Hvordan sette sammen en krets på et brødbrett. Hvordan bruke et brødbrett

Ofte, for raskt å sette sammen en prototype av en elektronisk krets på bordet, er det praktisk å bruke et brødbrett, som lar deg gjøre uten lodding. Og først da, når du er overbevist om at kretsen din fungerer, kan du bry deg om å lage et kretskort med lodding. For en person som nettopp har begynt å utforske elektronikkens verden, er det kanskje ikke helt opplagt å bruke et verktøy som et brødbrett eller et brødbrett. La oss se hva et utviklingsbrett er og hvordan du kan jobbe med det.

Instruksjoner for å arbeide med et loddefritt breadboard (breedboard)

Vi trenger:

• Brødbrett, kjøp;
• tilkoblingsledninger (jeg anbefaler dette settet);
• LED (kan kjøpes);
• en motstand med en motstand på 330 ohm eller nær den (et utmerket sett med motstander av alle populære verdier);
• 9 volt Krona batteri.

1 Beskrivelse brødbrett

Det finnes mange typer brødbrett. De er forskjellige i antall pinner, antall busser og konfigurasjon. Men de er alle ordnet etter samme prinsipp. Et utviklingskort består av en plastbase med mange hull, vanligvis plassert med en standard stigning på 2,54 mm. Pinnene til utgangsmikrokretsene er vanligvis plassert med samme stigning. Hullene er nødvendige for å sette inn ledningene til radioelementer eller koble ledninger inn i dem. Typisk utsikt Brødbrettet er vist på figuren.

Ulike typer brødbrett

Ditt engelsk navn- brødbrett ("brett for brød") - denne typen brett ble mottatt på grunn av sammenligning med et brett for å skjære brød: det er egnet for raskt å "lage" enkle kretser.

Det finnes også brødbrett for lodding. De skiller seg ut ved at de vanligvis er laget av glassfiber, og deres metalliserte puter er godt egnet til å lodde ledninger og føre ut radioelementer til dem. I denne artikkelen tar vi ikke for oss slike tavler.

2 Enhet brødbrett

La oss se hva som er inne i brødbrettet. Bildet til venstre viser generell form avgifter. På høyre side av figuren er lederbussene angitt i farger. Blå farge- dette er "minus" til kretsen, rød er "pluss", grønn er ledere som du kan bruke etter eget skjønn for å koble til deler av den elektriske kretsen satt sammen på brødbrettet. Merk at senterhullene er koblet i parallelle rader på tvers av brødbrettet, ikke på langs. I motsetning til strømskinnene, som er plassert langs kanten av brødbrettet langs kantene. Som du kan se, er det to par strømskinner, som om nødvendig gjør det mulig å levere to forskjellige spenninger til brettet, for eksempel 5 V og 3,3 V.

Breadboard enhet

De to gruppene av tverrgående ledere er atskilt med et bredt spor. Takket være denne fordypningen kan mikrokretser i DIP-pakker (hus med "ben") plasseres på brødbrettet. Lik bildet under:

Det finnes også radioelementer for overflatemontert(deres "ben" under installasjonen er ikke satt inn i hullene i trykt kretskort, men loddes direkte på overflaten). De kan bare brukes med et slikt brødbrett med spesielle adaptere - fastklemming eller lodding. Universelle adaptere kalles "zero gain panels" eller ZIF-paneler, ved bruk av utenlandsk terminologi. Slike adaptere er oftest for 8-pinners mikrokretser og for 16-pins mikrokretser. Et eksempel på slike elementer og en slik adapter er vist i illustrasjonen.

Tallene og bokstavene på brødbrettet er nødvendig for at du lettere skal kunne navigere på tavlen, og om nødvendig tegne og signere skjematisk diagram. Dette kan noen ganger være nyttig når du installerer store kretser, spesielt hvis du installerer i henhold til beskrivelsen. Bruk dem på omtrent samme måte som bokstaver og tall på sjakkbrett, for eksempel: koble motstandsutgangen til kontakt E-11 osv.

3 Montering av kretsen på et brødbrett

For å tilegne oss ferdighetene til å jobbe med et brødbrett, la oss sette sammen en enkel krets, som vist på figuren. Vi kobler "pluss" til batteriet til den positive bussen til brødbrettet, "minus" - til den negative bussen. De knallrøde og svarte linjene er tilkoblingsledningene, og de bleke gjennomskinnelige er tilkoblingene fra brødbrettet, de er vist for klarhet.

Hei alle sammen. I dag skal vi snakke om loddefri brødbrett eller brødbrett, som borgerskapet kaller det. Dette brettet, for å si det sånn, er inkludert i listen over obligatoriske verktøy som en elektronikkingeniør bør ha (enten han er en ung brainiac som bare tar sine første tentative skritt eller en erfaren brainiac som har sett livet).

Kunnskap om hvilke typer breadboards som finnes, hvordan og hvor slike verktøy brukes vil hjelpe deg når du skal utvikle og sette opp dine egne prosjekter av ulike elektronikk. hjemmelaget.

De første brettene så slik ut:

Metallstativ ble festet til basen, som ledninger og kontaktterminaler til elementene deretter ble festet på (bare viklet).

Det er bra at teknologisk fremgang ikke står stille, for takket være dens innflytelse kan vi bruke slike fantastiske verktøy.

I motsetning til et loddefritt brødbrett, kan du bruke disse (de er mye billigere og er produsert basert på de nødvendige parameterne).

Men ved montering på et loddefritt brett trenger du ikke loddebolt/lodd. I tillegg vil du unngå vanskelighetene forbundet med lodding av deler på overflaten av brettet.

Regelen om god oppførsel, og sunn fornuft, prototyping har alltid vært og er fortsatt elektroniske kretser. Det er viktig å vite hvordan enheten vil oppføre seg under visse visse parametere, før du monterer den ferdige enheten.

