EBOOK - Make More Electronics - Journey Deep Into the World of Logic Chips, Amplifiers, Sensors And More - Full Edition (Charles Platt)
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
Index
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EBOOK - Make More Electronics - Journey Deep Into the World of Logic Chips, Amplifiers, Sensors And More (Charles Platt) 2014.
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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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EBOOK - Make More Electronics - Journey Deep Into the World of Logic Chips, Amplifiers, Sensors And More (Charles Platt) 2014.
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