Сотворим вместе

С конца 2010 года при Инжиниринговом центре НИЯУ МИФИ для лицеистов и студентов стали проводиться регулярные практические занятия по цифровой электронике. За основу были взяты современные макетные платы (без пайки) и все электрические схемы в заданиях адаптированы под их особенности. На сегодня - это большой накопленный опыт и применяемые решения, не имеющие мировых аналогов.

Практика на макетных платах без пайки при изучении основ электроники может быть составной частью в работе любого технического кружка или мало затратным началом (с начальным уровнем) вновь создаваемого.

На фотографиях первого слайда школьники из гимназии N 1569 -"Созвездие" г. Москвы.





Здесь важно обратить внимание не только на каждый отдельный пункт, как отдельную цель, но и то, что из них выстроена последовательность к конечной цели. При этом, для реального достижения конечных целей необходима массовость в самого начала.

Следование по ранее обозначенному пути, даёт возможность ожидать профессионализм от выпускника технического ВУЗа. Но сегодня это единицы от общего количества, а для развития страны, ещё раз важно подчеркнуть, необходима массовость, которая также на порядок поднимет существующий профессионализм в единицах.



Отсутствие профессионализма перечёркивает для выпускника успех в жизни и соответственно говорит о неэффективности вложений на его обучение, начиная с самого начала.



В советские времена любой выпускник ВУЗа после распределения имел время, чтобы “дозревать”, но уже с начала 90-ых годов всё изменилось, этого времени у него уже нет. При всей развитой системе профориентации времен СССР, сегодня предпринимаемые усилия в сфере ранней профориентации, дополнительного образования и особенно технических направлений должны быть на несколько порядков выше.

- Безопасность – это низкое напряжение питания (5 вольт) и отсутствие пайки.

- Минимум материальных затрат создаёт практически равные условия для любого школьника.

- Возможность выполнять практические задания в домашних условиях (безопасно, минимум затрат и сетевые возможности) значительно увеличивает общее время на развитие и качественно изменяет сам образовательный процесс. Учитывая это, даже минимальные материальные затраты могут не затрагивать государственный бюджет.

- по остальным пунктам отдельные слайды :

Стоимость по курсу лета 2014 года !



На цифрах показана не стоимость набора начального уровня (мы их пока не продаём), а величина затрат из расчёта на одного школьника, которые любой из руководителей занятий может организовать самостоятельно.

Одним из элементов мировой новизны является широкий выбор сборок со схемами начального и среднего уровня сложности - для них предложены оптимальные варианты расположения элементов на макетных платах, последовательная сборка с проверкой этапов. Среди них есть и оригинальные схемные решения на логике, например, приём последовательного кода в формате данных RS232, индикатор уровня с использованием RGB светодиодов типа WS2812 и так далее.



Сборки простых схем. Для изучения теории предлагаются схемы проверки работы различных логических элементов и простых схемных решений на них (на слайде RS триггер на элементах 2И-НЕ ). Для интересной практики предлагаются различные сборки схем “бегущих огней”, индикаторов уровня, схем с индикацией. На слайде показаны сборки схем “бегущих огней” на мс К176ИЕ12 и К155ИР13.



Сборки схем средней сложности :

Для изучения теории предлагаются схемы различных устройств на логике. На слайде представлены сборки: передача-приём данных по трём проводам (знания позволят понять схемные решения современных бегущих строк, а также интерфейса SPI для микроконтроллеров) и приём последовательного кода в формате данных RS232. На фото сборки можно отметить блютуз-модуль. Данное решение позволяет принимать байт данных, например, с сотового телефона или ПК и управлять простым внешним устройством без использования микроконтроллера.

Из интересной практики на слайде представлены - сборка на модулях схемы управления матричным экраном светодинамического устройства (платы управления, ключей и индикатора уровня проектировала Надежда Симаненкова, ЦО № 1428) и сборка индикатора уровня с использованием RGB светодиодов типа WS2812 (на этих светодиодах собираются современные видиоэкраны).

Этапы проводного монтажа :

1. Линейкой отмеряется расстояние между двумя контактами, которые необходимо соединить (измерение выполняется по длине макетки).
2. Вычисляется необходимая длина проводника (к отмеренному прибавляется фиксированная длина, зависящая от вида соединения), отрезается провод и выполняется зачистка на его краях (по 7-8 мм).
3. Провод устанавливается в отверстия контактов.
4. При необходимости выполняется укладка провода.
5. На место устанавливаются перемычки или элементы, если они были сняты перед установкой провода.

Этапы сборки для части схемы :

- выполняется монтаж проводов отдельной законченной части схемы (этапы 1-3 монтажа);
- проверяется работоспособность схемы, то есть, правильности сборки;
- и только потом выполняется аккуратная укладка (этапы 4-5 монтажа) тех проводов, положение которых на макетке при последующей сборке не изменяется.

См. тему "О проводе и монтаже на макетке".

Модуль заменяет часть схемы, которая уже понятна для обучаемого и её проводной монтаж занимает значительное место на макетной плате. Его использование даёт возможность высвободить пространство на макетке и выполнять сборки более сложных схем.

