Como usar a placa de circuito. Tábua de pão. Prototipagem de dispositivos eletrônicos, rádio-eletrônicos. Protótipo. Modelagem de circuitos. Simular. Com minhas próprias mãos. Caseiro. Fazer. Desenho. Modelo. Esquema. O que é e como comer

15.06.2019

Como funciona uma placa de ensaio sem solda?

Uma placa de ensaio sem solda consiste em uma base de plástico que contém um conjunto de conectores de pinos condutores. Existem muitos desses conectores. Dependendo do design da placa de ensaio, os conectores de pinos são combinados em linhas, por exemplo, 5 peças cada. O resultado é um conector de cinco pinos. Cada um dos conectores permite que você conecte pinos a ele. componentes eletrônicos ou condutores condutores com um diâmetro, em regra, não superior a 0,7 mm.

Mas, como dizem, é melhor ver uma vez do que ouvir cem vezes. É assim que uma placa de ensaio sem solda se parece EIC-402 para montagem sem solda em 840 pontos. Assim, esta placa de ensaio contém conectores de 840 pinos!

A base da placa de ensaio é de plástico ABS. Os conectores de contato são feitos de bronze fosforoso e revestidos com níquel. Devido a isso, os conectores de contato (pontos) são projetados para 50.000 ciclos de conexão/desconexão. Os conectores de contato permitem conectar os cabos de componentes e condutores de rádio com diâmetro de 0,4 a 0,7 mm.

E é assim que se parece a placa de depuração para microcontroladores da série Pic montados em uma placa de ensaio sem solda.

Como você pode ver, uma placa de ensaio sem solda permite instalar resistores, capacitores, microcircuitos, LEDs e indicadores. Incrivelmente simples e conveniente.

Com uma placa de ensaio sem solda, aprender sobre eletrônica torna-se processo fascinante. Diagramas esquemáticos são montados em uma placa de ensaio sem nenhum trabalho extra. Tudo é tão simples como se você estivesse brincando com um construtor LEGO.

Dependendo da “inclinação” de uma placa de ensaio sem solda, ela pode ser equipada com um conjunto de condutores de conexão (fios de jumper), conectores adicionais, etc. a qualidade dos conectores de contato e seu número. Tudo está claro aqui, quanto mais pontos de contato (conectores), mais complexo o circuito pode ser montado em tal placa. A qualidade dos conectores também é importante, pois com o uso frequente, os conectores podem perder suas propriedades elásticas, e isso levará a uma má qualidade de contato no futuro.

Como os conectores da placa de ensaio permitem conectar condutores com um diâmetro não superior a 0,4-0,7 mm, as tentativas de “empurrar” os fios grossos das peças só podem causar danos ao contato. Neste caso, para as conclusões dos elementos de rádio que possuem grande diâmetro, por exemplo, como nos diodos poderosos, é melhor soldar ou enrolar um fio de diâmetro menor e só então conectar o elemento à placa de ensaio.

Se você planeja fazer o layout de um circuito bastante complexo com grande quantidade elementos, a área da placa de ensaio sem solda pode não ser suficiente. Nesse caso, é melhor dividir o circuito em blocos, cada um dos quais deve ser montado em uma placa de ensaio separada e depois conectado em um único dispositivo usando condutores de conexão. É claro que, neste caso, será necessária uma placa de ensaio adicional.

Como regra, uma placa de prototipagem com um conjunto de condutores de conexão de diferentes comprimentos (fios jumper) é mais cara do que as placas sem solda convencionais, que não são equipadas com esses condutores. Mas isso não é um problema. O fio isolado comum também pode ser usado como condutores de conexão.

Por exemplo, um fio muito comum e acessível é perfeito para tais fins. KSVV 4x0,4 que é usado para montagem alarme de segurança e incêndio. Este fio tem 4 núcleos, cada um dos quais é coberto com isolamento. O diâmetro do próprio núcleo de cobre, excluindo o isolamento, é de 0,4 mm. O isolamento de tal fio é facilmente removido com cortadores de fio e fio de cobre não envernizado.

A partir de um metro desse cabo, você pode fazer muitos condutores de conexão de diferentes comprimentos. A propósito, nas fotos da protoboard mostradas acima, apenas o fio KSVV foi usado para conectar os componentes do rádio.

A placa de ensaio deve ser protegida contra poeira. Se o esquema muito tempo não usado, então a poeira se deposita em sua superfície, o que obstrui os conectores de contato. No futuro, isso levará a um mau contato e a protoboard terá que ser limpa.

As placas de ensaio sem solda não são projetadas para funcionar com 220 volts! Também vale a pena entender que o layout e a verificação do trabalho circuitos de alta corrente em uma placa de ensaio sem solda pode causar o superaquecimento dos pinos.

Blindagem de tábua de pão.

Preparando uma placa de ensaio sem solda antes do trabalho.

Antes de começar a prototipar o circuito em uma nova placa de ensaio sem solda, não será supérfluo “tocar” os conectores de pinos com um multímetro. Isso é necessário para descobrir quais pontos do conector estão conectados entre si.

O fato é que os pontos (conectores) na protoboard estão conectados na protoboard de uma maneira especial. Por exemplo, a placa de ensaio sem solda EIC-402 possui 4 zonas de contato independentes. Dois ao longo das bordas são trilhos de energia (positivo " + " e menos " - ”), eles são marcados com uma linha vermelha e azul ao longo dos pontos de contato. Todos os pontos de barramento estão interligados eletricamente e, de fato, representam um condutor, mas com vários pontos de conexão.