I tillegg, ved å bruke et loddefritt kort, kan du sjekke funksjonaliteten til nye komponenter og radiokomponenter.

La oss se på strukturen til et loddefritt bord

La oss se på bretttegningen. Den består av rader med metallplater (skinner).

Skinnene består på sin side av klemmer der "bena" til radiokomponenter er installert. Alle 5 hullene på rad er koblet sammen.

La oss nå rette oppmerksomheten mot to vertikale/horisontale striper (avhengig av hvilken posisjon du ser på), som er plassert separat (langs kantene) - dette er kraftplatene. Alle stikkontakter på en lang plate er koblet til hverandre.

Det sentrale sporet isolerer sidene på brettet. Bredden på denne stripen er fastsatt av standarden. Den lar deg installere DIP-brikker på en slik måte at hver pinne er installert i en separat skinne og lar deg koble til opptil 4 eksterne pinner.

Tavlene er merket med alfabetiske og digitale sekvenser. Disse betegnelsene hjelper deg med å navigere når du installerer komponenter for å unngå feilkoblinger (som kan føre til at kretsen ikke fungerer eller svikt i individuelle deler).

De produserer også plater som er laget på separate stativer med spesielle klemklemmer. De brukes til å koble strømforsyningen til brettet.

Hvis du la merke til det, har noen brett spesielle riller og fremspring (de er plassert på sidene). Med deres hjelp kan du kombinere brett og lage arbeidsflate hvilken som helst størrelse.

Noen plater har også en selvklebende bakside.

Figuren viser en metode for å "drive" brettet fra Arduino.

Hvis du kommer over et brett med terminaler for strømforsyning, må du koble dem til linjene på brødbrettet ved hjelp av ledere (jumpere). Terminalene er ikke koblet til noen linje. For å koble en ledning til en terminal, fjern (skru av) plasthetten og plasser enden av ledningen inn i hullet. Sett på lokket igjen. Vanligvis brukes to terminaler: for strøm og for jord.

Nå gjenstår det bare å koble til en ekstern strømkilde. Dette kan gjøres med:

• hoppere;

• "krokodiller" eller vanlige ledninger;

• kraftstabilisatormoduler som er produsert for loddefrie tavler.

Takk for din oppmerksomhet. Fortsettelse følger :)

Alle mennesker i verden, unge og gamle, vet at før du lager noe, må du først lage en modell av dette "noe", det være seg en modell av en bygning, et stadion eller til og med et lite landlig toalett. I elektroteknikk kalles dette en prototype. En prototype er en fungerende modell av en enhet. Derfor må erfarne elektronikkingeniører, før de monterer en enhet i henhold til en krets på Internett, lagt ut av ingen som vet hvem og ingen forstår hvorfor, sørge for at denne kretsen faktisk vil fungere. Derfor må kretsen raskt settes sammen og sørge for at den fungerer, det vil si monteres oppsett. Vel, for å montere det, er det akkurat det vi trenger brødbrett.

Typer utviklingstavler

Tykk papp

For lenge siden, da du ikke engang var med i planene, våre bestefedre, og kanskje bestemødre, du vet aldri :-), brukte tykk papp. Dette er den raskeste og billig måte sjekke kretser. Det ble kuttet hull i pappen for terminalene til radioelementene og på den andre siden ble de koblet sammen med ledninger og andre elementer hvis de ikke passet på forsiden. Det så omtrent slik ut:

A – forsidetype, B – bakside.

Alt ville være bra, men jeg måtte lodde konklusjonene, sørge for at ingenting kortsluttet noe sted, og mens du "skulpterer" denne kretsen, kan du til og med utilsiktet bli forvirret :-). Ja, og på en eller annen måte er det ikke vakkert.

Hjemmelagde brødbrett

Jeg fant fortsatt disse tidene i radiokretsen. Den gang laget vi brødbrett selv. Vi tok en skarp kutter og kuttet firkanter på folie-PCB. Deretter ble de dekket med loddetinn.

Hvis vi trengte å koble sammen spor et sted, laget vi rett og slett hoppere mellom rutene med en dråpe lodde. Det viste seg høy kvalitet og vakkert. Hvis du var for lat til å lodde radioelementene på et normalt kablet brett med spor, lot du det bare være som det er og brukte enheten.

Engangs utviklingstavler

Produsenter "fucked up" på denne saken, eller som de sier i økonomi, etterspørsel skaper tilbud. Ferdige mock-up skjerf, enkeltsidige og til og med dobbeltsidige, begynte å dukke opp for enhver størrelse og smak.

Du finner dem forresten på Ali med en gang et helt sett .

Hullene er veldig praktisk tilpasset størrelsen på pinnene til mikrokretsene, så vel som andre radioelementer. Derfor er det veldig praktisk å sette sammen og teste elektroniske enheter på slike breadboards. Og de er rimelige.

Baksiden av slike utviklingskort med ferdige enheter vil se omtrent slik ut:

Hva er ulempene med disse utviklingstavlene? Det er fortsatt bedre å bruke dem en gang, siden ved gjentatt bruk kan flekkene deres fly av, noe som vil føre til uegnethet.

Loddefrie brødbrett

Fremskritt beveger seg med sine selvsikre skritt over hele verden, og nå har de dukket opp på markedet loddefrie brødbrett.

De koster litt mer enn enkle engangsbrødbrett, men ærlig talt, det er verdt det.

De er veldig praktiske når det gjelder å installere deler, så vel som deres forbindelse med hverandre. Ledninger som ikke er større enn 0,7 mm og ikke mindre enn 0,4 mm i diameter kan settes inn i slike brødbrett. For å finne ut hvilke hull og spor som kommuniserer med hverandre, sjekker vi det hele. For å designe store kretser (plutselig vil du utvikle en slags kontrollenhet for en hadron-kolliderer), kan du legge til de samme breadboards ende-til-ende. Det er spesielle ører for dette. Ett trekk, og brødbrettet blir litt større.

