Реплика Minivac 601 (версия 0.9): 11 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:51

Созданный пионером теории информации Клодом Шенноном в качестве обучающей игрушки для обучения цифровым схемам, цифровой компьютерный комплект Minivac 601 был объявлен электромеханической цифровой компьютерной системой. Произведенный Корпорацией научных разработок в начале 60-х, он продавался за 85 долларов (сегодня это около 720 долларов).

Minivac 601 использовал электромеханические реле в качестве логических переключателей, а также для очень простых хранилищ. Простые переключатели DPDT и кнопки SPDT составляли двоичные входы с индикаторами для обозначения выходов. Большой моторизованный циферблат позволял пользователю вводить десятичные или шестнадцатеричные числа, а также выводить числа или действовать как генератор тактовых сигналов. Для получения дополнительной информации о Minivac 601 вот несколько дополнительных ссылок:

• Википедия
• Центр истории вычислений
• Компьютерный архив временной шкалы

Представленное здесь руководство предназначено для полноразмерной копии этого Minivac 601 1961 года. Я старался оставаться максимально верным оригиналу, учитывая доступные мне технологии и ресурсы. У меня нет "винтажного" устройства, поэтому эта копия была построена на основе фотографий и оригинальных руководств, которые были доступны в Интернете. Я включил эти руководства в формате PDF в рамках этого проекта. Я принес эти файлы в местный копировальный центр и распечатал их в виде буклетов со спиральным переплетом, которые вы видите выше. Я очень доволен результатами.

Так насколько же близка эта реплика?

Поскольку «рама» оригинального Minivac 601 была сделана из дерева, я считаю, что сделал довольно разумную копию. Я не уверен, из чего были сделаны верхние панели, но эта копия напечатана на 3D-принтере. Оригинал имел встроенный трансформатор и использовал сетевое питание. Я решил использовать обычную «настенную бородавку» 12 В по соображениям безопасности, заменив «предохранитель» на панели питания на разъем питания 2,1 мм.

Найти электронные компоненты было довольно просто, однако найти части, которые точно соответствовали бы внешнему виду оригинала, было сложнее. Мне повезло с ползунковыми переключателями, которые я нашел в моем местном магазине излишков, которые кажутся почти идентичными. Светильники, которые я нашел в том же магазине излишков, не выглядели должным образом, но я смог напечатать для них «колпачки», которые больше соответствовали фотографиям. Я закончил поиск реле, которые выглядят не так уж плохо, и их можно было бы сделать еще лучше, сняв прозрачные пылезащитные крышки (я решил не делать этого). Кнопки значительно больше, чем у оригинала, но они легко доступны и прочные переключатели в «аркадном» стиле, поэтому я выбрал их. Я разработал поворотный переключатель специально для этого проекта, поэтому он получил довольно высокие оценки за аутентичный внешний вид. См. Подробности в моей инструкции по поворотному переключателю, напечатанному в основном на 3D-принтере.

Самый большой пробел и причина, по которой я называю эту версию 0.9, заключается в том, что функция моторизованного поворотного переключателя еще не реализована. У меня была версия, которая вроде работала, но была недостаточно надежной. Итак, я возвращаюсь к чертежной доске, как говорится, чтобы это исправить. Между тем поворотный переключатель отлично работает в ручном режиме. Тем временем я реализовал сигнальный механизм, чтобы указать, когда двигатель «включен» и в каком направлении следует повернуть ротор. Для этой версии я прошу оператора быть двигателем. Таким образом могут быть выполнены все «эксперименты», перечисленные в трех руководствах. После завершения моторизованная версия будет заменять только панель цифрового ввода-вывода.

Шаг 1. Распечатайте детали

Разрешение печати: 0,2 мм

Заполнение: 20%

Периметры: 5 (Все отверстия в верхних панелях должны быть очень «прочными», чтобы поддерживать пайку деталей.)