A área central é dividida em duas partes. No meio, essas duas partes são separadas por uma espécie de sulco. Cada parte tem 64 linhas com 5 pontos de conexão em cada uma. Esses 5 pontos de conexão em sequência são conectados eletricamente entre si. Assim, se, por exemplo, um microcircuito em um pacote DIP-8 ou DIP-18 estiver instalado no centro da placa de ensaio, então 4 saídas de elemento de rádio ou 4 fios de conexão de jumper podem ser conectados a cada uma de suas saídas.

Além disso, os trilhos de alimentação em ambos os lados da placa de ensaio permanecerão disponíveis para conexão. É bastante difícil explicar isso em palavras. Claro, é melhor vê-lo ao vivo e jogar o suficiente com uma placa de ensaio sem solda. Aqui está um circuito que montei em uma placa sem solda. Esta é a placa de desenvolvimento de depuração mais simples para microcontroladores PIC. Possui um microcontrolador PIC16F84 e elementos de cintagem: indicador, botões, campainha...

Breadboard para montagem sem solda é conveniente de usar para montagem rápida circuitos de medição, por exemplo, para testar o receptor IR.

Essas placas podem ser compradas não apenas nos mercados de rádio, mas também na Internet.

Placas de pão sem solda baratas podem ser compradas no AliExpress.com. Falei sobre como comprar componentes e kits de rádio no AliExpress.

Aquele que deu origem ao holivar nos comentários. Muitos adeptos do Arduino, segundo eles, querem apenas montar algo como LEDs piscantes para diversificar seu tempo de lazer e brincar. Ao mesmo tempo, eles não querem se preocupar com a gravação e a solda da placa. Como uma das alternativas, o camarada citou o construtor Connoisseur, mas suas capacidades são limitadas pelo conjunto de peças incluídas no kit, e o construtor ainda é para crianças. Quero oferecer outra alternativa - a chamada Breadboard, uma placa de ensaio para montagem sem o uso de solda.
Cuidado, muitas fotos.

O que é e como comer

O principal objetivo de tal placa é o design e a depuração de protótipos. vários dispositivos. Composto este aparelho de ninhos de furos com um passo de 2,54 mm (0,1 polegada), é com esse passo (ou um múltiplo dele) que as conclusões estão localizadas na maioria dos componentes de rádio modernos (o SMD não conta). As tábuas de pão são vários tamanhos, mas na maioria dos casos eles consistem nos seguintes blocos idênticos:

Esquema conexões elétricas ninhos é mostrado na figura à direita: cinco furos de cada lado, em cada uma das linhas (no este caso 30) estão eletricamente conectados entre si. À esquerda e à direita existem duas linhas de energia: aqui todos os orifícios da coluna estão interligados. O slot no meio é projetado para instalação e fácil remoção de microcircuitos em pacotes DIP. Para montar o circuito, os componentes do rádio e os jumpers são inseridos nos orifícios, pois recebi a placa sem jumpers de fábrica - os fiz de metal clipes de papel, e pequenos (para conectar soquetes adjacentes) de grampos para um grampeador.
Pode parecer que quanto maior a placa, maior a sua funcionalidade, mas isso não é totalmente verdade. Há uma chance muito pequena de alguém (especialmente iniciantes) montar um dispositivo que ocupe todos os segmentos da placa, aqui estão vários dispositivos ao mesmo tempo - sim. Por exemplo, aqui eu montei uma ignição eletrônica em um microcontrolador, um multivibrador em transistores e um gerador de frequência para um medidor LC:

Bem, o que pode ser feito sobre isso?

Para justificar o título do artigo, darei alguns dispositivos. Uma descrição do que e onde inserir estará nas imagens.

Detalhes necessários

Para montar um dos circuitos descritos abaixo, você precisará da própria Breadboard e de um conjunto de jumpers. Além disso, é desejável ter uma fonte de energia adequada, no caso mais simples - uma bateria (s), para a conveniência de sua conexão, recomenda-se o uso de um recipiente especial. Você também pode usar uma fonte de alimentação, mas nesse caso você precisa ter cuidado e tentar não queimar nada, já que a PSU custa muito mais do que as baterias. Os demais detalhes serão dados na descrição do próprio circuito.

Conectando um LED

Um dos desenhos mais simples. Os esquemas são mostrados a seguir:

Dos detalhes que você precisará: um LED de baixa potência, qualquer resistor de 300Ω-1kΩ e uma fonte de alimentação de 4,5-5V. No meu caso, um poderoso resistor soviético (o primeiro que veio à mão) a 430 Ohm (como evidenciado pela inscrição K43 no próprio resistor) e como fonte de alimentação - baterias de 3 dedos (tipo AA) no recipiente: total 1,5 V * 3 = 4, 5 V.
Na placa fica assim:

As baterias são conectadas aos terminais vermelho (+) e preto (-) dos quais os jumpers são puxados para as linhas de energia. Em seguida, um resistor é conectado da linha negativa aos soquetes nº 18, por outro lado, um LED é conectado aos mesmos soquetes com um cátodo (perna curta). O ânodo do LED está conectado à linha positiva. Não vou entrar no princípio de operação do circuito e explicar a lei de Ohm - se você quiser apenas brincar, isso não é necessário, mas se você ainda estiver interessado, também poderá.