Vel, hva slags brødbrett kan det være uten tilkoblingsledninger? Koble ledninger eller jumpere ( fra engelsk- jump), er nødvendig for å koble til radiokomponenter på selve breadboardet.

Litt senere kjøpte jeg disse genserne fra Aliexpress. De er mye mer praktiske enn wire:

Alt er enkelt her, ta jumperen og sett den inn med en liten bevegelse av hånden

La oss sette sammen en enkel krets for å slå på en LED via en knapp på et brødbrett

Slik kommer hun til å se ut

Sett strømforsyningen til 5 volt og trykk på knappen. LED-en lyser grønt. Det betyr at ordningen er gjennomførbar, og vi kan bruke den etter eget skjønn.

Konklusjon

Loddefrie brødbrett tar verden med storm. Enhver krets på dem kan monteres og demonteres i løpet av få minutter. Etter å ha satt sammen og sjekket kretsen på brødbrettet, kan du trygt begynne å montere den i sin rene form. Jeg synes enhver elektronikkingeniør med respekt for seg selv burde ha et slikt brødbrett. Men husk at det er bedre å ikke teste kretser med stor strøm i kretsen, siden kontaktene til prototypebrettene ganske enkelt kan brenne ut - Joule-Lenz lov. Lykke til med utvikling og konstruksjon av radioelektroniske enheter!

Hvor kan man kjøpe et utviklingsbrett

Et brødbrett med fleksible hoppere og til og med en ferdiglaget 5 Volt strømforsyning kan umiddelbart kjøpes som et sett på Aliexpress. Velge etter din smak og farge!

Hvis du ikke vil, vil den enkleste måten være å kjøpe en engangsbrødbrett og sette sammen en ferdig enhet på den:

Når du designer og monterer nye elektroniske kretser, er feilsøking nødvendig. Det utføres på et midlertidig kretskort, som gjør at komponentene kan plasseres ganske fritt for å sikre muligheten til raskt og enkelt å skifte dem ut og utføre kontroll- og målearbeid.

Delene i et slikt brett kan festes ved lodding, og selve plattformen vil bli kalt et brødbrett. For å unngå unødvendig eksponering av komponenter for mekanisk og termisk påvirkning, bruker installatører og designere et loddefritt brødbrett. Radioamatører kaller ofte denne enheten et brødbrett.

Utviklingsbrettet for loddefri montering lar deg montere en elektrisk krets og kjøre den uten å bruke loddebolt. I dette tilfellet kan du sjekke alle parametrene og egenskapene til den fremtidige enheten ved å koble måle- og kontrollenheter til brettet.

Et brødbrett er en plate laget av et polymermateriale som er et dielektrikum. Monteringshull bores på platen i en viss rekkefølge, der ledningene til delene - komponentene til den fremtidige enheten - skal settes inn.

Hullene tillater tilkobling av ledninger med en diameter på 0,4-0,7 mm. De er plassert på brettet, som regel, med en stigning på 2,54 mm.

For å simulere forbindelsene til komponentledningene til hverandre, har brødbrettet spesielle ledende plater som forbinder hullene i en viss rekkefølge.

Vanligvis er disse forbindelsene laget i grupper langs brettet langs langsidene. Det kan være to eller tre slike rader. Disse kontaktgruppene brukes som busser for tilkopling av strøm.

Mellom de langsgående radene er hullene forbundet med plater i grupper på fem. Disse platene er plassert i en retning over hele linja.

I nærheten av hullene på stedene for fremtidige kontakter har ledende plater designfunksjoner, slik at du kan klemme og holde fast i ledningene til delene, samtidig som du sikrer tilstedeværelsen av elektrisk kontakt. Dette er meningen med installasjon uten lodding.

Utviklingskort av høy kvalitet kan monteres og demonteres samtidig som det opprettholdes en sterk og pålitelig forbindelse mellom deler opptil 50 000 ganger.

Breadboards produsert industrielt og kjøpt i en butikkkjede har som regel en layout av kontakter og ledende forbindelser mellom hullene.

Hvordan bruke den riktig

For å kunne bruke brødbrettet på en vellykket og effektiv måte, må du også ha følgende enheter:

• flere monteringsledninger med en diameter på 0,4-0,7 mm for installasjon av forskjellige jumpere og tilkobling av strøm;
• side kuttere;
• tang;
• pinsett.

Selvfølgelig er en loddebolt ikke nødvendig for installasjon uten lodding, men det kan være nødvendig å lodde ledninger til terminalene på strømkilden hvis avtakbare produkter ikke er tilgjengelige. Noen ganger må lodding brukes for å implementere skjerming.

Når du kjenner til plasseringen av de ledende banene på brødbrettet, er det enkelt å installere en hvilken som helst krets og ved å koble den til en strømkilde, sjekke funksjonaliteten. For å montere trenger du bare å sette inn komponentledningene i koblingsklemmene og koble dem i ønsket rekkefølge.

I dette tilfellet er det nødvendig å tydelig forstå plasseringen av de ledende banene for å forhindre kortslutning. Hvis det er nødvendig å lage kontakter mellom spor på brødbrettet, brukes kontakter.

Hvis diameteren på pinnene til delene ikke passer til monteringshullene, kan du lodde eller vind stykker av passende ledning til dem. Brikker og komponenter i BAG-pakker er installert i midten av brettet.

Klargjøring og skjerming

For å jobbe med et brødbrett, spesielt hvis det er beregnet for loddefri montering, må du først lage forberedende arbeid. Dette gjelder spesielt hvis brettet ikke har vært brukt på lenge.

Forberedelse inkluderer rengjøring av brødbrettet for støv. Du kan bruke en myk børste til dette, og du kan bruke en støvsuger eller en boks med trykkluft for å rense hullene.

Det neste trinnet er å teste de ledende banene med et multimeter for å unngå unødvendige utgifter tid til å søke etter mulig tap av kontakt ved installasjon av kretsen.

