Путешествие в цифровой мир. Его азбука и язык.

Путешествие в цифровой мир. Его азбука и язык.

Сообщение VVZ » 23 июл 2017, 22:47

Курс практической работы создаёт условие присутствия в цифровом мире через активное общение на “языке” цифровых микросхем. После проверки таблиц истинности основных логических функций и сборки простых схем на базе логических элементов (азбука логики и схемотехники) предлагается длительное последовательное, и с определённого момента, самостоятельное путешествие.

Оборудование:
- макетная плата без пайки и проводные перемычки.
- блок питания на 5v/2а.

Основные детали кроме микросхем:

- резисторы (330 Ом Ом; 1 кОм - 5; 10 кОм - 5; 100 кОм).
- конденсаторы (10,0x16v; 100,0x16v; 470,0x16v).
- светодиоды (2 - 6 шт. зависит от задания).
- кнопка на замыкание без фиксации (1-4 штуки, зависит от задания).

Необходимые навыки и знания:
Навыки работы с макетной платой без пайки по сборке простых схем, работа с проводом, маркировка выводных резисторов, определение величины токоограничивающего резистора для светодиода.
При отсутствии навыков: Первичная практика на макетках (подготовительный этап).

О практике применения курса:
Проектирование ТГ на элементах цифровых микросхем значительно расширило курс “Первые шаги. Задание 1-5”. Зимой-весной текущего года дополнительные элементы курса использовались для студентов МГПУ и НИЯУ МИФИ. А в течение июня месяца проводились двухнедельные занятия для двух групп школьников 10 класса лицеев НИЯУ МИФИ на летнем практикуме (на фото часть школьников из второй группы):

Изображение

Основные выводы:
- После четвёртой-пятой микросхемы из последовательности работа во многом становится самостоятельной, а функция преподавателя в основном заключалась в периодической выдаче следующей микросхемы.
- Весь курс затрагивает широкий перечень цифровых микросхем, в среднем 25 видов, в зависимости от длительности курса. По окончании проведения летнего практикума были проверены все оставшиеся микросхемы (несколько сотен), с которыми работали школьники. Все микросхемы оказались пригодны для последующего использования, кроме одной, отбракованной по причине надломанного вывода. Этого говорит о том, что первоначальный набор микросхем можно использовать многократно. Сама последовательная работа как улучшает восприятие материала, так и минимизирует вероятность критических ошибок.
- Отдельным начальным этапом при работе с каждой из цифровых микросхем был поиск её условного графического обозначения (изображения в схеме) и таблицы истинности. Для более успешного выполнения работы на сайте sotvorimvmeste.ru размещена справочная информация об отечественных микросхемах цифровых серий (pdf файлы, фрагменты из 12-ти томного справочника “Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги”, автор Нефёдов Анатолий Владимирович). Информация размещена с письменного разрешения издательского предприятия “РадиоСофт” для использования в учебных целях для развития детского технического творчества и тем самым позволяет широко проводить подобные практические работы с цифровыми микросхемами без нарушения авторских прав и ей можно пользоваться в любой точке РФ, в любом образовательном учреждении.

Ссылка на статью из сборника "Ульяновского государственного педагогического университета имени И.Н. Ульянова" по теме курса: "Новая жизнь невостребованных микросхем в учебном процессе и техническом творчестве".

Содержание темы:

0. Предварительный этап.
1. Начальный этап.
2. Порядок работы с одной микросхемой основного этапа.
3. Последовательность микросхем основного этапа.

0. Предварительный этап.

0.1. Как искать где купить ?
Микросхемы используемых серий давно не применяются в промышленных разработках. Их можно получить в подарок от какой-нибудь компании (или радиолюбителя) или купить, так как у многих остались ещё большие запасы. Как для покупки, так и варианта прицениться, можно воспользоваться поисковыми системами: http://www.chipfind.ru или https://www.einfo.ru

0.2. Сколько купить ?
Всё зависит от особенностей проведения занятий. Они могут быть индивидуальными (1) или с группой, при этом синхронной работой для всей группы (2) или группа работает с общим стартом и индивидуальной скоростью каждого (3). Для первого и второго вариантов количество комплектующих зависит от количества участников с небольшим запасом, для последнего варианта – первые 5-7 позиции микросхем расчёт как для первых двух вариантов, а далее в два-четыре раза меньше, так как скорость продвижения обычно становится разной.