Regulador de Tensão Linear

Talvez esta seja uma transição bastante acentuada - de um LED para microcircuitos, mas em termos de implementação, não vejo dificuldades.
Portanto, existe um microcircuito LM7805 (ou simplesmente 7805), qualquer tensão de 7,5V a 25V é aplicada à sua entrada e obtemos 5V na saída. Existem outros, por exemplo, o chip 7812 - 12V. Aqui está o diagrama de fiação dela:

Capacitores são usados para estabilizar a tensão e, se desejado, eles podem ser omitidos. É assim que se parece na vida real:

E um close:

A numeração dos pinos do microcircuito vai da esquerda para a direita, se você olhar pelo lado da marcação. Na foto, a numeração dos pinos do microcircuito coincide com a numeração dos conectores bradboard. O terminal vermelho (+) está conectado à 1ª perna do microcircuito - a entrada. O terminal preto (-) está conectado diretamente à linha de energia negativa. A perna do meio do microcircuito (Comum, GND) também está conectada à linha negativa e a 3ª perna (Saída) à linha positiva. Agora, se você aplicar uma tensão de 12V nos terminais, deve haver 5V nas linhas de energia. Se não houver fonte de alimentação de 12V, você pode pegar uma bateria Krona de 9V e conectá-la através de um conector especial mostrado na foto acima. Eu usei uma fonte de alimentação de 12V:

Independentemente do valor da tensão de entrada, se estiver dentro dos limites acima - voltagem de saída será 5V:

Por fim, vamos adicionar capacitores para que tudo fique em ordem:

Gerador de pulso em elementos lógicos

E agora um exemplo de uso de outro microcircuito, e não em sua aplicação mais padrão. É utilizado o chip 74HC00 ou 74HCT00, dependendo do fabricante, podem aparecer letras diferentes antes e depois do nome. Análogo doméstico - K155LA3. Dentro deste microcircuito existem 4 elementos lógicos "AND-NOT" (eng. "NAND"), cada um dos elementos possui duas entradas, fechando-os juntos obtemos o elemento "NOT". Mas neste caso, os elementos lógicos serão usados em "modo analógico". O circuito do gerador é o seguinte:

Os elementos DA1.1 e DA1.2 geram um sinal, e DA1.3 e DA1.4 formam retângulos claros. A frequência do oscilador é determinada pelos valores do capacitor e do resistor e é calculada pela fórmula: f=1/(2RC). Conectamos qualquer alto-falante à saída do gerador. Se pegarmos um resistor de 5,6kΩ e um capacitor de 33nF, obtemos cerca de 2,7kHz - uma espécie de som estridente. É assim que se parece:

5V do regulador de tensão montado anteriormente é conectado às linhas de energia superiores na foto. Para facilitar a montagem, darei uma descrição verbal das conexões. A metade esquerda do segmento (abaixo na foto):
O capacitor é instalado nos soquetes nº 1 e nº 6;
Resistor - Nº 1 e Nº 5;

Nº 1 e Nº 2;
Nº 3 e Nº 4;
Nº 4 e Nº 5;

Nº 2 e Nº 3;
Nº 3 e Nº 7;
Nº 5 e Nº 6;
Nutrição nº 1 e “plus”;
No. 4 e dinâmica "plus";
Além do mais:

o microcircuito está instalado como na foto - a primeira perna no primeiro conector da metade esquerda. A primeira perna do microcircuito pode ser identificada pela chamada chave - um círculo (como na foto) ou um recorte semicircular no final. As pernas restantes do IC em pacotes DIP são numeradas no sentido anti-horário.
Se tudo estiver montado corretamente - quando a energia for aplicada, o alto-falante deve chiar. Alterando os valores do resistor e capacitor, você pode acompanhar as mudanças de frequência, mas se a resistência for muito alta e/ou a capacitância for muito baixa, o circuito não funcionará.
Agora alteramos o valor do resistor para 180kOhm e o capacitor para 1uF - recebemos um som de clique. Substituímos o alto-falante por um LED conectando o ânodo (perna longa) ao 4º conector do tapete direito, e o cátodo através de um resistor de 300Ω-1kΩ à potência menos, obtemos um LED piscando assim:

E agora vamos adicionar outro gerador desse tipo para obtermos o seguinte circuito:

O gerador em DA1 gera um sinal de baixa frequência ~ 3 Hz, DA2.1 - DA2.3 - alta frequência ~ 2,7 kHz, DA2.4 - modulador que os mistura. É assim que o design deve ficar:

Descrição das conexões:
A metade esquerda do segmento (abaixo na foto):
O capacitor C1 é instalado nos soquetes nº 1 e nº 6;
Capacitor C2 - Nº 11 e Nº 16;
Resistor R1 - Nº 1 e Nº 5;
Resistor R2 - Nº 11 e Nº 15;
Os jumpers são instalados entre os seguintes soquetes:
Nº 1 e Nº 2;
Nº 3 e Nº 4;
Nº 4 e Nº 5;
Nº 11 e Nº 12;
Nº 13 e Nº 14;
Nº 14 e Nº 15;
Nº 7 e uma linha de energia negativa.
Nº 17 e uma linha de energia negativa.
A metade direita do segmento (superior na foto):
jumpers são instalados entre os seguintes soquetes:
Nº 2 e Nº 3;
Nº 3 e Nº 7;
Nº 5 e Nº 6;
Nº 4 e Nº 15;
Nº 12 e Nº 13;
Nº 12(13) e Nº 17;
Nutrição nº 1 e “plus”;
No. 11 e nutrição "plus";
No. 14 e dinâmica "plus";
Além do mais:
jumpers entre os conectores nº 6 das metades esquerda e direita;
jumpers entre os conectores nº 16 das metades esquerda e direita;
- entre as linhas "menos" esquerda e direita;
- entre a potência negativa e o alto-falante "-";
o chip DA1 é instalado da mesma maneira que no caso anterior - a primeira perna está no primeiro conector da metade esquerda. O segundo microcircuito - com a primeira perna no slot nº 11.
Se tudo for feito corretamente, quando a energia for aplicada, o alto-falante começará a emitir três picos a cada segundo. Se você conectar um LED aos mesmos conectores (em paralelo), observando a polaridade, obterá um dispositivo que soa como aparelhos eletrônicos legais de filmes de ação não menos legais:

Multivibrador transistorizado

Este esquema é mais uma homenagem às tradições, já que antigamente quase todos os radioamadores iniciantes coletavam um semelhante.