Når du feilsøker enheter, kan det hende at de ikke fungerer riktig på grunn av ulike forstyrrelser og induserte strømmer som oppstår under driften av kretsen. For å eliminere dette fenomenet, er det nødvendig å bruke skjerming av brødbrettet.

For å gjøre dette, bruk en metallplate festet til bunnen og koblet ved lodding til en felles buss, som deretter vil bli negativ.

Til vellykket bruk breadboard for lodding og rask feilsøking, er det tilrådelig å kjøpe flere breadboards i forskjellige størrelser.

For det første vil det tillate deg å samle komplekse kretsløp separate blokker, feilsøke hver enkelt, og senere koble dem til én enhet. For det andre kan du samle på denne måten ekstra enheter, som kan være nødvendig for å kontrollere driften av hovedkretsen.

Det er bedre å kjøpe et utviklingskort med et sett med tilkoblingsledninger. De kalles også "hoppere".

Men i noen tilfeller kan du spare et betydelig beløp hvis du kjøper et brett for loddefri montering som ikke er utstyrt med kontakter. I dette tilfellet kan du lage dem selv fra en passende ledning.

Den ideelle kabelen er KSVV 4-0,5, brukt i installasjon av systemer brannalarm. Denne kabelen har 4 isolerte ledninger laget av tynne kobbertråd med en diameter på 0,5 mm. En meter kabel vil være nok til å få mange koplingshoppere.

Under installasjonen må du alltid koble til alle terminaler av halvledere og mikrokretser. Selv om noen pinner ikke brukes, må de kobles til en felles buss for å unngå induserte strømmer.

Ved bruk av utviklingstavler kan du kun bruke lavstrømsdeler som opererer på en spenning på ikke mer enn 12 V. Det er forbudt å koble 220 V vekselstrøm fra en husholdningsstrømforsyning til brødbrettet.

Riktig bruk av et brødbrett for loddefri montering vil betydelig forenkle monteringen av hele kretsen og redusere kostnadene ved å produsere enheten der en slik krets skal brukes.

LJ svelget ikke den andre delen av innlegget helt heller, så jeg deler den i to deler til. Her er del 3 - Den aller første laboratoriearbeid , .

Så det første laboratorietime- "Montering av enkle elektroniske kretser basert på lavintegrerte mikrokretser" - flere praktiske øvelser for å bli kjent med det grunnleggende innen digital logikk:
- kjennskap til breadboards og grunnleggende kretselementer (LED, dioder, kondensatorer, etc.),
- grunnleggende operasjoner av boolsk algebra i fysisk utførelse,
- logiske elementer (porter),
- dynamikk i form av en enkel timer,
- elementære utgangsenheter (LED-skjerm)

triggere (flip-flops) fra det første bekjentskapet falt ut og ble liggende for bedre tider.

Inndataantakelser om læringsobjekter:
- har vage minner om det grunnleggende innen elektrodynamikk fra kurset skolepensum(spenning pluss eller minus, strøm flyter, motstand kan legges til)
- ha en god forståelse av i det minste det grunnleggende om diskret matematikk (boolsk algebra) og programmering (prosedyretenkning), slik at de etter å ha fullført de innledende øvelsene vil kunne intuitivt føle at fra de presenterte enkle fysiske elementene av logikk er det mulig å bygge store diskrete systemer av enhver grad av kompleksitet der komplekse abstrakte ideer som kan formuleres på logikkens språk allerede er implementert.

Faktisk laboratoriearbeid

1. Hoveddetaljer— brødbrett, dioder og lysdioder

Et brødbrett lar deg lage elektroniske kretser av enhver konfigurasjon uten å bruke et loddebolt - ganske enkelt ved å stikke bena på kretselementene inn i hullene på brettet. Dette er mulig på grunn av måten disse hullene er koblet innvendig under plasten med ledere. Langs kantene er det horisontale striper med pluss og minus langs hele brettets lengde - hvis du setter en ledning fra et batteri (for eksempel et pluss) inn i et av hullene hvor som helst, vil plusset bli matet langs hele lengden av denne stripen, og du kan "power" fra den ved å sette ledningen inn i et hvilket som helst annet hull i den samme horisontale stripen.

Grunnlaget for brettet er en sekvens av vertikale (hvis du ser på bildet nedenfor) lederstrimler med fem hull over hver. Hvis du stikker to ledninger inn i to hull over samme vertikale stripe, vil de kobles til en krets (det samme som å vri bena direkte sammen). To tilstøtende strimler er ikke koblet sammen på noen måte, så ved å stikke noen ender av elementene inn i en vertikal stripe, og stikke de andre endene av de samme elementene inn i andre, kan du stille opp serielle kretser enhver konfigurasjon. Etter det, fra den horisontale stripen med et pluss til en av vertikale striper et pluss tilføres gjennom ledningene, og et minus tilføres fra den horisontale stripen med en minus til en annen del av kretsen gjennom en annen ledning, og hele kretsen begynner å fungere.

Hvis det ikke er veldig klart nå, vil alt bli klarere etter det første eksperimentet med LED.

Det er vanlig å ta strømretningen i diagrammer fra pluss (+) til minus (-).

Merk: ikke forveksle den "konvensjonelle" retningen til strømmen (fra pluss til minus) med retningen til den fysiske strømmen av elektroner som går fra minus til pluss - dvs. i motsatt retning - i en del litteratur (inkludert i boken tron.ix i et av de første bildene - derav bemerkningen) - brukes retningen til strømmen av elektroner, i den andre - den "konvensjonelle" retningen til strømmen - dette er på grunn av tradisjoner og noen andre nyanser - elektriske kretser Det er mer praktisk å lese ved å bruke den "konvensjonelle" pluss->minus retningen, så vi bruker den overalt.

