Minivac 601 Replica (versão 0.9): 11 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:37

Criado pelo pioneiro da teoria da informação Claude Shannon como um brinquedo educacional para o ensino de circuitos digitais, o Minivac 601 Digital Computer Kit foi anunciado como um sistema de computador digital eletromecânico. Produzido pela Scientific Development Corporation no início dos anos 60, foi vendido por US $ 85,00 (cerca de US $ 720 hoje).

O Minivac 601 usava relés eletromecânicos como interruptores lógicos e também para armazenamento básico. Interruptores DPDT simples e botões SPDT constituíam as entradas binárias, com luzes para representar as saídas. Um grande mostrador motorizado permitia ao usuário inserir números decimais ou hexadecimais e números de saída, ou atuar como um gerador de sinal de relógio. Para obter mais informações sobre o Minivac 601, aqui estão algumas referências adicionais:

• Wikipedia
• Centro de História da Computação
• Arquivo de computador da linha do tempo

O Instructable apresentado aqui é para uma réplica em tamanho real daquele Minivac 601 de 1961. Tentei permanecer o mais fiel possível ao original, dadas as tecnologias e recursos disponíveis para mim. Eu não tenho uma unidade "vintage", então esta réplica foi construída com base em fotos e nos manuais originais que estavam disponíveis online. Incluí esses manuais em formato PDF como parte deste projeto. Levei esses arquivos para um centro de cópia local e os imprimi como livretos encadernados em espiral que você pode ver acima. Estou muito feliz com os resultados.

Então, quão perto está esta réplica?

Como a "moldura" do Minivac 601 original foi feita de madeira, sinto que fiz uma reprodução bastante razoável. Não tenho certeza do que os painéis superiores foram construídos, mas esta réplica é impressa em 3D. O original tinha um transformador embutido e usava a energia da rede elétrica. Optei por usar uma "verruga de parede" comum de 12 V por razões de segurança, substituindo o "fusível" no painel de alimentação por um conector de alimentação de 2,1 mm.

Encontrar as peças eletrônicas foi bastante simples, no entanto, encontrar peças que combinassem exatamente com a aparência do original foi mais difícil. Tive sorte nos controles deslizantes, encontrando alguns na minha loja local de excedentes que pareciam muito idênticos. As luzes que encontrei na mesma loja de excedentes não tinham o visual certo, mas consegui imprimir "bonés" em 3D para elas que estavam mais de acordo com as fotos. Acabei adquirindo relés que não parecem muito ruins e que poderiam ser ainda melhores removendo as tampas transparentes contra poeira (optei por não). Os botões são consideravelmente maiores do que os originais, mas eles estão prontamente disponíveis e são interruptores robustos no estilo "arcade", então optei por eles. Projetei a chave rotativa especificamente para este projeto, de modo que obtém notas bem altas para uma aparência autêntica. Consulte meu Rotary Switch com impressão em 3D Instructable para obter detalhes.

A maior lacuna, e a razão pela qual estou chamando esta versão de 0.9, é que a funcionalidade da chave rotativa motorizada ainda não foi implementada. Eu tinha uma versão que funcionava, mas não era confiável o suficiente. Portanto, estou voltando à prancheta de desenho como dizem para consertar isso. Enquanto isso, a chave rotativa funciona muito bem no modo manual. Nesse ínterim, implementei um mecanismo de sinalização para indicar quando o motor está "engatado" e em que direção o rotor deve ser girado. Para esta versão, estou pedindo ao operador para ser o motor. Desta forma, todos os "experimentos" listados nos três manuais podem ser realizados. Quando concluída, a versão motorizada será uma substituição "drop-in" apenas para o painel de entrada-saída digital.

Etapa 1: imprimir as peças

Resolução de impressão: 0,2 mm

Infill: 20%

Perímetros: 5 (Todos os orifícios nos painéis superiores devem ser muito "robustos" para suportar a soldagem das peças.)