0.3. Как проверять микросхемы перед началом и после окончания цикла занятий?
Проектирование ТГ на логических элементах можно отнести к заданиям начального уровня сложности. И тем более они не должны вызывать больших затруднений у опытного специалиста и у нормального школьного преподавателя, как в проектировании схемы, так и при её сборке на макетной плате, включая этап проверки самих микросхем (или после приобретения в магазине или после окончания занятий). Особенно этап проверки необходим при цикличном (многократном) использовании микросхем; если занятия проводятся последовательно для разных групп школьников/студентов.

На левом изображении – вариант сборки ТГ на счётчике К555ИЕ7, в центре и справа – та же схема, но с использованием специального переходника (3) с ZIF панелькой (4, нулевым усилием).

Изображение

Подобные переходники можно изготовить с помощью стандартной макетной платы (вариант тут) или спроектировать и изготовить платы по ЛУТ технологии.

Обратите внимание, в случае сборки ТГ с возможностью проверки микросхем, важно не занимать соседние контакты с микросхемами (1), в них устанавливаются разъёмы переходника (3). Этот вариант сборки может отличаться от варианта, который выполняется обычно по заданию. Также над микросхемой нельзя проводить перемычки и устанавливать элементы. Для этого выполняются соединения типа 2 (в обход корпуса микросхемы).

Изображение

На изображении – макетка, на ней семь сборок для проверки микросхем. Обычно умещается от пяти до семи, зависит от количества выводов микросхем. При этом, если выводы разных микросхем совпадают, то на одной сборке можно проверять по несколько видов (возможно заменяя только номинал резистора RC цепи). Например: К155ЛА3, К555ЛА12, КР1533ЛА21, К155ТЛ3

Выполнение подобной работы (сборок для проверки, как оборудования для последующего проведения занятий) может выполнятся и обучаемыми !!!
VVZ
 
Сообщений: 511
Зарегистрирован: 28 апр 2011, 09:44

Re: Путешествие в цифровой мир. Его азбука и язык.

Сообщение VVZ » 23 июл 2017, 22:59

1. Проверка таблиц истинности и сборка схем тактовых генераторов (начальный этап).

1.1. Таблицы истинности (соответствий) простых логических функций 2И-НЕ, 2ИЛИ, 2И, 2”ИСК.ИЛИ”, 2ИЛИ-НЕ, НЕ на микросхемах, последовательность: К155ЛА3, К155ЛЛ1, К155ЛИ1, К155ЛП5, К155ЛЕ1, К155ЛН1. "Первые шаги - Задание 1, пункты 4-8."

1.2. Самостоятельная работа (квалификационные испытания). Задание 1, пункт 10.

Изображение

На левом фото - сборка для проверки таблицы истинности для элемента мс К155ЛА3 (из пункта 1.1), на правом - сборка одного из вариантов тактового генератора на мс К155ЛА3 (из пункта 1.3).

1.3. Схемы тактового генератора на мс К155ЛА3. Задание 2, пункты 1-6.

При этапной сборке тактового генератора (пункт 2.5 Задания 2) необходимо понимать логику работы этапов сборки до установки RC элементов, задающих частоту. Перед установкой RC элементов сборку тактового генератора на мс К155ЛА3 соберите схему проверки (фото 2) - на вход первого инвертора устанавливается кнопка с подтягивающим резистором, а на выходы двух инверторов – светодиоды индикации с токоограничивающими резисторами. При нажатии/отпускании кнопки должно наблюдаться перемигивание светодиодов. После этого следует установить RC элементы (фото 3).

Изображение

После сборки схем 4, 5 из Задания 2 должно быть общее представление о простых вариантах схем тактового генератора: на двух инверторах; на трёх инверторах; на повторителе и инверторе, которые следует зарисовать в тетрадке.
VVZ
 
Сообщений: 511
Зарегистрирован: 28 апр 2011, 09:44

Re: Путешествие в цифровой мир. Его азбука и язык.