En diode er en leder som lar strøm passere i bare én retning - fra pluss (+) til minus (-), men som ikke går fra minus (-) til pluss (+). I diagrammene er dioden indikert med en pil som hviler på en vertikal linje pilen angir strømretningen tillatt av dioden. Benet til dioden, som i modus for passerende strøm må kobles til den positive, kalles anode, som til minus - katode.

En LED er den samme dioden, bare i strømpasserende modus (når et pluss påføres anoden og et minus på katoden) lyser den som en lyspære, men i en ikke-passiv modus lyser den ikke. I diagrammet er LED indikert på samme måte som en vanlig diode, bare pilen er sirklet. Anoden til LED er et langt ben (vi kobler det til pluss), katoden er et kort ben (vanligvis kobler vi det til minus). I alle diagrammene i laboratoriet - i bildene og videoene - er det lange benet til venstre, og det korte benet er til høyre.

2. Bestemmelse av boolske verdier TRUE/FALSE på den valgte delen av kretsen — LED som gjeldende verdiindikator

Boolske variabler bestemmes av spenningsnivået i delen av kretsen som vi tar verdien fra. For TRUE=1=HIGH tar vi verdien pluss (+) ("HIGH voltage"), for FALSE=0=LOW tar vi minus (-) eller jord ("LOW voltage").

For personlig å sjekke gjeldende boolske verdi i et valgt område, kan du bruke en LED - koble anoden (langt ben) til punktet der verdien er tatt, og koble katoden (kort ben) til minus. Hvis et pluss (+) påføres anodekoblingspunktet, dvs. avlesningsverdien skal være TRUE, strøm vil flyte fra anoden til katoden gjennom LED-en og lyset vil lyse opp. Hvis det er minus eller jord ved anodekoblingspunktet, vil det ikke gå strøm, lyspæren vil ikke lyse - verdien som tas er FALSE.

Merk: det anbefales ikke å koble lysdioden direkte til batteriet uten mellommotstand eller hvis den tilkoblede motstanden er for liten, fordi ellers kan det brenne ut på grunn av for mye strøm som det ikke er designet for (det vil lyse en stund, men det vil bli veldig varmt og til slutt brenne ut). Med en motstand på 500 Ohm (som tidligere ble valgt som "svakere") er LED-en ikke i fare.

Klasseromsoppgave: tegne et LED-koblingsskjema på tavlen og be gruppen implementere det på brødtavler. I dette øyeblikket avsløres umiddelbart en nyanse som er spesifikk for å jobbe i et klasserom. I tron.ix-boken er det to bilder for hver øvelse - det ene viser det logiske koblingsskjemaet, det andre viser et brødbrett med hull og alle nødvendige elementer slik at du kan se hvilke ben som sitter fast hvor osv. Når du sitter hjemme med en bok, er det lettere å se på det andre bildet og ganske enkelt gjenta tegningen fra boken på et levende brødbrett. I et klasserom med et stort antall mennesker fungerer ikke dette trikset i det hele tatt - det er ganske vanskelig å tegne et klart fotorealistisk bilde av et brødbrett med alle hullene og med alle elementene fast i en haug på brettet med en tusj , så det er lettere å tegne et kretsskjema, og elevene finner selv ut hvordan de kan lage dens fysiske legemliggjøring på et brødbrett. Den første oppgaven med en enkel LED og motstand tok omtrent 10 minutter, fordi... dette var det første bekjentskapet med utformingen av et brødbrett (forresten, koblingsskjemaet til hullene inne i brettet under den første oppgaven kan ikke slettes fra brettet) og et gjenmøte med det grunnleggende om elektrodynamikk etter en lang separasjon - for eksempel bestemte noen seg først for å sette LED-bena direkte inn i hullene på stripene for strømforsyning (og begge er et pluss), men etter noen forklaringer og avklaringer kom alle inn i emnet og i de neste oppgavene prosessen å konvertere en logisk krets til en fysisk krets var mye morsommere.

3. Sannhetstabell og OR-operator
Som vist i forrige øvelse, som variabler , som kan ta boolske verdier TRUE/FALSE, kan vi ta visse deler av kretsen - fordi V ulike forhold spenningen i samme område kan være enten HØY (+) eller LAV (-) - derav begrepet " variabel" - muligheten til å tildele en verdi.

Dessuten, hvis vi bygger en kombinasjon av elektriske elementer (som dioder, motstander, etc.) mellom to seksjoner av kretsen, kan denne mellomkombinasjonen (eller kretsen) påvirke hvilken verdi som vil bli lest på den tredje (utgangsseksjonen) av kretsen. krets, avhengig av gjeldende verdi ved 1. (input) del av kretsen. De. denne mellomkretsen transformerer i hovedsak en eller flere verdier i den innkommende kretsen til en ny verdi i den utgående kretsen i henhold til en bestemt regel. Fordi verdier i alle seksjoner (innkommende og utgående) kan ha verdien TRUE/FALSE, dvs. de er boolske variabler , kan vi ta mellomomformerkretsen som en vanlig boolsk operatør (nemlig for dens fysiske gjennomføring).

I diskret matematikk spesifiseres enhver operatør av sannhetstabellen, som viser alle mulige kombinasjoner av parametervariableverdier (for to inngangsvariabler: 11, 10, 01, 00) og indikerer verdien av resultatet av operatørhandlingen for hver av kombinasjonene (for to inngangsvariabler vil dette være 4 verdier av enere og nuller).

Som nevnt innledningsvis, antas det at publikum bør være kjent med i det minste de grunnleggende begrepene i diskret matematikk, som inkluderer sannhetstabeller - denne antagelsen ble bekreftet i publikum - det var ikke nødvendig å forklare i lang tid hva en sannhetstabellen er - det er alt, og det var de allerede klar over.