Filamento: AMZ3D PLA em preto, branco e vermelho

Notas: Todas as peças foram impressas em PLA sem suportes. Para criar um Minivac 601, você precisará imprimir as seguintes partes:

• 1 Painel principal - Dependendo do tamanho da sua base de impressão, você pode imprimir o painel principal como 1, 2 ou 4 peças. A maioria provavelmente imprimirá 4 peças: Inferior esquerdo e direito e Superior esquerdo e direito. Imprima em preto. Defini uma pausa na marca de 2,20 mm para mudar o filamento para branco a fim de imprimir o texto do painel.
• 1 Faixa de saída binária - Imprima como 1 ou 2 peças. Imprima em azul, pause em 1,20 mm e mude para branco para o texto.
• 1 Tira de Armazenamento Secundário - Imprima como 1 ou 2 peças. Imprima em azul, pause em 1,20 mm e mude para branco para o texto.
• 1 Faixa de entrada binária - Imprima como 1 ou 2 peças. Imprimir em azul.
• 1 Painel de entrada-saída decimal - imprima em preto, pause em 2,20 mm e mude para branco para texto.
• 1 Painel de energia - imprima em preto, pause em 2,20 mm e mude para branco para texto.
• 1 Faixa do painel de energia - imprima em azul, pause em 1,20 mm e mude para branco para o texto.
• 13 Light Cover (opcional) - imprimi em vermelho para limitar as luzes que obtive e torná-las mais parecidas com o original.
• 6 Base de Relé (opcional) - Estou assumindo que os relés que outros fornecem serão bastante variados em suas configurações de montagem, então eu apenas coloquei orifícios retangulares no Painel Principal para relés e imprimi essas inserções para os relés que usei. Eles devem apenas se encaixar no painel principal.
• 1 Indicadores de direção do motor - Imprima em vermelho e pause em 0,60 mm e mude para texto em preto.

Pós-impressão: Instale as faixas azuis nos slots apropriados nos vários painéis com base nas imagens acima. Usei uma pequena quantidade de Ultra Gel Super Glue para mantê-los no lugar. Para as tiras que os possuem, certifique-se de que os orifícios dos rebites estejam alinhados.

Etapa 2: construir a caixa

Cortei a laser a estrutura do console de um único pedaço de madeira compensada de 2 x 4 pés de 1/8 de polegada. Em anexo, você encontrará o arquivo cortado usado. Veja os desenhos acima para a posição aproximada de cada peça dentro da moldura. Os vermelhos são as peças externas mais altas, os azuis um pouco mais curtos dentro dos suportes verticais e os amarelos dentro dos suportes horizontais. As peças eram quase sempre coladas no lugar com alguns tarugos quadrados de 1/2 polegada e alguns pregos de pregos adicionados para aumentar a resistência.

Usei os painéis impressos da etapa anterior para determinar a colocação exata das peças de suporte da moldura. Quando concluído, os painéis principal, de alimentação e de entrada-saída decimal devem se encaixar na estrutura e ser bem suportados pelos suportes azul e amarelo. Você pode ter que lixar um pouco as bordas de alguns dos painéis para fazê-los caber, eu fiz.

Quando terminei pintei o console em uma cor azul clara próxima ao original.

Etapa 3: a parte mais marcante da construção

Desculpe, não pude resistir! Para construir um Minivac 601, você precisa adicionar muitos pequenos rebites (388 pelo que eu conto) aos painéis frontais junto com seus respectivos terminais de solda na parte traseira. Os rebites ou ilhós fornecem um local para inserir e conectar os fios de jumper usados para criar circuitos, e os terminais de solda permitem que você prenda os rebites aos interruptores, luzes e outros. Aqui estão as peças que usei (com algumas peças de reposição adicionadas à contagem):

• 400 Smooth Edge Lug Terminal Flat Connector - Número da peça 36-4004-ND da Digi-Key
• 400 0,089 "(2,26 mm) Ilhós em latão, estanhado - Número da peça 36-35-ND da Digi-Key

Eles não eram baratos, mas tenho certeza de que você pode obtê-los por um preço melhor no exterior se estiver disposto a esperar o envio (eu estava muito impaciente). Além disso, você precisará de uma ferramenta para fixar os rebites. Eu comprei o seguinte na Amazon (veja as fotos acima):

CRAFTMEmore Grommet Tool Eyelet Punch Setter Bigorna e cortador de furos para aplicação de ilhós minúsculos de 0,08 "(2 mm) e 0,12" (3 mm)

Fiz um gabarito para manter o painel que estava trabalhando nivelado enquanto colocava o ilhó (veja acima). Incluí o arquivo de corte para o gabarito que foi feito com compensado de 1/8 de polegada e alguns pedaços de madeira para os degraus. Corte dois quadrados do mesmo tamanho, um com o orifício incluído e outro sem, e cole-os. Adicione os risers para ficarem nivelados com a parte superior da bigorna quando ela estiver assentada no orifício.