Сообщение VVZ » 23 июл 2017, 23:19

2. Проектирование тактового генератора на логических элементах микросхем.

Порядок работы (общения) с одной микросхемой:

Изображение

Описание порядка:

1.1. Возьмите очередную микросхему.
1.2. Найдите справочную информацию об условном графическом обозначении микросхемы (УГО) и её таблицу истинности (таблицу соответствий). Ссылка на информацию о цифровых микросхемах: серии 155, 555, 1533, 176, 561, 1561.
1.3. Зарисуйте в тетрадке найденную информацию.
1.4. Определите выводы питания микросхемы (запишите в тетрадке).
2.1. Подберите элементы 2-го этапа.
2.2. Учитывая таблицу истинности микросхемы, определите входы и выходы одного её элемента, который может выполнять функцию инверсии/повторителя (зависит от проектируемой схемы тактового генератора). Зарисуйте в тетрадке схему инвертора/повторителя с элементами проверки, используя на входе кнопку Kn с подтягивающий резистор Rk, а на выходе - светодиод индикации VD и токоограничивающий резистор Rvd (фото 1).

Изображение

2.3. Соберите схему на макетке.
2.4. Проверьте схему, убедившись в том, что выполняется инверсия/повтор.
3.1. Подберите элементы 3-го этапа.
3.2. Начертите в тетрадке цифровую часть схемы тактового генератора с элементами проверки (без RC элементов). Для этого используется кнопка Kn и резистор Rk на входе первого элемента и светодиоды индикации VD с резисторами Rvd на двух выходах (фото 2).
3.3. Соберите схему.
3.4. Проверьте работу схемы. При нажатии/отпускании кнопки должно наблюдаться перемигивание светодиодов. Для правильной установки элементов RC на следующем этапе определите, на каком выходе значение логического сигнала повторяется относительно входа, а на каком он является инверсным.

Изображение

4.1. Подберите элементы 4-го этапа.
4.2. Добавьте в схему RC элементы (фото 3).
4.3. Соберите схему, установив элементы Rc и C, но предварительно убрав кнопку Kn и подтягивающий резистор Rk. Учитывая пункт 3.4, резистор Rc устанавливается между входом и инверсным сигналом, а конденсатор C - между входом и выходом повторяющим входной сигнал.
4.4. После подачи питания светодиод VD индикации должен мигать. Покажите результат преподавателю и переходите к следующему заданию (микросхеме).

Изображение

Два примера сборок по проектированию тактового генератора на мс: К561ТМ3 и КР1533КП15.

Номиналы элементов:

Изображение

P.S. Обратите внимание!
Для отдельных схемных решений устойчивая работа тактового генератора наблюдается только при большей величине Rc !!! например,
- для серии 176 (561), Rc100 кОм,
- для серии 1533, Rc - 10 кОм.


Для удобства работы файл с табличками из сообщения.
pcm.zip
Файл pcm.jpg
(835.67 KiB) Скачиваний: 60
VVZ
 
Сообщений: 511
Зарегистрирован: 28 апр 2011, 09:44

Re: Путешествие в цифровой мир. Его азбука и язык.

Сообщение VVZ » 23 июл 2017, 23:30

3. Последовательность микросхем основного этапа (часть 1).

3-1. Простая логика.

3-1-1. На этом этапе проектируется схема ТГ (тактового генератора) на двух инверторах с одним входом у логического элемента (типа мс К155ЛН1) или с объединением входов (по аналогии с мс К155ЛА3).

На этапе устраняются недопонимания по различным вопросам (чтения и зарисовки схем, подключения выводов питания, выбора первого вывода микросхемы, работы с макеткой, резисторами, светодиодами и другими). Обращается внимание на понимание таблицы истинности микросхем, выбор номиналов RC-цепей.

Преподаватель должен проверять чертёж электрической схемы перед её сборкой на макетке и проверять сборку перед подачей питания, выявляя тем самым недопонимания по различным вопросам.