Нить: AMZ3D PLA в черном, белом и красном цветах

Примечания: Все детали были напечатаны из PLA без поддержки. Чтобы создать Minivac 601, вам нужно будет распечатать следующие детали:

• 1 Основная панель - в зависимости от размера вашей печатной платформы вы можете распечатать основную панель как 1, 2 или 4 части. Большинство, вероятно, будет печатать 4 части: нижний левый и правый и верхний левый и правый. Печать черным цветом. Я установил паузу на отметке 2,20 мм, чтобы сменить нить на белую, чтобы напечатать текст панели.
• 1 полоса двоичного вывода - распечатайте как 1 или 2 штуки. Печатайте синим цветом, сделайте паузу на 1,20 мм и переключитесь на белый цвет для текста.
• 1 дополнительная полоса для хранения - распечатайте как 1 или 2 штуки. Печатайте синим цветом, сделайте паузу на 1,20 мм и переключитесь на белый цвет для текста.
• 1 полоса двоичного ввода - печать как 1 или 2 штуки. Печать синим цветом.
• 1 Панель ввода-вывода десятичных чисел - печать в черном цвете, пауза на 2,20 мм и переключение на белый для текста.
• 1 Панель питания - печать в черном цвете, пауза на 2,20 мм и переключение на белый цвет для текста.
• 1 Полоса панели питания - печать синего цвета, пауза на 1,20 мм и переключение на белый цвет для текста.
• 13 Light Cover (необязательно) - я напечатал их красным цветом, чтобы заглушить источники света, чтобы они больше походили на оригинал.
• 6 Релейная база (опционально). Я предполагаю, что реле, поставляемые другими источниками, будут сильно различаться по своей монтажной конфигурации, поэтому я просто сделал прямоугольные отверстия на главной панели для реле и распечатал эти вставки для реле, которые я использовал. Они должны просто подключиться к главной панели.
• 1 Индикаторы направления двигателя - напечатайте красным, сделайте паузу на 0,60 мм и переключитесь на черный текст.

Послепечатная обработка: установите синие полосы в соответствующие гнезда на различных панелях, как показано на рисунках выше. Я использовал небольшое количество Ultra Gel Super Glue, чтобы удержать их на месте. Для полосок, на которых они есть, убедитесь, что отверстия для заклепок выровнены.

Шаг 2: соберите коробку

Я вырезал каркас консоли лазером из цельного куска фанеры размером 2 x 4 фута 1/8 дюйма. В приложении вы найдете использованный вырезанный файл. На рисунках выше показано приблизительное положение каждой детали в раме. Красные - самые высокие внешние фигуры, синие - немного короче внутри вертикальных опор, а желтые - внутри горизонтальных опор. Кусочки в основном приклеивались квадратными дюбелями 1/2 дюйма и добавлялись несколько гвоздей для прочности.

Я использовал напечатанные панели из предыдущего шага, чтобы определить точное размещение опорных элементов рамы. Когда все будет готово, панели Main, Power и Decimal Input-Output должны поместиться в раму и хорошо поддерживаться синими и желтыми опорами. Возможно, вам придется немного отшлифовать края некоторых панелей, чтобы они подошли, как я.

Когда закончили, я покрасил консоль в голубой цвет, близкий к цвету оригинала.

Шаг 3: самая захватывающая часть сборки

Извини, что не удержался! Чтобы собрать Minivac 601, вам нужно добавить много маленьких заклепок (388 по моим подсчетам) на передние панели вместе с соответствующими выступами для припоя на задней панели. Заклепки или проушины обеспечивают место для вставки и соединения перемычек, используемых для создания цепей, а наконечники для пайки позволяют прикреплять заклепки к переключателям, лампам и т. Д. Вот детали, которые я использовал (с добавлением нескольких запчастей):

• Плоский соединитель клеммной колодки с гладкой кромкой 400 - Каталожный номер Digi-Key 36-4004-ND
• 400 0,089 дюйма (2,26 мм) Люверсы из латуни, с оловянным покрытием - номер детали для цифрового ключа 36-35-ND

Они были недешевыми, но я уверен, что вы можете найти их за границей по более выгодной цене, если вы готовы дождаться доставки (я был слишком нетерпелив). Кроме того, вам понадобится инструмент для установки заклепок. Я купил на Amazon следующее (см. Изображения выше):

CRAFTMEmore Инструмент для прокладки отверстий Пробойник для отверстий Наковальня и перфоратор для установки крошечных прокладок 0,08 дюйма (2 мм) и 0,12 дюйма (3 мм)

Я сделал приспособление, чтобы удерживать панель, на которой я работал, ровно, пока устанавливаю петлю (см. Выше). Я включил вырезанный файл для приспособления, который был сделан из фанеры толщиной 1/8 дюйма и немного обрезков для подступенков. Вырежьте два квадрата одинакового размера, один с отверстием, а другой без, и склейте их вместе. Добавьте подступенки так, чтобы они были на одном уровне с верхней частью наковальни, когда она будет вставлена в отверстие.