Para colocar um rebite, empurre-o através de um orifício da frente do painel para trás. Coloque o pequeno orifício de um terminal de solda sobre o rebite saliente. Coloque a cabeça do rebite no centro da bigorna (a parte de trás do painel deve estar voltada para cima). Insira a haste do fixador de rebites (chamado de martelo) no orifício do rebite e quando tudo estiver alinhado, bata o martelo de rebite vigorosamente algumas vezes com um pequeno martelo. O terminal de solda agora deve estar firmemente preso ao painel e o orifício do rebite deve estar desobstruído. Repita mais 387 vezes. Acredite em mim, você vai ficar muito bom nisso!

A foto acima é a parte de trás do painel Decimal Input-Output com todos os seus rebites e terminais instalados. Veja algumas das fotos a seguir neste Instructable para determinar a orientação ideal dos terminais de solda para os outros painéis.

Etapa 4: adquira as peças

Os principais componentes usados nesta versão do Minivac 601 são os seguintes:

• 13 Luzes de montagem em painel de 12V - eu as encontrei em uma loja local por alguns dólares cada. Eles têm um diâmetro de montagem de cerca de 15 mm.
• 7 Chaves deslizantes de montagem em painel DPDT - Novamente encontradas na loja de excedentes baratas. Os orifícios de montagem devem estar separados de 28 mm de centro a centro e são montados sob os painéis. Encontrar alguns com controles deslizantes vermelhos para combinar com o original foi um bônus. Usei parafusos M3 x 8 mm com porcas para prendê-los no lugar.
• 6 Chaves de botão de montagem em painel SPDT - Número da peça 1568-1476-ND da Digi-Key (vermelho).
• 6 Relés DPDT de 12 V - NTE Electronics R14-11D10-12 Série R14 Relé CC para fins gerais da Amazon
• 1 Tomada de alimentação para montagem em painel - deve corresponder ao plugue de qualquer transformador de "verruga de parede" 12V 2A que você escolher para este projeto.
• 1 Chave rotativa - Use o comutador rotativo impresso principalmente em 3D para criar a chave rotativa, mas use os arquivos STL fornecidos aqui para fazer isso. Esses arquivos fornecem um eixo real de 4 mm (em vez de 1/8 de polegada) e adicionei parafusos de fixação para as peças do rotor e do botão.
• 1 Chave de desligamento - Use a chave de desligamento baseada em solenóide instrutível para criar a chave de desligamento.

Etapa 5: preencher o painel de energia

Peças adicionais necessárias:

• 1 Regulador de tensão de 12 V - Use uma peça T7812 classificada em 2 A ou melhor.
• Capacitor de 1,33 uF
• 1.1 uF Capacitor (opcional)

Comece montando a luz, o botão deslizante e o conector de força no painel como na primeira imagem acima. Para alimentar o Minivac 601, usei um regulador de tensão de 12 V que simplesmente "grampeei" na parte de baixo dos componentes do painel. Consulte o esquema e as fotos acima para obter detalhes. Quando terminar de instalar a fiação da fonte de alimentação, você poderá conectar o transformador e a luz do painel deverá acender. Com um teste multímetro, você obtém uma leitura de 12 V dos pontos + e - do filtro de linha azul.

Notas sobre o painel de energia:

• Eu construí o painel de energia antes de começar a usar terminais de solda, então a construção era um pouco diferente. Neste caso, "enrolei" os rebites com fio de cobre 22 AWG nu e, em seguida, coloquei-os no lugar com a bigorna e o martelo. Para o Matrix, isso funciona muito bem, mas o processo de empacotamento foi muito tedioso. Se eu tivesse que fazer de novo, usaria os terminais de solda.
• A fonte de alimentação é conectada aos pontos + e - da régua de energia no painel. Além disso, há um pequeno conector molex para conectar os pontos da régua de energia do painel principal. Isso permite que todos os painéis sejam facilmente removidos para manutenção.
• Há um par extra de fios de alimentação isolados por enquanto que posso usar para o motor do Rotary Switch para a versão 1.0.

Etapa 6: preencher o painel principal

Prepare os terminais de solda girando cada par de terminais no Painel Principal um em direção ao outro (usando o rebite como um pivô) até que os orifícios grandes se alinhem uns com os outros. Dobre com cuidado as pontas das alças alinhadas alguns graus para cima (pequenos alicates de ponta fina funcionam bem para isso). Use as fotos acima para determinar a orientação ideal para cada garra.