Para montar um similar, você precisará de 2 transistores BC547, 2 resistores de 1,2kΩ, 2 resistores de 310Ω, 2 capacitores eletrolíticos de 22uF e dois LEDs. Capacitâncias e resistências não precisam ser observadas exatamente, mas é desejável que o circuito tenha dois valores idênticos.
Na placa, o dispositivo se parece com isso:

A pinagem do transistor é a seguinte:

Base B(B), coletor C(K), emissor E(E).
Para capacitores, a saída negativa é assinada no gabinete (nos capacitores soviéticos foi assinado "+").
Descrição das conexões
Todo o esquema é montado em uma metade (esquerda) do segmento.
Resistor R1 - Nº 11 e "+";
resistor R2 - nº 19 e "+";
resistor R3 - Nº 9 e Nº 3;
resistor R4 - Nº 21 e Nº 25;
transistor T2 - emissor - nº 7, base - nº 8, coletor - nº 9;
transistor T1 - emissor - nº 23, base - nº 22, coletor - nº 21;
capacitor C1 - menos - nº 11, mais - nº 9;
capacitor C2 - menos - nº 19, mais - nº 21;
LED1 LED - cátodo-№3, ânodo-"+";
LED1 LED - cátodo-№25, ânodo-"+";
saltadores:
№8 - №19;
№11 - №22;
№7 - "-";
№23 - "-";
Quando uma tensão de 4,5-12V é aplicada à linha de energia, algo assim deve acontecer:

Finalmente

Em primeiro lugar, o artigo é voltado para aqueles que querem "brincar", então não dei descrições dos princípios de funcionamento dos circuitos, leis físicas, etc. Se alguém fizer a pergunta "por que está piscando?" - na Internet você encontra muitas explicações com animações e outras coisas lindas. Alguns podem dizer que o brainboard não é adequado para desenhar diagramas complexos, mas que tal isso:

e há projetos ainda mais terríveis. Em relação ao possível mau contato - ao usar peças com pernas normais, a probabilidade de um mau contato é muito pequena, isso aconteceu comigo apenas algumas vezes. Em geral, placas semelhantes já surgiram aqui várias vezes, mas como parte de um dispositivo construído no Arduino. Para ser honesto, não entendo construções como esta:

Por que você precisa do Arduino, se você pode pegar um programador, flashear um controlador com ele em um pacote DIP e instalá-lo na placa, obtendo um dispositivo mais barato, compacto e portátil.
Sim, você não pode coletar alguns na placa de ensaio circuitos analógicos sensíveis à resistência e topologia dos condutores, mas não se deparam com tanta frequência, principalmente entre os iniciantes. Mas para circuitos digitais quase não há restrições. O LiveJournal também não engoliu a segunda parte do post como um todo, então estou dividindo em mais duas partes. Aqui Parte 3 - O primeiro trabalho de laboratório , .

Assim, a primeira aula de laboratório - "Montagem de Circuitos eletrônicos baseado em microcircuitos de baixo grau de integração" - alguns exercícios práticos para se familiarizar com os fundamentos da lógica digital:
- familiaridade com protoboards e elementos básicos de circuitos (LEDs, diodos, capacitores, etc.),
- operações básicas de álgebra booleana na execução física,
- elementos lógicos (portas),
- dinâmica na forma de um temporizador simples,
- dispositivos de saída elementares (display de diodo)

gatilhos (chinelos) do primeiro conhecido caíram e foram deixados para tempos melhores.

Suposições de entrada sobre objetos de aprendizagem:
- ter memórias vagas dos fundamentos da eletrodinâmica do curso currículo escolar(tensão mais ou menos, fluxos de corrente, você pode adicionar resistência)
- ter uma boa compreensão de pelo menos o básico de matemática discreta (álgebra booleana) e programação (pensamento procedimental), de modo que, após passar nos exercícios introdutórios, eles possam intuitivamente sentir que grandes sistemas discretos de qualquer complexidade podem ser construídos a partir do simples apresentado elementos físicos da lógica, nos quais ideias abstratas complexas que podem ser formuladas na linguagem da lógica já foram implementadas.

Na verdade, trabalho de laboratório

1. Detalhes principais— placa de ensaio, diodos e LEDs

A placa de ensaio permite criar circuitos eletrônicos de qualquer configuração sem o uso de um ferro de solda - simplesmente enfiando as pernas dos elementos do circuito nos orifícios da placa. Isso é possível devido à maneira como esses orifícios são conectados dentro do plástico por condutores. Ao longo das bordas há listras horizontais com mais e menos ao longo de todo o comprimento da placa - se você conectar o fio da bateria (por exemplo, mais) em um dos orifícios em qualquer lugar, mais será alimentado ao longo de todo o comprimento deste tira e você pode "alimentar" a partir dele conectando o fio em qualquer outro orifício da mesma tira horizontal.