Som et første eksempel kan du vurdere den fysiske implementeringen av den elementære boolske operatoren ELLER. Kretsskjemaet ser slik ut:

Du kan finne ut hvordan sannhetstabellen ser ut ved å finne definisjonen av denne operatøren i en lærebok om diskret matematikk eller ved å sette sammen kretsen ovenfor på et brødbrett - for å angi verdiene til inngangsparametervariablene A og B, kan du plugg de tilsvarende ledningene A og B inn i (+)-seksjonene (TRUE= 1) eller (-) (FALSE=0), i dette tilfellet vil resultatet av operatørens handling på Q-kretsdelen være synlig fra den nåværende tilstanden til den røde LED-en (lyser - operatøren returnerte Q=TRUE=1, av - Q=FALSE=0). Vi vil selvfølgelig bruke det andre alternativet.

Kommentar: hvorfor skjer dette fysisk? i dette tilfellet det er ganske enkelt å forstå - når du kobler anoden til en av inngangsdiodene til den positive (A=1 eller B=1), er kretsen lukket og en ikke-null spenning påføres punktet Q (som anoden av LED-en er også tilkoblet) - lyset er på - Q=HIGH=TRUE . Hvis ingen av anodene A og B er koblet til den positive (+) (dvs. A=0=FALSK og B=0=FALSK), er det ingen steder å få spenning i kretsen, fordi plussområdet er fullstendig isolert - så lyset kan ikke lyse og Q=LOW=FALSE. Men jeg tror ikke det er nødvendig å fokusere oppmerksomheten her og på de følgende diagrammene på denne mekanismen under timene i klasserommet, fordi Elevenes hjerner er for tiden opptatt med å absorbere og assimilere informasjon som de boolske operatørene som er kjent for dem fra diskret matematikk og programmering kan oppføre seg på samme måte som levende lyspærer på en krets som de nettopp har satt sammen fra flere ledninger, dvs. gi de samme sannhetstabellene. Derfor er det viktigere å fokusere oppmerksomheten nøyaktig på observasjonen av den grunnleggende muligheten for eksistensen av overgangspunktet "fysikk i form av elektrodynamikk" -> "abstraksjon av diskret matematikk". Ytterligere fordypning i elektrodynamikk kan skade denne prosessen eller til slutt rett og slett ikke bli oppfattet som tiltenkt - en forklaring av detaljene i mekanismen til denne prosessen kan overlates til selvstendig arbeid, for en egen leksjon senere eller for å huske på i tilfelle tilleggsspørsmål fra publikum (hvis plutselig noen lærer den nye informasjonen raskt nok og ønsker ytterligere forklaringer).

4. OG Operatør
Nesten ikke noe nytt sammenlignet med forrige øvelse - vi bygger bare en operatør OG i henhold til ordningen.

Kommentar: Pom fysikken i prosessen - hvis vi lukker en av katodene (A eller B) til minus (-), vil strømmen flyte direkte fra pluss til minus langs nettverksdelen gjennom den tilsvarende dioden, og til nettverksdelen Q ( med denne konfigurasjonen viser det seg å være koblet parallelt med dioden) strømmen er ganske enkelt "ikke nok" til å tenne lyspæren (dvs. tilordne Q=TRUE), fordi på parallellkobling deler av kretsen, er strømmen fordelt omvendt proporsjonalt med verdien indre motstander disse seksjonene (hvis du for eksempel kobler en av diodene gjennom en individuell motstand, vil fokuset ikke fungere - strømmen vil flyte gjennom begge kanalene).

Kommentar: i klasserommet - når du bygger en krets, er det tilrådelig å montere den i venstre halvdel av brødbrettet, fordi videre vil vi bruke den for den sammensatte NAND-operatoren.

Tilbake til analogiene til inngangs-utgangsgrensesnitt og svarte bokser - en transistor er bare et eksempel på en slik boks, hvis struktur i utgangspunktet er ukjent for oss. Hvis alt med motstander eller dioder er mer eller mindre intuitivt klart, kan deres arbeid f.eks. baseres på Fysiske og kjemiske egenskaper ledningsevnen til materialene de er laget av, så må logikken til transistorens oppførsel åpenbart implementeres gjennom noen mer utspekulerte mekanismer og kombinasjoner av materialer. Men for å bruke det som en del av kurset, trenger vi ikke å fordype oss i denne enheten generelt (og vi vil ikke gjøre det) - det er nok å vite at samleren må forsynes med et pluss, emitter med minus, og konduktivitet kan slås på/av pluss eller minus på basen.

Kommentar: Pom fysikken i prosessen - nesten lik en krets med OG - hvis basen er negativ (A=FALSE), er transistoren lukket, strøm kan bare gå gjennom Q-seksjonen med dioden - Q=TRUE. Hvis basen er koblet til den positive (A=TRUE), begynner strømmen å flyte gjennom transistoren dens styrke er ikke lenger nok for seksjonen Q koblet parallelt - vi får Q=FALSE.

Kommentar: i publikum - sNår vi bygger IKKE OG-kretsen, demonterer vi ikke kretsen fra forrige øvelse - vi bygger IKKE på høyre side av brødbrettet, fordi i neste oppgave vil vi gjøre dem til en sammensatt NAND-operator.

6. Kombinere logiske elementer til en logisk krets — NAND-operator som OG+IKKE
En veldig enkel teknisk og konseptuelt viktig øvelse er å kombinere to operatører til en sammensetning ved å mate utdataene fra en operatør til inngangen til den andre. Vi setter inn ledninger "A" fra NOT-operatøren inn i hullet på utgangsundernettet "Q" til AND-operatøren (katoden til den røde OG LED-en) - vi mottok NAND-operatøren - inngangsparametere - ledningene "A" og "B" fra OG-operatoren er utgangsresultatet en grønn LED "Q" for NOT-operatoren. Vi forlater den mellomliggende røde LED-indikatoren fra OG-operatøren for klarhet - når du endrer verdier inndataparametere A og B røde og grønne lysdioder må alltid være i motfase (kun en av dem lyser).