Monte as luzes, relés, controle deslizante e interruptores de botão no painel principal como na primeira imagem acima. Os interruptores deslizantes são fixados com parafusos e porcas M3 x 8 mm. Usando as fotos acima como guia, solde com cuidado as peças montadas nas alças usando fios de conexão 22 AWG de comprimento curto (usei núcleo sólido). Os rebites para cada parte são muito bem identificados quanto ao que devem fazer, caso você esteja tendo dificuldade em descobrir as conexões a partir das fotos.

Conecte todos os terminais do filtro de linha + juntos e todos os terminais do filtro de linha - juntos, deixando fio extra suficiente para conectá-los ao painel de energia. Usei conectores molex pequenos para facilitar a desmontagem para manutenção, se necessário.

AVISO: Ao soldar as alças, o plástico ao redor do rebite correspondente ficará bastante macio. Tente não colocar pressão no terminal em qualquer direção durante o ato de soldar um fio ao terminal e por 10 segundos ou mais depois. Tente minimizar o tempo que o calor é aplicado ao soldar os fios aos terminais. Certifique-se de que a solda se junte ao fio e aos dois terminais da solda.

Etapa 7: preencher o painel decimal de entrada-saída

NOTA: Uma nova versão motorizada do Rotary Switch foi publicada como Instrutível. Por favor, use:

Chave rotativa motorizada Minivac 601 (versão 1.0)

em vez desta etapa (a menos que você esteja satisfeito com a versão do manual mais simples apresentada aqui).

Peças adicionais necessárias:

• 2 LEDs de 5 mm - Eles saíram da minha caixa de lixo, então não tenho certeza de qual era a voltagem.
• 1 Resistor (opcional) - Usei um resistor de 3,1K Ohm e parece funcionar bem com a fonte de 12V.
• 1 Eixo de 4 mm - usei fio de piano. Deve ter pelo menos 45 mm de comprimento.

Antes de iniciar este painel, torne o interruptor rotativo da impressora principalmente 3D e o interruptor de desligamento baseado em solenóide instrutíveis. Prepare também os terminais de solda como na etapa anterior.

Cole o corpo da chave rotativa na parte de trás do painel de entrada-saída decimal, tendo o cuidado de alinhar o orifício na parte inferior do corpo com o orifício central do painel. Certifique-se também de que as chaves reed estejam alinhadas precisamente entre os 16 pares de terminais de solda ao redor da circunferência da chave.

Cole o interruptor de desligamento na parte de trás, bem como na segunda foto acima.

Faça dois furos adicionais de 5 mm no Painel Decimal de Entrada-Saída logo abaixo do texto ARM. Eles devem estar separados por 14 mm de centro a centro e alinhados com as setas circulares na placa dos indicadores de direção do motor. "Bug morto" conecte os LEDs com base no circuito acima, certificando-se de que os centros dos LEDs estejam separados por 14 mm e cole-os na parte de trás do painel nos orifícios que você acabou de perfurar. Eles devem ser colocados apenas parcialmente nos orifícios. Cole a placa dos indicadores de direção do motor na frente do painel, como na imagem acima, cobrindo os orifícios.

Ligue o Rotary Switch. Primeiro, retire isolamento suficiente de um fio de núcleo sólido 22 AWG de modo que o cobre nu se enrole completamente ao redor do corpo da chave rotativa e haja pelo menos 3 polegadas de fio isolado preso. Solde com cuidado o fio desencapado aos terminais inferiores de todos os 16 interruptores reed, unindo-os. Você deve começar e terminar na posição mostrada pelo fio amarelo na figura 3 acima para que o fio possa ser preso ao terminal de solda ARM do painel. Com comprimentos curtos de fio 22 AWG, conecte o cabo superior de cada chave reed ao terminal de solda correspondente (fios verdes acima). Essas conexões exigem um toque delicado para não derreter o plástico.

Ligue o interruptor de corte e os LEDs para os indicadores de direção de movimento com base nas fotos.

