March 26th, 2012

Лаба1.Часть1: сборка простых электронных схем на основе микросхем малой степени интеграции

ЖЖ не проглотил пост целиком, поэтому разбиваю на две части. Здесь Часть 1 - подбор реквизита.

Подбор реквизита

В основе первой лабы лежат первые уроки из замечательной книги Tronix 2, которую можно купить всего за 50$ без учета стоимости доставки - кроме собственно книги с набором упражнений в комплект входит макетная плата и набор всех необходимых радиоэлементов. Однако в формате одной ознакомительной лабораторной работы покупка целого журнала на человека/команду избыточна - гораздо дешевле (а с данной инструкцией - еще и быстрее) купить все необходимые элементы отдельно в каком-нибудь интернет-магазине (в стационарных оффлайн-супермаркетах электроники ничего подобного найти не получилось - в м-видео не нашлось даже батайки Крона) или на местном радиорынке, а сами вводные упражнения можно посмотреть ниже.

Опытные коллеги мне посоветовали магазин chipnn.ru - я на нем сразу и остановился не только потому, что его главный склад географически находится в Нижнем Новгороде, но и потому, что там оказались самые дешевые компоненты по сравнению со всем тем, что я до этого сходу мог найти сам в интернете. Саму макетную плату (самый дорогой компонент) я успел купить за 295руб (на данный момент этой позиции нет в наличии - следующий по цене вариант - 345руб) - для сравнения в популярном и тоже очень хорошем магазине chipdip.ru самая дешевая плата стоит 680руб. В магазине предусмотрена доставка почтой по всей России, в Нижнем Новгороде мне пришлость пройти 800метров пешком от дома до пункта самовывоза.
Collapse )

Лаба1.Часть2: сборка простых электронных схем на основе микросхем малой степени интеграции

ЖЖ не проглотил вторую часть поста целиком тоже, поэтому разбиваю еще на две части. Здесь Часть 2 - Введение в весь курс и в первую лабораторную работу, подбор реквизита практических упражнений в предыдущем сообщении.

Введение (в весь курс вообще и в 1ю лабораторную работу в частности)

Общефилософская подводка для первого очного занятия в аудитории ко всему предстоящему курсу и первой лабе

Наверное сценарии взаимодействия с любыми рукотворными (и не только) устройствами или механизмами (и не только), с которыми люди имеют дело в повседневной жизни, можно объединить такими общими принципами:
- у них есть некий интерфейс ввода (получения команды от человека или посредника)
- у них есть интерфейс вывода (способ донести результат работы до человека или посредника)
- между интерфейсами ввода и вывода находится условный черный ящик, который каким-то образом преобразует информацию, получаемую через интерфейс ввода, в действия на устройствах вывода.

Каким образом устроен тот или иной черный ящик внутри для использования устройства по назначению в принципе не важно, но если хочется или требуется залезть поглубже, то внутри одного большого черного ящика можно обнаружить множество более мелких черных ящичков, которые связаны между собой точно такими же интерфейсами ввода и вывода - и так бесконечно вглубь по рекурсии.

Иерархию черных ящиков для электронных вычислительных систем можно грубо изобразить например такой картиной:
Collapse )

Лаба1.Часть3: сборка простых электронных схем на основе микросхем малой степени интеграции

ЖЖ не проглотил вторую часть поста целиком тоже, поэтому разбиваю еще на две части. Здесь Часть 3 - Сама первая лабораторная работа, подбор реквизита для практических упражнений, введение в весь курс и в первую лабораторную работу.

Итак, первое лабораторное занятие - "Сборка простых электронных схем на основе микросхем малой степени интеграции" - несколько практических упражнений для знакомства с основами цифровой логики:
- знакомство с макетными платами и базовыми элементами схемотехники (светодиоды, диоды, конденсаторы и т.п),
- базовые операции булевой алгебры в физическом исполнении,
- логические элементы (гейты),
- динамика в виде простого таймера,
- элементарные устройства вывода (диодный дисплей)

триггеры (флип-флопы) из первого знакомства выпали и оставлены для лучших времен.

Входные предположения об объектах обучения:
- имеют смутные воспоминания об основах электродинамики из курса школьной программы (напряжение плюс-минус, течет ток, можно добавлять сопротивление)
- имеют хорошее представление как минимум об основах дискретной математики (булева алгебра) и программирования (процедурное мышление), чтобы после прохождения ознакомительных упражнений иметь возможность интуитивно ощутить, что из представленных простых физических элементов логики можно строить большие дискретные системы любой степени сложности, в которых будут реализованы уже сложные абстрактные идеи, которые можно сформулировать на языке логики.

Собственно лабораторная работа
Collapse )
Заключение
Мои впечатления от лабораторной работы как выпускника специальности Прикладная Матемитика и Java-программиста. Самый важный результат заключается в том, что эта лабораторная работа показала существование надстройки основ дискретной математики (булевой алгебры) над школьной электродинамикой (из которой лично у меня мало чего оставалось кроме смутных воспоминаний о законе Ома) - осознание этого факта открывает дорогу к пониманию принципов построения более сложных электронных систем, в основе которых лежит все та же дискретка.




С практической точки зрения игры с лампочками на макетных платах оказались довольно важны для визуального ускоренного усвоения новой информации, но за осуществление каких-то относительно сложных проектов лично я бы имея на руках одни макетные платы и россыпь разных логических гейтов не взялся - все-таки при увеличении сложности схемы процесс соединения проводков на схеме становится довольно утомительным и затратным по времени, при этом сложность (а значит и ценность проекта) собираемой системы будет довольно сильно ограничена чисто физически - площадь макетной платы можно увеличить, но как делать "рефакторинг кода" или искать ошибки, когда из одной куче торчит тысяча проводов я представляю слабо (хотя судя по информации в интернете кто-то умудряется водружать на них целые процессоры, поэтому так категорично утверждать не буду) - при этом вопрос создания проектной документации и конвертация собранного таким образом прототипа в формат документа, который мог бы быть использован для серийного производства, вообще не рассматривается. Совершенно другое дело - это чипы ПЛИС (FPGA) с программируемой цифровой логикой (в их основе лежат все те же самые базовые элементы, которые были рассмотрены в текущей лабе, но процесс манипуляции с ними организован на качественно более высоком уровне) - знакомство с ними сразу на порядки расширяет границы для фантазии в выборе целей возможных проектов - первое знакомство с ними запланировано на следующую лабораторную работу.