(I klasserommet kombinerte de OR og NOT i NOR, men for en jevn overgang til neste øvelse med 4011-modulen er det bedre å gjøre NAND)

Du kan ta en pause her.

7. Introduksjon til digitale logikkmoduler — 4 NAND-operatører inne modul 4011
Et nytt viktig konseptuelt element er en digital logikkmodul (logisk port) som bruker eksemplet med port 4011, som inneholder 4 NAND digitale logiske operatorer - denne gangen er det en svart boks i bokstavelig forstand - en svart rektangulær parallellepiped på alle sider (unntatt for sølvinnskriften ) med tapper som stikker utover, som passer perfekt inn i brødbrettet (hvis du ikke har glemt nyansen med DIP-kroppen) - noen av dem er et inngangsgrensesnitt, noen er et utgangsgrensesnitt.

Åpenbart bør slike logiske moduler gjøre livet til en kretsdesigner veldig mye enklere, fordi heve det ett nivå høyere i hierarkiet for å forenkle abstraksjoner - for å være overbevist om dette er det nok å sammenligne størrelsen på element 4011 (som inneholder 4 NAND-operatorer) og kretsen til en NAND-operator, som vi samlet ovenfor for hånd. For å bruke en ferdig logikkmodul, trenger du bare å se på kretsskjemaet og finne ut hvilke ben som er ansvarlige for hva.

Når det gjelder 4011, for å bruke for eksempel den første NAND-operatøren av 4 tilgjengelige, kan du koble inngangsledninger A og B til henholdsvis pinne 1 og 2, og utgangsledning Q til pinne 3 (vel, og gi strøm - minus (-) til pinne 7, pluss (+) på pinne 14) - sannhetstabellen for Q vil vise handlingen til NAND-operatøren nøyaktig som i forrige eksempel.

(på slutten av videoen er det en liten flekk - "0, 0, 1" skal skrives på siste linje i stedet for "1, 1, 1")

Det er klart at et stort antall lignende logiske elementer har blitt opprettet for alle anledninger (fra grunnleggende logiske operatører til pulsgeneratorer av type 555 eller en 7-segments displaydriver 4511) - som i tilfellet med 4011, for å bruke dem , det er ikke spesielt viktig å vite hvordan de er ordnet inni - bare se på dokumentasjonen om hva som kan mates og under hvilke omstendigheter og hva som kan fjernes fra bena. Generelt er det en nesten fullstendig analogi med biblioteker av ferdige funksjoner eller objekter i programmeringsverdenen.

(Hvis du ikke demonterer NAND fra AND+NOT-øvelsen og plasserer NAND fra 4011 ved siden av, så kan du sørge for at pærene til begge NAND-ene skal gi det sammehelgverdier, dvs. ordningen samlet for hånd av motstander, dioder og transistorer, gir samme resultat som kretsen som er sydd inne i den svarte 4011-modulen).

8. Timer laget av to NAND-elementer og en kondensator
Og igjen et viktig nytt element - en periodisk signalgenerator - en timer (Klokke). Inntil dette tidspunktet var alle sammensatte logiske kretser statiske - når de nødvendige signalene ble tilført inngangsundernettverkene (A og B), ble verdien deres unikt konvertert gjennom en sekvensiell kjede av logiske operatører til verdien av utgangssignalet Q, som, uten å manuelt endre verdiene til inngangssignalene (A og B) (for eksempel manuelt bytte ledningen fra positiv til negativ) vil ikke endres på noen måte. "Timer"-elementet (eller "klokke" - i tron.ix kalles det Clock, og det var et ekstra spesielt Timer-element) legger til dynamikk til denne prosessen - verdien av timerutgangssignalet endres uavhengig fra HØY (TRUE) til LAV (FALSK) og tilbake med en viss frekvens og personen deltar ikke i denne prosessen på noen måte (det er ikke nødvendig å skyve ledningen fra pluss til minus med hendene).

I forbindelse med triggere (flip-flops - elementer som kan "huske" verdien deres), vil dette i fremtiden gjøre det mulig å bygge endelige tilstandsmaskiner som vil sekvensielt gå over fra en tilstand til en annen for hver "tikk" av tidtakeren.

Sekvensen av utgangsverdier HØY/LAV i hvert øyeblikk er avbildet som en brutt linje på en spesiell graf - i fremtiden vil slike grafer bli nærmere kjent i følgende laboratorier når de simulerer oppførselen til maskiner med begrenset tilstand.

Timeren kan settes sammen av 2 NAND-elementer (hentet fra logikkelement 4011) og kondensator C1 (et nytt element i diagrammet - se merknad nedenfor). Kondensatoren har to ben - det ene er lengre (et betinget pluss), det andre er kortere (et betinget minus), men tilsynelatende hvilken side skal kondensatoren sitte fast i minst dette diagrammet spiller ingen spesiell rolle, fordi polariteten deres endres fortsatt under vibrasjonsprosessen (det er hele poenget).