A base da placa é uma sequência de tiras condutoras verticais (se você olhar a foto abaixo) com cinco furos acima de cada uma. Se você colocar dois fios em dois orifícios acima da mesma faixa vertical, eles serão conectados em uma corrente (o mesmo que torcer as pernas diretamente). Duas tiras adjacentes não estão conectadas de forma alguma; portanto, colando uma extremidade dos elementos em uma tira vertical e colando as outras extremidades dos mesmos elementos em outras, você pode construir circuitos seriais de qualquer configuração. Depois disso, um sinal positivo é fornecido de uma faixa horizontal com um sinal positivo para uma das faixas verticais através dos fios, e um sinal negativo é fornecido da faixa horizontal com um sinal negativo para outra parte do circuito através de outro fio, e todo o circuito começa a funcionar.

Se não estiver muito claro agora, tudo ficará claro após a primeira experiência com o LED.

Para a direção da corrente nos diagramas, é costume tomar a direção de mais (+) para menos (-).

Nota: não confunda a direção da corrente "convencional" (de mais para menos) com a direção do fluxo físico de elétrons que vão de menos para mais - ou seja, na direção oposta - em alguma literatura (incluindo no livro tron.ix em uma das primeiras fotos - daí a observação) - a direção do fluxo de elétrons é usada, na outra - a direção "convencional" da corrente - isso se deve às tradições e algumas outras nuances - os circuitos elétricos são mais convenientes de ler usando a direção "convencional" mais-> menos, então vamos usá-lo em todos os lugares.

Um diodo é um condutor que passa a corrente em apenas uma direção - de mais (+) para menos (-), e não passa de menos (-) para mais (+). Nos diagramas, o diodo é indicado por uma seta apoiada em uma linha vertical, a seta indica a direção da corrente permitida pelo diodo. A perna do diodo, que no modo de passagem de corrente deve ser conectada ao positivo, é chamada ânodo, que ao menos - cátodo.

Um LED é o mesmo diodo, apenas no modo de transmissão atual (quando um mais é aplicado ao ânodo e um menos ao cátodo), ele brilha com uma lâmpada e no modo de não transmissão não brilha. No diagrama, o LED também é indicado como um diodo convencional, apenas a seta circulada. O ânodo do LED é uma perna longa (aplicamos um sinal de mais a ele), o cátodo é curto (geralmente o conectamos a um sinal de menos). Em todos os diagramas do laboratório - na foto e no vídeo - a perna longa está à esquerda e a curta à direita.

2. Determinação dos valores booleanos TRUE/FALSE na seção selecionada do circuito — LED como indicador valor atual

As variáveis booleanas são determinadas pelo nível de tensão na seção do circuito da qual tiramos o valor. Para TRUE=1=HIGH aceitamos o valor mais (+) ("voltage HIGH"), para FALSE=0=LOW aceitamos menos (-) ou terra ("voltage LOW").

Para verificar pessoalmente o valor booleano atual na área selecionada, você pode usar o LED - conecte o ânodo (perna longa) ao ponto em que o valor é obtido e conecte o cátodo (perna curta) ao menos. Se um mais (+) for aplicado ao ponto de conexão do ânodo, ou seja, o valor lido deve ser TRUE, a corrente fluirá do ânodo para o cátodo através do LED e sua luz acenderá. Se houver um ponto negativo ou terra no ponto de conexão do ânodo, a corrente não fluirá, a luz não acenderá - o valor obtido é FALSE.

Nota: Não é recomendado conectar o LED diretamente na bateria sem resistência intermediária ou se a resistência conectada for muito baixa, pois caso contrário, ele pode queimar devido a muita corrente para a qual não foi projetado (por um tempo ele acenderá, mas ficará muito quente e eventualmente queimará). Com uma resistência de 500 ohms (que antes era escolhida como "mais fraca"), nada ameaça o LED.

Tarefa na audiência: desenhe um diagrama de fiação de LED na placa e peça ao grupo para implementá-lo nas placas de ensaio. Nesse momento, uma nuance específica para trabalhar na plateia é imediatamente revelada. Existem duas fotos no livro tron.ix para cada exercício - uma mostra o diagrama de conexão lógica, a segunda mostra uma placa de ensaio com furos e todos os elementos necessários para que você possa ver quais pernas estão presas onde, etc. Sentado em casa com um livro, é mais fácil olhar para a segunda foto e apenas repetir o desenho do livro em uma protoboard ao vivo. Em uma platéia com um grande número de pessoas, esse truque não funciona de forma alguma - uma imagem fotorrealista distinta de uma protoboard com todos os furos e com todos os elementos presos em uma pilha é bastante difícil de desenhar no quadro com um marcador , então é mais fácil desenhar diagrama de circuito, e os próprios alunos já estão se aprofundando em como fazer sua incorporação física em uma protoboard. A primeira tarefa com um LED simples e resistência levou cerca de 10 minutos. este foi o primeiro conhecimento do layout da placa de ensaio (o diagrama de conexão dos furos dentro da placa durante a primeira tarefa, a propósito, não pode ser apagado da placa) e um segundo encontro com os fundamentos da eletrodinâmica após um longo separação - por exemplo, algumas pessoas decidiram primeiro colocar as pernas do LED diretamente nos orifícios das tiras para alimentação (e ambos são plus), mas depois de alguns esclarecimentos e esclarecimentos, todos se aprofundaram no assunto, e a seguir tarefas, o processo de conversão de um circuito lógico em um circuito físico já era muito mais divertido.

3. Tabela verdade e operador OR
Como mostrado no exercício anterior, como variáveis , que pode pegar valores booleanos TRUE/FALSE, podemos pegar certas seções da cadeia - porque dentro condições diferentes a tensão na mesma seção pode ser ALTA (+) e BAIXA (-) - daí o termo " variável" - a possibilidade de atribuir um valor.