Чтобы установить заклепку, протолкните ее через отверстие от передней части панели к задней. Поместите небольшое отверстие в выступе для припоя над выступающей заклепкой. Установите головку заклепки в центр наковальни (задняя часть панели должна быть обращена вверх). Вставьте вал устройства для установки заклепок (называемого молотком) в отверстие для заклепки и, когда все будет выровнено, несколько раз резко постучите по молотку для заклепок с помощью небольшого молотка. Теперь наконечник для пайки должен быть надежно прикреплен к панели, а отверстие для заклепки не должно быть закрыто. Повторите еще 387 раз. Поверьте, у вас это очень хорошо получится!

На изображении выше изображена задняя часть панели десятичного ввода-вывода со всеми установленными на ней заклепками и выступами. См. Некоторые из следующих изображений в этом руководстве, чтобы определить оптимальную ориентацию выступов для пайки других панелей.

Шаг 4: приобретите детали

Основные компоненты, используемые в этой сборке Minivac 601, следующие:

• 13 12 В панельных светильников - я нашел их в местном магазине по цене пары долларов за штуку. У них установочный диаметр около 15 мм.
• 7 ползунковых переключателей DPDT для монтажа на панели - снова можно найти дешево в излишках магазина. Монтажные отверстия должны находиться на расстоянии 28 мм от центра к центру и монтируются под панелями. Бонусом было найти те, у которых есть красные ползунки, соответствующие оригиналу. Я использовал болты M3 x 8 мм с гайками, чтобы закрепить их на месте.
• 6 кнопочных переключателей SPDT для монтажа на панели - номер детали Digi-Key 1568-1476-ND (красный).
• 6 реле DPDT 12 В - реле постоянного тока общего назначения NTE Electronics R14-11D10-12 серии R14 от Amazon
• 1 Разъем питания для монтажа на панели - он должен соответствовать вилке любого трансформатора 12 В 2 А для защиты от бородавок, который вы выберете для этого проекта.
• 1 Поворотный переключатель - используйте управляемый поворотный переключатель, в основном напечатанный на 3D-принтере, для создания поворотного переключателя, но для этого используйте файлы STL, предоставленные здесь. Эти файлы обеспечивают истинный вал диаметром 4 мм (вместо 1/8 дюйма), и я добавил установочные винты для частей ротора и ручки.
• 1 Запорный выключатель - используйте управляемый соленоидный запорный выключатель, чтобы создать запорный выключатель.

Шаг 5: заполните панель питания

Требуются дополнительные детали:

• 1 регулятор напряжения 12 В - используйте деталь T7812 с номиналом 2 А или выше.
• Конденсатор 1,33 мкФ
• Конденсатор 1,1 мкФ (опция)

Начните с установки света, ползункового переключателя и разъема питания на панель, как на первом рисунке выше. Для питания Minivac 601 я использовал стабилизатор напряжения 12 В, который я просто «жестко прикрепил» к нижней стороне компонентов панели. См. Схему и изображения выше для получения подробной информации. Когда вы закончите подключение источника питания, вы сможете подключить трансформатор, и на панели должен загореться свет. С помощью мультиметра вы получаете показания 12 В от точек + и - на синем удлинителе.

Примечания к панели питания:

• Я построил силовую панель до того, как начал использовать наконечники для пайки, поэтому конструкция немного отличалась. В этом случае я «обернул» заклепки неизолированной медной проволокой 22 AWG, а затем установил их на место с помощью наковальни и молотка. Для Matrix это работает довольно хорошо, но процесс упаковки был довольно утомительным. Если бы мне пришлось сделать это снова, я бы использовал наконечники для пайки.
• Источник питания подключается к точкам + и - удлинителя на панели. Кроме того, имеется небольшой соединитель Molex для присоединения точек удлинителя к главной панели. Это позволяет легко снимать все панели для обслуживания.
• На данный момент есть лишняя пара проводов питания, обмотанная лентой, которую я могу использовать для двигателя поворотного переключателя для версии 1.0.