Kommentar: i prosessfysikk - nytt elektrisk element krets, uten hvilken tidtakeren ikke kunne fungere - en kondensator - strukturen på innsiden er ganske enkel - to plater isolert fra hverandre - hvis en ladning (+) er akkumulert på en av dem, og en minus (-) er igjen på sekund (dvs. kondensatoren vil ladet) og koble deretter bena til forskjellige deler av kretsen, strøm vil flyte gjennom kretsen fra pluss til minus til ladningene er utjevnet (kondensator vil gå tom). Etter utlading kan kondensatoren lades igjen ved å legge pluss på den ene platen og minus på den andre. I denne kretsen, ved bruk av to NAND-elementer, organiseres en prosess der kondensatoren konstant vil bli ladet og utladet med en viss periodisitet og dermed generere en periodisk puls. Når halvparten av kondensatoren C1, koblet i kretsen til utgang 3 på 1. NAND-element gjennom motstand R1, er ladet med en positiv (+), har innganger 1 og 2 til 1. NAND-element verdien SANN (+) og SANN (+), som ved utgang 3 gir verdien FALSE (-) (se NAND sannhetstabell) og dermed har kondensatoren evnen utflod dens pluss (+) inn i denne negative delen av kretsen gjennom motstand R1. Etter at den positive (+) ladningen til kondensatoren er fullstendig utladet, vil de. går til minus (-), innganger 1 og 2 til det første NAND-elementet mottar logisk verdiene FALSE (-) og FALSE (-), som følgelig endrer verdien av utgang 3 til verdien TRUE (+) - som en resultat, får vi at strømmen allerede er i motsatt retning tilbake inn i kondensatoren til den vil belaste tilbake til pluss (+) - dvs. vi går tilbake til den opprinnelige tilstanden. Og så videre i en sirkel - frekvensen av prosessen vil avhenge av kapasitansen til kondensatoren (dette er dens fysiske karakteristikk) og motstandskraften R1 (F=1/R1*C1). Som et ekstra eksperiment kan du erstatte R1 med en motstand med en annen verdi og sørge for at blinkefrekvensen til lyspæren endres.

Kommentar: For å generere et periodisk signal på kretsene kan du bruke en spesiell logisk modul 555, men eksperimenter med den ble ikke inkludert i laboratoriet.

9. Utgangsenhet — syv segment diode display
Som en siste avslappende øvelse, la oss bli kjent med den første "menneskelige" utgangsenheten - en syv-segments diodeskjerm. I hovedsak de samme LED-lyspærene, men ved å levere strøm til de nødvendige segmentene av skjermen, kan du "tegne" alle tallene fra 0 til 9 og noen bokstaver på den.

Det er ikke noe spesielt å snakke om enheten - for en vanlig anodeskjerm må du bruke et pluss på benet (anode) som er felles for alle segmenter, og et minus på bena til de nødvendige segmentene; for en felles katodeskjerm - tvert imot et minus på benet (katoden) som er felles for alle segmenter, og et pluss på bena til de nødvendige segmentene.

Men jeg tror hovedeffekten kommer av det faktum at displayet for første gang viser en måte å formidle på indre tilstand satt sammen diagram til en person i en form som er kjent for ham (lesbare tall og bokstaver), dvs. setter til syvende og sist målet som evt sammensatt krets- gjør noe med utdataenheten (en svart boks uten utdataenhet er en "ting i seg selv", hvor det ikke er klart hvilken bruk den er og hvorfor den er nødvendig).

Alle likte de syv-segments vanlige anodediodeskjermene. Selv i stedet for å forlate etter en lang leksjon, ble det tatt en spontan beslutning om å lage navnet på gruppen "10-PM" fra dem (Anvendt matematikk, lagt inn i 2010 - bokstaven "M" ble laget i form av nummeret "3" snudd på siden) og film det på bildet.

10. Merk- falt avtrekkeren
Listen over øvelser inkluderte ikke det siste konseptuelt viktige elementet - en flip-flop - et kretselement som kan huske den siste verdien satt til den. Uten dette elementet ville det være umulig å bygge finite state-maskiner (spesielt prosessorer). Opprinnelig var det planlagt å inkludere en introduksjon til konseptet med en trigger ved å bruke eksemplet med en RS-trigger (siden den har en ganske enkel krets), men etter hvert som leksjonen skred frem, ble det klart at mengden ny informasjon som ble oppfattet på én gang tiden hadde allerede nådd assimileringsgrensen. Derfor blir kjennskap til triggere (en enkel RS-trigger og en viktigere D-trigger) overført til følgende laboratoriearbeid umiddelbart før du tar dem i bruk, når vi skal vurdere finite state-maskiner spesifikt.

Konklusjon
Mine inntrykk av laboratoriearbeidet som utdannet ved spesialiteten anvendt matematikk og Java-programmerer. Mest viktig resultat er at dette laboratoriearbeidet viste eksistensen av en overbygning av grunnlaget for diskret matematikk (boolsk algebra) over skoleelektrodynamikk (som jeg personlig hadde lite igjen av bortsett fra vage minner om Ohms lov) - bevissthet om dette faktum åpner veien for å forstå prinsipper for å bygge mer komplekse elektroniske systemer, som er basert på den samme diskrete diskrete.

Fra et praktisk synspunkt viste det seg å leke med lyspærer på brødbrett å være ganske viktig for visuelt å akselerere assimileringen av ny informasjon, men for implementeringen av noen relativt sett komplekse prosjekter Personlig ville jeg ikke tatt på meg bare breadboards og en spredning av forskjellige logiske porter - tross alt, ettersom kompleksiteten til kretsen øker, blir prosessen med å koble ledninger på kretsen ganske kjedelig og tidkrevende, mens kompleksiteten (og derfor er verdien av prosjektet) av det sammensatte systemet ganske sterkt begrenset rent fysisk - arealet av breadboard kan økes, men jeg har liten anelse om hvordan jeg skal "refaktorere koden" eller se etter feil når tusen ledninger stikker ut fra en haug (selv om å dømme etter informasjonen på Internett, klarer noen å installere hele prosessorer på dem, derfor vil jeg ikke si det kategorisk) - samtidig spørsmålet om å lage prosjektdokumentasjon og å konvertere prototypen som er satt sammen til et dokumentformat som kan brukes til masseproduksjon vurderes ikke i det hele tatt. En helt annen sak er FPGA-brikker med programmerbar digital logikk (de er basert på alle de samme grunnleggende elementene som ble diskutert i det nåværende laboratoriet, men prosessen med å manipulere dem er organisert i en kvalitativt mer høy level) - å bli kjent med dem utvider umiddelbart grensene for fantasi ved å velge mål i størrelsesordener mulige prosjekter- det første bekjentskapet med dem er planlagt til neste laboratoriearbeid.