Além disso, se construirmos alguma combinação de elementos elétricos (como diodos, resistências, etc.) entre duas seções do circuito, essa combinação intermediária (ou circuito) pode afetar qual valor será tomado na segunda (seção de saída) circuito, dependendo do valor da corrente na seção de 1m (entrada) do circuito. Aqueles. este circuito intermediário converte essencialmente um ou mais valores nas pernas da cadeia de entrada em um novo valor na perna da cadeia de saída de acordo com uma determinada regra. Porque valores em todas as seções (entrada e saída) podem assumir o valor TRUE/FALSE, ou seja, eles são booleanos variáveis , podemos tomar o circuito conversor intermediário como um normal boleano operador (nomeadamente, para a sua implementação física).

Na matemática discreta, qualquer operador é definido por sua tabela verdade, que lista todas as combinações possíveis de valores de parâmetros de variáveis (para duas variáveis de entrada: 11, 10, 01, 00) e indica o valor do resultado da ação do operador para cada uma das combinações (para duas variáveis de entrada, ou seja, haverá 4 valores de uns e zeros).

Como indicado no início - supõe-se que o público deve estar familiarizado com pelo menos os conceitos básicos da matemática discreta, que incluem tabelas-verdade - essa suposição foi confirmada na audiência - não foi necessário explicar para que serve uma tabela-verdade muito tempo - tudo e eles já estavam cientes disso.

Como primeiro exemplo, considere a implementação física do operador booleano elementar OU. Seu diagrama esquemático fica assim:

Você pode descobrir como sua tabela verdade se parece encontrando a definição desse operador em um livro de matemática discreta ou montando o circuito acima em uma placa de ensaio - para definir valores para as variáveis de entrada - parâmetros A e B, você pode enfie os fios correspondentes A e B nos compartimentos (+) (TRUE= 1) ou (-) (FALSE=0), enquanto o resultado da ação do operador na seção da corrente Q será visto a partir Estado atual LED vermelho (ligado - o operador retornou Q=TRUE=1, desligado - Q=FALSE=0). É claro que usaremos a segunda opção.

Comente: por que isso acontece fisicamente neste caso é bastante simples de entender - quando o ânodo de qualquer um dos diodos de entrada é conectado ao positivo (A = 1 ou B = 1), o circuito fecha e uma tensão diferente de zero é aplicada ao Ponto Q (ao qual o ânodo do LED também está conectado) - uma lâmpada acesa - Q=HIGH=TRUE. Se nenhum dos ânodos A e B estiver conectado ao positivo (+) (ou seja, A = 0 = FALSO e B = 0 = FALSO), não há de onde tirar a tensão no circuito. a área com o positivo está completamente isolada - é por isso que a lâmpada não pode ser acesa e Q=LOW=FALSE. Mas não acho necessário focar nesse mecanismo aqui e nos diagramas a seguir durante as aulas em sala de aula, porque. o cérebro dos alunos neste momento está ocupado absorvendo e assimilando as informações que os operadores booleanos familiares a eles da matemática discreta e da programação podem se comportar da mesma maneira que lâmpadas vivas no circuito que acabaram de montar a partir de vários fios, ou seja, forneça as mesmas tabelas-verdade. Portanto, é mais importante focar a atenção justamente na observação da possibilidade fundamental da existência do ponto de transição "física em face da eletrodinâmica" -> "abstração da matemática discreta". A imersão adicional em eletrodinâmica pode danificar esse processo ou, no final, ele simplesmente não será percebido como deveria ser - a explicação dos detalhes do mecanismo desse processo pode ser deixada para trabalho independente, para uma lição separada mais tarde, ou manter em mente no caso de perguntas adicionais do público (se de repente alguém, ele ainda aprenderá novas informações com rapidez suficiente e desejará explicações adicionais).

4. Operador E
Quase nada de novo em comparação com o exercício anterior - apenas construa um operador E de acordo com o esquema.

Comente: Psobre a física do processo - se fecharmos um dos cátodos (A ou B) para menos (-), a corrente fluirá diretamente de mais para menos através da seção da rede através do diodo correspondente e para a seção da rede Q ( com esta configuração acaba por ser ligado em paralelo ao diodo) força a corrente é simplesmente "não suficiente" para acender a lâmpada (ou seja, defina Q = TRUE). no conexão paralela seções do circuito, a corrente é distribuída inversamente proporcional ao valor Resistencia interna essas seções (por exemplo, se você conectar um dos diodos através de uma resistência individual, o foco não funcionará - a corrente fluirá pelos dois canais).

Comente: na sala de aula - ao construir um circuito, é desejável encaixá-lo na metade esquerda da protoboard, porque mais adiante vamos usá-lo para o operador NAND composto.

Voltando às analogias das interfaces de entrada-saída e caixas pretas - o transistor é apenas um exemplo de tal caixa, cujo dispositivo é basicamente desconhecido para nós. Se tudo é mais ou menos intuitivo com resistências ou diodos, seu trabalho pode ser baseado, por exemplo, em propriedades físicas e químicas condutividade dos materiais de que são feitos, então a lógica do comportamento do transistor deve obviamente ser implementada através de alguns mecanismos e combinações de materiais mais astutos. Mas, para usá-lo no âmbito do curso, não é necessário nos aprofundarmos nesse dispositivo em geral (e não faremos isso) - basta saber que um plus deve ser aplicado ao coletor, um menos para o emissor, e a condutividade pode ser ligada / desligada mais ou menos na base.