Empurre as porcas M3 nas ranhuras na parte inferior do botão do Rotary Switch e na parte superior do rotor do Rotary Switch. Aparafuse quatro parafusos M3 x 8 mm dos lados nessas porcas até que eles alcancem o orifício do eixo para atuar como parafusos de fixação. Pegue o eixo de 4 mm e prenda o botão rotativo a uma extremidade usando os parafusos de fixação. Deslize o eixo com o botão conectado a partir da parte superior do painel decimal de entrada-saída através do orifício central até que o botão esteja cerca de 2 mm acima do painel. Na parte de trás do painel, deslize o rotor para baixo do eixo no corpo do Rotary Switch o máximo que puder, mas não com muita firmeza. Alinhe o botão de modo que ele aponte na mesma direção que o ímã inferior do rotor e, em seguida, aperte os parafusos de fixação do rotor. O Rotary Switch deve girar livremente com "batentes" em cada um dos 16 números.

Etapa 8: Montagem final

Anexe os painéis preenchidos ao quadro do console. Usei tiras de velcro para prendê-los no lugar, de modo que pudesse retirá-los para fazer a manutenção, se necessário. Passe os fios do painel de energia para os outros locais no filtro de linha azul. Fiz alguns furos nos suportes verticais para passar os fios. Na foto acima está o cabo que usei para fazer isso usando conectores Molex. Ligue o Minivac 601 e use um multímetro para testar se todos os pontos + e - no filtro de linha azul são registrados como 12V.

Etapa 9: faça os cabos de remendo

Você "programa" o Minivac 601 conectando fios nos pontos dos rebites para os vários componentes, criando assim circuitos. Para criar esses conectores de fio, você precisará das seguintes peças:

• 100 Conectores de extremidade de bitola de bitola 100 22-16 - Hilitchi 100pcs de bitola 22-16 terminais de junção isolados de extremidade de bitola Conectores de crimpagem de fio elétrico da Amazon
• 100 Taper Pins - Spaenaur número de peça 239-497
• 75 pés (ou mais) de fio de conexão 20 AWG

Também é necessária uma ferramenta de crimpagem para os conectores. Eu comprei o seguinte:

Ratcheting Wire Terminal Crimper Titan 11477 da Amazon

Criei cabos de patch em 3 comprimentos, 8, 16 e 24 polegadas. Usei 3 cores diferentes: amarelo, vermelho e azul para facilitar a identificação e porque o original também o fez. Eu fiz 20 de cada um dos comprimentos de 8 (amarelo) e 16 (vermelho) polegadas e 10 dos fios de 24 (azuis) polegadas. Você pode precisar de mais para alguns dos experimentos mais avançados.

Use os conectores de extremidade de topo e prenda um pino cônico nas extremidades de cada fio usando a ferramenta de crimpagem. A extremidade de maior diâmetro do pino cônico é inserida no conector. Veja a foto acima. Descobri que obtive uma conexão mais sólida com os rebites se apenas inserisse o pino cônico cerca de 1/2 no conector de topo antes da crimpagem (expondo uma parte de diâmetro ligeiramente maior do cone). Isso não pareceu afetar a qualidade da crimpagem.

Etapa 10: Teste

Agora você deve ter tudo o que precisa para testar o Minivac 601. Eu sugiro que você comece ligando sua unidade e trabalhando com os "experimentos" espalhados pelos 3 excelentes manuais. Apesar do grande número de conexões que compõem um Minivac 601, ele ainda é um dispositivo bastante simples. Além de uma ocasional junta de solda ruim, não há muita coisa que possa dar errado.

Na foto acima, uma variante do Experimento 9, o relé 2 do Minivac é "programado" para funcionar como uma trava. Tocar no segundo botão ativará o relé e acenderá a luz 2. A luz permanecerá acesa mesmo depois que o botão for liberado. Pressionar o terceiro botão irá liberar o relé e a luz se apagará.

Etapa 11: Considerações Finais

Os projetos em que tenho trabalhado ultimamente seguem o mesmo padrão:

• Eles são réplicas de brinquedos e dispositivos legais de computador dos anos 60.
• Têm um enorme valor educacional.
• Apresenta designs únicos e notáveis.
• Devido à sua idade, eles se tornaram raros e, portanto, caros e difíceis de obter.
• E talvez o mais importante, eles e seus designers sejam dignos de serem lembrados e homenageados.

O Minivac 601 verifica todas essas caixas e mais algumas. Entre o Minivac 601 e um produto subsequente, o Minivac 6010, que foi vendido para empresas, muitas pessoas aprenderam sobre circuitos digitais e conceitos de computador.

Realmente um dispositivo muito legal que vale a pena lembrar.