Шаг 6: заполните главную панель

Подготовьте наконечники для пайки, повернув каждую пару выступов на главной панели друг к другу (используя заклепку в качестве оси), пока большие отверстия не совместятся друг с другом. Осторожно загните концы выровненных выступов на несколько градусов вверх (для этого подойдут маленькие плоскогубцы). Используйте фотографии выше, чтобы определить оптимальную ориентацию каждого выступа.

Установите индикаторы, реле, ползунок и кнопочные переключатели на главную панель, как показано на первом рисунке выше. Ползунковые переключатели крепятся болтами и гайками M3 x 8 мм. Руководствуясь приведенными выше фотографиями, аккуратно припаяйте смонтированные детали к проушинам, используя короткие отрезки соединительного провода 22 AWG (я использовал сплошной сердечник). Заклепки для каждой части довольно хорошо помечены в отношении того, что они должны делать на тот случай, если вам сложно определить соединения по фотографиям.

Соедините все наконечники + удлинителя вместе, а все наконечники - удлинителя вместе, оставив достаточно дополнительных проводов, чтобы прикрепить их к панели питания. Я использовал небольшие соединители Molex, чтобы облегчить разборку для обслуживания в случае необходимости.

ВНИМАНИЕ: При пайке ушек пластик вокруг соответствующей заклепки станет довольно мягким. Старайтесь не давить на наконечник в любом направлении во время пайки провода к наконечнику и в течение примерно 10 секунд после этого. Постарайтесь свести к минимуму время нагрева при пайке проводов в наконечники. Убедитесь, что припой соединяет провод и оба наконечника.

Шаг 7: заполните панель десятичного ввода-вывода

ПРИМЕЧАНИЕ. Новая моторизованная версия поворотного переключателя опубликована в виде руководства. Пожалуйста, используйте:

Minivac 601 (Версия 1.0) Моторизованный поворотный переключатель

вместо этого шага (если вас не устраивает более простая ручная версия, представленная здесь).

Требуются дополнительные детали:

• 2 светодиода диаметром 5 мм - они были из моего мусорного ящика, поэтому я не уверен, какое было номинальное напряжение.
• 1 резистор (опционально) - я использовал резистор на 3,1 кОм, и, похоже, он отлично работает с источником питания 12 В.
• 1 вал 4 мм - я использовал рояльную струну. Он должен быть длиной не менее 45 мм.

Перед запуском этой панели сделайте поворотный переключатель в основном 3D-принтер и выключатель на основе соленоида инструкциями. Также подготовьте наконечники для пайки, как в предыдущем шаге.

Приклейте корпус поворотного переключателя к задней части панели ввода-вывода десятичных чисел, стараясь совместить отверстие в нижней части корпуса с центральным отверстием панели. Также убедитесь, что герконы точно совпадают между 16 парами паяных наконечников по окружности переключателя.

Приклейте выключатель к задней части, как и на втором рисунке выше.

Просверлите два дополнительных 5-миллиметровых отверстия в панели десятичного ввода-вывода чуть ниже текста ARM. Они должны находиться на расстоянии 14 мм от центра к центру и совпадать с круговыми стрелками на пластине указателя направления двигателя. «Мертвый жук» соедините светодиоды вместе на основе схемы выше, убедившись, что центры светодиодов находятся на расстоянии 14 мм друг от друга, и приклейте их к задней части панели в отверстия, которые вы только что просверлили. Их следует вставлять в отверстия только частично. Приклейте пластину указателей направления двигателя к передней части панели, как показано на рисунке выше, закрыв отверстия.

Провод в поворотном переключателе. Сначала снимите достаточную изоляцию с одножильного провода 22 AWG, чтобы голая медь полностью обернулась вокруг корпуса поворотного переключателя и оставалось не менее 3 дюймов изолированного провода. Осторожно припаяйте оголенный провод к нижним выводам всех 16 герконов, соединяя их вместе. Вы должны начинать и заканчивать в положении, показанном желтым проводом на рисунке 3 выше, чтобы провод можно было прикрепить к паяльному наконечнику ARM на панели. Короткими отрезками провода 22 AWG подключите верхний вывод каждого язычкового переключателя к соответствующему наконечнику для пайки (зеленые провода выше). Эти соединения требуют деликатного прикосновения, чтобы не расплавить пластик.

Подключите выключатель и светодиоды для индикаторов направления движения, как показано на фотографиях.