Comente: Psobre a física do processo - quase semelhante a um circuito AND - se a base estiver no menos (A = FALSE), o transistor estiver fechado, a corrente só poderá fluir pela seção Q com o diodo - Q = TRUE. Se a base estiver conectada ao positivo (A = TRUE), a corrente começa a fluir pelo transistor, sua potência não é mais suficiente para a seção Q conectada em paralelo - obtemos Q = FALSE.

Comente: na platéia - pAo construir um circuito NOT, não desmontamos o circuito AND do exercício anterior - construímos NOT no lado direito da placa de ensaio, porque no próximo exercício, faremos deles um operador NAND composto.

6. Combinando elementos lógicos em cadeia lógica — Operador NAND como AND+NOT
Um exercício muito simples, técnica e conceitualmente importante, é combinar duas instruções em uma instrução composta, alimentando a saída de uma instrução à entrada de outra. Inserimos o fio "A" do operador NOT no orifício na sub-rede de saída "Q" do operador AND (catodo LED vermelho AND) - recebemos o operador NAND - parâmetros de entrada - fios "A" e "B" do Operador AND, o resultado de saída é um LED verde "Q" do operador NOT. Deixamos o indicador LED vermelho intermediário do operador AND para maior clareza - ao alterar os valores dos parâmetros de entrada A e B, os LEDs vermelho e verde devem estar sempre em antifase (apenas um deles está aceso).

(O público combinou OR e NOT em NOR, mas para uma transição suave para o próximo exercício com o módulo 4011, é melhor fazer NAND)

Você pode fazer uma pausa aqui.

7. Introdução aos Módulos de Lógica Digital — 4 operadores NAND dentro módulo 4011
Um novo elemento conceitual importante é o módulo de lógica digital (porta lógica) usando a porta 4011 como exemplo, que contém 4 operadores lógicos digitais NAND dentro - desta vez é uma caixa preta em literalmente- de todos os lados cubóide preto (exceto pela inscrição prateada) com pernas salientes que se encaixam perfeitamente na protoboard (se você não esquecer a nuance com o pacote DIP) - alguns deles são uma interface de entrada, alguns são uma interface de saída.

Obviamente, esses módulos lógicos devem facilitar muito a vida dos circuitos, porque. elevá-lo um nível acima na hierarquia de simplificar abstrações - para ver isso, basta comparar o tamanho do elemento 4011 (que contém 4 operadores NAND) e o esquema de um operador NAND, que montamos à mão acima. Para usar um módulo de lógica pronto, basta examinar seu diagrama esquemático e descobrir quais pernas são responsáveis por quê.

No caso do 4011, para usar, por exemplo, o primeiro operador NAND de 4 disponíveis, você pode conectar os fios de entrada A e B aos pinos 1 e 2, respectivamente, e o fio de saída Q ao pino 3 (bem , aplique potência - menos (-) ao pino 7, mais (+) na perna 14) - a tabela verdade para Q mostrará o efeito do operador NAND exatamente como no exemplo anterior.

(no final do vídeo, um pequeno borrão - a última linha deve ser escrita "0, 0, 1" em vez de "1, 1, 1")

É claro que um grande número desses elementos lógicos foi criado para todas as ocasiões (de operadores lógicos básicos a geradores de pulso como 555 ou um driver de exibição de 7 segmentos 4511) - como no caso de 4011, para usá-los, não é particularmente importante saber como eles estão dispostos no interior - basta olhar para a documentação sobre o que e em que circunstâncias pode ser servido e o que pode ser removido de suas patas. Em geral, analogia quase completa com bibliotecas de funções ou objetos prontos no mundo da programação.

(Se você não desmontar o NAND do exercício AND + NOT e encaixar o NAND de 4011 ao lado dele, você pode ter certeza de que as lâmpadas de ambos NAND "com os mesmos valores de entrada devem fornecer o mesmofinal de semanavalores, ou seja esquema montado à mão de resistores, diodos e transistores, dá o mesmo resultado que o circuito costurado dentro do módulo preto 4011).

8. Temporizador com dois elementos NAND e um capacitor
E novamente importante novo elemento- gerador de sinal periódico - temporizador (relógio). Até este ponto, todos os circuitos lógicos montados eram estáticos - quando os sinais necessários eram aplicados às sub-redes de entrada (A e B), seu valor era convertido exclusivamente através de uma cadeia sequencial de operadores lógicos no valor do sinal de saída Q, que, sem alterar manualmente os valores dos sinais de entrada (A e B) (por exemplo, cutucando manualmente o fio de mais para menos) não mudará de forma alguma. O elemento "timer" (ou "clock" - no tron.ix é chamado Clock, enquanto também havia um elemento especial adicional Timer) adiciona dinâmica a esse processo - o valor do sinal de saída do timer muda independentemente de HIGH ( TRUE) para LOW (FALSE) e de volta com uma certa frequência e, ao mesmo tempo, uma pessoa não participa desse processo de forma alguma (não há necessidade de cutucar o fio de mais a menos com as mãos).

Em conjunto com gatilhos (flip-flops - elementos que podem "lembrar" seu valor), no futuro isso permitirá a construção de autômatos finitos que farão a transição sequencial de um estado para outro para cada "ciclo" do temporizador.

A sequência de valores de saída HIGH / LOW em cada momento é mostrada como uma linha quebrada em um gráfico especial - no futuro, esses gráficos serão mais familiares nos laboratórios a seguir ao simular o comportamento de autômatos finitos.

O temporizador pode ser montado a partir de 2 elementos NAND (retirados do elemento lógico 4011) e capacitor C1 (novo elemento no diagrama - veja nota abaixo). O capacitor tem duas pernas - uma é mais longa (mais condicional), a segunda é mais curta (menos condicional), mas aparentemente de que lado colocar o capacitor em pelo menos este circuito não desempenha um papel especial, porque. sua polaridade ainda muda no processo de oscilação (essa é a questão).

