipping 254. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304

Sharing the Clock Input. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305

Any Other Options?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 306

Seeding. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 306

Make Even More: Other Games and Other Numbers. . . . . . . . . . . . . . . 306

Make Even More: Microcontroller Randomicity. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 308

36. Experiment 36: The One-Person Paranormal

Paradigm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311

The Last Logic Diagrams. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311

Looking at Part 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312

Input Logic. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313

The Ready Signal. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313

Random Seeding. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314

Two More XORs. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314

Timing is Everything. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 315

Making Every Guess Count. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316

Schematic Part 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 317

Testing the Tester. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 319

How Unlikely Is ESP?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 319

Powers of the Triangle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 320

John Walker’s Probabilities. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321

37. Is That All?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323

Appendix A. Bibliography. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 325

Appendix B. Shopping for Parts. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327

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