Вставьте гайки M3 в прорези в нижней части ручки поворотного переключателя и в верхней части ротора поворотного переключателя. Вверните четыре болта M3 x 8 мм по бокам в эти гайки до тех пор, пока они не достигнут отверстия вала, которое будет действовать как установочные винты. Возьмите вал 4 мм и прикрепите ручку поворотного переключателя к одному концу с помощью установочных винтов. Продвиньте вал с ручкой, прикрепленной к верхней части панели десятичного ввода-вывода, через центральное отверстие, пока ручка не окажется примерно на 2 мм над панелью. С задней стороны панели задвиньте ротор вниз по валу в корпус поворотного переключателя до упора, но не слишком сильно. Выровняйте ручку так, чтобы она указывала в том же направлении, что и нижний магнит ротора, затем затяните установочные винты ротора. Поворотный переключатель должен свободно вращаться со «стопами» на каждом из 16 чисел.

Шаг 8: Окончательная сборка

Прикрепите заполненные панели к каркасу консоли. Я использовал полоски на липучке, чтобы удерживать их на месте, чтобы при необходимости можно было вытащить их для обслуживания. Проложите провода от панели питания к другим точкам на синем удлинителе. Я просверлил несколько отверстий в вертикальных опорах, чтобы пропустить провода. На фото выше показан кабель, который я использовал для этого с разъемами Molex. Включите Minivac 601 и с помощью мультиметра проверьте, что все точки + и - на синем удлинителе имеют значение 12 В.

Шаг 9: сделайте коммутационные кабели

Вы «программируете» Minivac 601, вставляя провода в заклепки для различных компонентов, создавая цепи. Для создания этих соединителей проводов вам понадобятся следующие детали:

• 100 стыковых соединителей калибра 22-16 - Hilitchi 100шт 22-16 калибра стыковые изолированные клеммы для сращивания электрических проводов обжимные соединители от Amazon
• 100 конических штифтов - номер детали Spaenaur 239-497
• 75 футов (или около того) монтажного провода 20 AWG

Также потребуется инструмент для обжима разъемов. Я купил следующее:

Обжимные клещи для проводов с храповым механизмом Titan 11477 от Amazon

Я создал соединительные кабели трех длин: 8, 16 и 24 дюйма. Я использовал 3 разных цвета: желтый, красный и синий, чтобы упростить идентификацию, а также потому, что оригинал делал то же самое. Я сделал по 20 проводов из 8 (желтых) и 16 (красных) дюймов и по 10 из 24 (синих) проводов. Вам может понадобиться больше для некоторых более сложных экспериментов.

Используйте концевые соединители и прикрепите конический штифт к концам каждого провода с помощью обжимного инструмента. Конец конического штифта большего диаметра вставляется в соединитель. См. Картинку выше. Я обнаружил, что у меня получается более прочное соединение с заклепками, если я вставляю конический штифт только примерно на половину пути в стыковой соединитель перед обжимом (обнажая часть конуса немного большего диаметра). Похоже, это не повлияло на качество обжима.

Шаг 10: тестирование

Теперь у вас должно быть все, что вам нужно для тест-драйва Minivac 601. Я бы посоветовал вам начать с включения вашего устройства и проработать «эксперименты», описанные в трех превосходных руководствах. Несмотря на большое количество соединений, которые составляют Minivac 601, это все еще довольно простое устройство. Если не считать случайных плохих паяных соединений, многое может пойти не так.

На изображении выше, вариант эксперимента 9, реле 2 минивэка «запрограммировано» на работу в качестве защелки. Нажатие на 2-ю кнопку включит реле и включит свет 2. Свет будет гореть даже после того, как кнопка будет отпущена. Нажатие 3-й кнопки разблокирует реле, и свет погаснет.

Шаг 11: Заключительные мысли

Все проекты, над которыми я работал в последнее время, следуют одному шаблону:

• Это копии классных компьютерных игрушек и устройств 60-х годов.
• Имеют огромное образовательное значение.
• Уникальный и заслуживающий внимания дизайн.
• Из-за своего возраста они стали редкостью и, следовательно, дорогими и труднодоступными.
• И, пожалуй, самое главное, они и их дизайнеры достойны того, чтобы их помнили и почитали.

Minivac 601 проверяет все эти флажки, а затем еще несколько. Между Minivac 601 и последующим продуктом Minivac 6010, который был продан корпорациям, множество людей узнали о цифровых схемах и компьютерных концепциях.

Поистине очень крутое устройство, которое стоит запомнить.