當個創世神 (Minecraft) 脈衝邊沿比較器思路原理與製作圖文教學

19 十二月

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作者:滾大幕

來源:redstone_m…吧

上升沿比較器

下降沿比較器

概述:
脈衝邊沿比較器是通過分別比較兩個脈衝信號的上升沿和下降沿來比較脈衝的長短。隨著理論的革新,技術的進步,諸如0t脈衝,0.5t脈衝,1.5t脈衝等非整數紅石刻的脈衝長度出現,對其的定義不能單單透過理論和發生器結構做出判斷,也需要客觀嚴謹的檢測設備進行比對。

原理:

首先用上升沿比較器比較兩個脈衝信號的開始時間,通過在電路中增加延時確保兩個待測脈衝是同時開始的,電路的延時不影響脈衝信號的長度。然後用下降沿比較器,對同時開始的脈衝信號進行下邊沿檢測,對比兩個脈衝的結束時間。率先結束的脈衝相對較短。

設計構思:

此部分主要作用是對比信號到達紅石燈的先後,先到達的一邊會啟動紅石燈並鎖死另一邊的紅石燈啟動電路,可以精確到0.5t的時間差。兩燈都不亮說明時序相同。

詳解:
上升沿比較器:

上升沿比較器相對簡單,在nenn的精密時序比較器基礎上追加了脈衝信號鎖定以及重置鎖定的電路使觀測更加便捷。

通過的脈衝信號會被中繼器鎖死,以持續啟動紅石燈。按鈕啟動活塞可解鎖重置電路。

下降沿比較器:

下降沿比較器需要體現脈衝信號從1變到0的一瞬間,由於要檢測小於1t的脈衝信號,紅石火把和中繼器都不能在電路中使用(紅石火把不響應1t以下的脈衝,中繼器會將1t以下長度的脈衝拉長至其延時長度),因此這讓檢測變極為困難。為了達到這一目標我們需要響應非常快的下降沿檢測電路。

1.按鈕為脈衝輸入端,下放粘性活塞附著的鐵塊為輸出端。當沒有信號輸入時,下放的活塞處於Bud態。

2.當脈衝信號輸入時,即0變到1,上方活塞瞬間推出(由於上游電路的脈衝發生器中含有中繼器,因此該活塞不會有0.5t的延遲),紅石塊也在脈衝輸入的瞬間變成36號方塊被推出,導致下放紅石粉失去能量。但是這時下方的活塞由於脈衝充能了其上方兩格的Bud位,因此仍處於Bud態不會因失能和方塊更新而收回。

3.當脈衝信號結束的瞬間,即1變到0,上方的鐵塊由於脈衝信號的消失失去能量,下方的活塞不再處於Bud態,並且由於上方的活塞失能回收而造成的方塊更新而瞬間回收。這時下方的鐵塊瞬間變為36號非實體,利用這個變化我們可以做以下處理。

這個電路會在鐵塊變為36號方塊的瞬間變為通路,並向精密時序比較器傳輸信號。


如gif所示我們得到了一個高速回應下降沿信號的元件,但是當脈衝信號小於2t的情況,會導致上方的活塞在推出紅石塊後來不及收回。不過這並不影響整個電路的檢測,紅石塊存在的目的只是為了提供下方活塞初始的Bud態和充能,以及被推出後的導致紅石粉失去能量,因此被推出無法收回並不會影響檢測,只需在檢測完之後手動啟動上方活塞即可復位。


電路通過簡化壓縮後同樣連結精密時序比較器,按鈕控制的鎖定和鎖定復位以及紅石塊復位。

實驗一:
1t脈衝對比2t脈衝

1t和2t的脈衝信號發生器。

將兩個發生器接入上升沿檢測器。

運行後兩個紅石燈都沒有亮起,說明信號同時開始,並不存在時序問題。

將發生器接入下降沿比較器。

運行後1t對應的紅石燈亮起,說明1t的脈衝率先結束,因此證明了1t的脈衝短於2t。

實驗二:
1.5t脈衝對比1t脈衝

1.5t脈衝發生器

接入上升沿比較器,運行顯示時序相等。

接入下降沿比較器,運行顯示1t對應燈亮,證明1t脈衝較短於1.5t脈衝。

實驗三:
0t脈衝對比0.5t脈衝

0t脈衝發生器

0.5t脈衝發生器

上升沿時序相同。

下降沿顯示0t脈衝比0.5t短。

結論:
通過這些實驗初步證明了精密脈衝邊沿比較器的可靠性,精確度能達到0.5t以內,能回應最短的0t脈衝,性能上應該無可挑剔了,但還需要時間和實驗去反復驗證。
後續:

通過引入精密脈衝邊沿比較器的大量實驗以及cb的佐證,發現了目前民間流傳的很多非整數脈衝發生器為假冒偽劣產品。尤其是youtube上流傳的1.5 tick pulse均為1 tick pulse, 對此我和nenn會另開一貼闢謠以及規正部分脈衝發生器。另外對於非整數脈衝的相關研究也在進行中,比如兩個相位差為0.5t的0.5t脈衝疊加起來的脈衝長度和1t脈衝比那個長?活塞推出的延時是否是正正好好1.5t?本人通過實驗已經得到了比較讓我驚訝的結果,但是我認為還需要更多的精力投入以確保結論的正確,不能妄下定論。下面發佈精密脈衝邊沿比較器的存檔,1.7和1.8均適用,希望大家多回饋使用效果和意見。

再提一句,實驗二中提到的1.5t是由活塞延時引入,並不能確定其延遲就是1.5t,應該是介於1t到2t之間的某個值。目前只能通過與1t脈衝和2t脈衝對比得出是否為"1.5t",實驗二中的1.5t脈衝發生器實測產生的脈衝長度與2t脈衝相比較短,進一步的研究會之後另開一貼說明~

此方案為nenn提出,將上下邊沿比較器合為一體,統一復位。待測脈衝發生器只需要一次接入即可。


綠色粘土塊為上升沿比較器,紅色粘土塊為下降沿比較器,黃色粘土塊是下降沿反相器,青金石是整個系統的重定電路,半磚為輸入端。

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