Последовательность:
К155ЛА3 (2И-НЕ),
К155ЛН1 (НЕ),
К155ЛА4 (3И-НЕ),
К176ЛА7(2И-НЕ).
VVZ
 
Сообщений: 511
Зарегистрирован: 28 апр 2011, 09:44

Re: Путешествие в цифровой мир. Его азбука и язык.

Сообщение VVZ » 23 июл 2017, 23:57

3-1-2. На этом этапе в схемах ТГ используется один вход, для оставшихся входов – необходимо фиксировать их состояния, подавая логический 0 или 1. На этом этапе обращается внимание на таблицу истинности логического элемента.

Продолжение:
К155ЛА1 (4И-НЕ),
К176ЛЕ5 (2ИЛИ-НЕ).

Дополнительный перечень микросхем: К155ЛА6, К176ЛА8, К155ЛП7, К176ЛЕ6, К176ЛЕ10, К176ЛП4, К176ЛП11, К176ЛП12 и другие (подобные).
VVZ
 
Сообщений: 511
Зарегистрирован: 28 апр 2011, 09:44

Re: Путешествие в цифровой мир. Его азбука и язык.

Сообщение VVZ » 23 июл 2017, 23:58

3-1-3. Проектирование схемы ТГ – повторитель и инвертор. Обращается внимание на то, что схема ТГ с тремя инверторами = схеме ТГ с повторителем и инвертором.

Продолжение:
К176ЛИ1 (9И+НЕ),
К155ЛП5 (2ИЛИ “ИСКЛ”) !!! Два варианта ТГ - повторитель+инвертор и два инвертора.

Дополнительный перечень микросхем: К176ЛП2, К176ЛП14 и другие (подобные).
VVZ
 
Сообщений: 511
Зарегистрирован: 28 апр 2011, 09:44

Re: Путешествие в цифровой мир. Его азбука и язык.

Сообщение VVZ » 24 июл 2017, 12:48

3-1-4. ТГ на микросхемах логики И-ИЛИ-НЕ.

Продолжение:
КР1533ЛР11.

Дополнительно: К155ЛР1 и другие (подобные).
VVZ
 
Сообщений: 511
Зарегистрирован: 28 апр 2011, 09:44

Re: Путешествие в цифровой мир. Его азбука и язык.

Сообщение VVZ » 24 июл 2017, 12:57

3-2. Простая логика и входы управления.

3-2-1. На этом этапе начинается знакомство с различными управляющими входами (направление передачи данных, выходы с тремя состояниями (ТС) и другими особенностями микросхем).

Продолжение:
КР1533ЛН7,
К155ЛН6,
К561ЛН1.

Дополнительный перечень микросхем: КР531ЛА17, К155ЛЕ2, К155ЛЕ3 и другие (подобные).
VVZ
 
Сообщений: 511
Зарегистрирован: 28 апр 2011, 09:44

Re: Путешествие в цифровой мир. Его азбука и язык.

Сообщение VVZ » 24 июл 2017, 13:03

3-2-2. Проектирование ТГ с использованием буферных элементов, микросхем с входами управления передачи данных.

Продолжение:
К555АП3 (!!! схема ТГ на трёх инверторах),
КР580ВА87,
К589АП26.

Дополнительно: КР1533АП9 и другие (подобные).
VVZ
 
Сообщений: 511
Зарегистрирован: 28 апр 2011, 09:44

Re: Путешествие в цифровой мир. Его азбука и язык.

Сообщение VVZ » 24 июл 2017, 13:08

3-3. Проектирование ТГ на мультиплексорах.

Продолжение:
К555КП14,
К555КП17,
К176ЛС1.

Дополнительный перечень микросхем: КР1533КП18, КР1533КП19 и другие (подобные).

Продолжение на второй странице темы.
VVZ
 
Сообщений: 511
Зарегистрирован: 28 апр 2011, 09:44

След.

Вернуться в Занятия (еженедельные занятия, летняя практика, кружки) и Конкурсы

Кто сейчас на форуме

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и гости: 1