Например, на двух верхних сборках показаны варианты (без модуля и с ним) для простой схемы - подключение мс К176ИЕ4 к индикатору. На двух нижних сборках показаны варианты последовательного включения этих микросхем с разными индикаторами (для построения несложных схем часов, секундомеров и так далее).

Данные модули выполнены на основе односторонних печатных плат. Их проектирование и изготовление может являться частью практической работы кружка. Тема, где можно скачать файлы печатных плат для изготовления модулей "Модули для мс К176ИЕ3 и К176ИЕ4".

Ещё один характерный пример использования модулей. Файлы печатных плат также есть в теме "Индикатор уровня на ОУ" :





Было : Если необходимо быстро изготовить прототип электронного устройства, то обычно берут печатную плату (их также обычно называют макетными) и в соответствии со схемой выполняют проводной монтаж с пайкой (так надёжней для прототипа). Для начинающих схемотехников это чревато разного рода ошибками и частая перепайка может просто испортить печатную плату (контактные площадки “слетят”).

Стало : Печатная плата точно повторяющая рисунок топологии макетной платы без пайки даёт возможность заранее отработать не только схему на макетке без пайки, но и расположение деталей на прототипе. И только после этого схему прототипа можно “чисто перенести” с макетки на печатную плату. Ошибки в этом случае минимизированы.

=========================

Разработка большинства электронных изделий, составной частью которых обычно является и проектирование печатных плат, это длительный процесс и для начинающих может очень трудной и сложной задачей. На слайде показаны отдельные варианты работ с использованием и проектированием печатных плат, в которых по мере приближения к конечной цели, могут быть проекты разной сложности, при этом, все промежуточные результаты работ могут использоваться в образовательном процессе для более широкого круга начинающих.

Изображения слайда “Макетка - варианты проектирования” и пояснения к ним выполнены на примере работы со светодиодным блоком P10 :



1. Начальный вариант - проработка проекта с использованием макетки.

Но иногда (как и в этом случае) при работе с макеткой появляется необходимость изготовления переходников для отдельных деталей (например, двухрядных разъёмов). В этом случае для их изготовления используются обычные макетные платы для пайки с шагом 2,54 мм.

2. Работа над проектом на макетке с использованием модулей (и разработка самих модулей), заменяющих часть стандартных простых соединений или отработанных частей схемы.

В данном случае модуль T2313_P10 установлен над микроконтроллером; модуль заменяет собой монтаж на макетке разъёма для подключения программатора и разъёма для подключения шлейфа от светодиодного блока P10. На фотоизображении п.2 собрана часть схемы, которая заменяет выделенную (резкую) область в сборке на макетке в п.1.

Сборка в нерезкой части изображения п.1 требуется здесь только на начальном этапе работы с проектом, при этом, также может быть выполнена отдельным модулем.

Обычно подобное развитие проекта может быть заданием начального уровня при работе с САПРами (проектирование печатных плат).

3. Разработка и использование универсальных плат, подменяющих собой часть макетного поля макетки и соответственно на которых можно устанавливать все модули по п.2.

На изображении п.3 показан универсальный модуль при использовании микроконтроллера ATtiny2313. На печатной плате модуля есть разъём питания с индикацией, макетной поле для выводов микроконтроллера, разъёмы для подключения программатора и внешнего сигнала. Сверху можно устанавливать модули, применяемые для макетки по п.2.

4. Разработка проекта, сочетающего в себе проработки по п.2 и п.3, но оставляющие перспективу развития проекта.

На изображении п.4 показан модуль управления светодиодным блоком P10. На печатной плате модуля есть основные части конечного варианта платы : разъём питания с индикацией, разъёмы для подключения программатора, внешнего сигнала и шлейфа от блока P10. На плате установлен микроконтроллер и с обеих его сторон есть контактные гнёзда, через которые сверху можно подключить внешний модуль (рядом лежит модуль с кнопками управления).

5. Конечный вариант - разработка проекта (печатной платы) для законченного изделия.

Все предлагаемые сборки выполняются обычным проводным монтажом, как без модулей, так и с их использованием. Начиная с простой схемы включения светодиода, этапы практики с проверкой наращиваются также простыми схемными дополнениями, и в результате сложенная из простых частей сборка только по мере выполнения работы видится сложной. На слайде сборка автомата управления матричным экраном светодинамического устройства с использованием различных типов модулей.

Аккуратная этапная сборка приводит почти всегда к стопроцентному результату. Всё начинается с простых схем, сборка которых содержит самые простые этапы, например, схема генератора на логических элементах выполняется за пять этапов :

Литература – сегодня предложения использовать макетные плат без пайки уже частое явление в технической литературе, есть и книги, полностью посвящённые работам на макетках (правда только на английском языке).

Обучение и конкурсы – макетные платы без пайки активно используются в обучении. Их также можно встретить в технических проектах школьников.

Учебное оборудование - подобные макетные платы без пайки используются в учебном оборудовании компании National Instruments. Это оборудованием используется широко в мире, но также и в образовательных учреждениях России (школах, колледжах, вузах).

Дополнительно :
Наши предложения об эффективном использовании учебного оборудования компании в теме :
“National Instruments и практика SOTVORIMVMESTE.RU”

Сегодня больше всего требуются преподаватели для технических кружков начального уровня, что соответственно делает этот круг самым широким из возможных.

Внимание ! Продолжение на второй странице темы.