Comente: em física de processos - novo elemento elétrico circuitos sem os quais o temporizador não poderia funcionar - um capacitor - dentro dele é organizado de forma bastante simples - duas placas isoladas uma da outra - se você acumular uma carga (+) em uma delas e deixar um menos (-) na segunda ( ou seja, o capacitor carregada) e, em seguida, conecte as pernas ao Áreas diferentes circuito, uma corrente fluirá através do circuito de mais para menos até que as cargas sejam equalizadas (capacitor dispensado). Após a descarga, o capacitor pode ser carregado novamente aplicando um sinal positivo em uma placa e um sinal negativo na outra. Nesse esquema, com a ajuda de dois elementos NAND, é organizado um processo no qual o capacitor será carregado constantemente, depois descarregado em uma determinada frequência e, assim, gerará um pulso periódico. Quando a metade do capacitor C1, conectada no circuito à saída 3 do 1º elemento NAND através da resistência R1, é carregada com positivo (+), as entradas 1 e 2 do 1º elemento NAND são TRUE (+) e TRUE ( +), que na saída 3 dá o valor FALSE (-) (ver tabela verdade NAND) e assim o capacitor tem a capacidade de descarga seu mais (+) nesta seção negativa do circuito através da resistência R1. Depois que a carga positiva (+) do capacitor é completamente reduzida, aqueles. se transforma em menos (-), as entradas 1 e 2 do 1º elemento NAND recebem logicamente os valores FALSE (-) e FALSE (-), o que altera o valor da saída 3 para TRUE (+) - como resultado, temos que a corrente já está fluindo na direção oposta de volta para o capacitor até que recarrega de volta para mais (+) - ou seja chegamos ao estado original. E assim em um círculo - a frequência do processo dependerá da capacitância do capacitor (este é o seu caracteristica fisica) e força de resistência R1 (F=1/R1*C1). Você pode, como um experimento adicional, substituir R1 por uma resistência com um valor diferente e certificar-se de que a frequência de piscar da lâmpada muda.

Comente: para gerar um sinal periódico nos circuitos, você pode usar um módulo de lógica especial 555, mas os experimentos com ele não foram incluídos no laboratório.

9. Dispositivo de saída — display LED de sete segmentos
Como um exercício relaxante no final - familiarização com o primeiro dispositivo de saída "humano" - um display de diodo de sete segmentos. De fato, as mesmas lâmpadas de LED, mas fornecendo corrente aos segmentos desejados da tela, você pode "desenhar" todos os números de 0 a 9 e algumas letras.

Não há nada de especial a dizer sobre o dispositivo - para uma exibição geral de ânodo, você precisa aplicar um sinal de mais à perna (ânodo) comum a todos os segmentos e menos às pernas dos segmentos desejados; para uma exibição geral do cátodo - pelo contrário, na perna (cátodo) comum a todos os segmentos, menos e nas pernas dos segmentos desejados - mais.

Mas acho que o efeito principal é produzido pelo próprio fato de que a tela mostra pela primeira vez uma maneira de transmitir o estado interno do circuito montado a uma pessoa na forma familiar a ela (em números e letras legíveis), ou seja, em última análise, define o objetivo para o qual qualquer circuito montado- fazer algo com o dispositivo de saída (uma caixa preta sem um dispositivo de saída é uma "coisa em si", da qual não está claro qual é o uso e por que é necessário).

Todos gostaram muito dos displays de diodo de sete segmentos com um ânodo comum. Mesmo em vez de se dispersar após uma longa aula, foi tomada a decisão espontânea de fazer deles o nome do grupo "10-PM" (Matemática Aplicada 2010 ano de admissão - a letra "M" foi feita na forma do número "3" virado de lado) e tire uma foto.

10. Nota- gatilho solto
O último elemento conceitual importante não foi incluído na lista de exercícios - este é um gatilho (flip-flop) - um elemento de circuito que pode lembrar o último valor definido para ele. Sem este elemento, seria impossível construir autômatos finitos (em particular, processadores). Ele foi originalmente planejado para incluir uma introdução ao conceito de um gatilho usando o exemplo de um flip-flop RS (porque tem bastante circuito simples), mas no decorrer da aula ficou claro que o número nova informação percebido de uma só vez já se aproximou do limite de digestibilidade. Portanto, a familiaridade com flip-flops (um simples RS-trigger e um D-trigger mais importante) foi transferido para o trabalho de laboratório a seguir imediatamente antes de usá-los, quando consideraremos especificamente os autômatos finitos.

Conclusão
Minhas impressões sobre o trabalho de laboratório como graduado em Matemática Aplicada e programador Java. O resultado mais importante é que este trabalho de laboratório mostrou a existência de uma superestrutura dos fundamentos da matemática discreta (álgebra booleana) sobre a eletrodinâmica escolar (da qual eu pessoalmente pouco me restava, exceto vagas lembranças da lei de Ohm) - a realização desse fato abre o caminho para a compreensão dos princípios de construção mais complexos sistemas eletrônicos, que são baseados no mesmo discreto.

Com ponto prático do ponto de vista de brincar com lâmpadas em protoboards acabou sendo bastante importante para a assimilação visual acelerada de novas informações, mas pessoalmente, tendo apenas protoboards e uma dispersão de diferentes portas lógicas, eu não me comprometeria a implementar algumas relativamente complexas projetos - afinal, com o aumento da complexidade do circuito, o processo de conexão dos fios no circuito torna-se bastante tedioso e demorado, enquanto a complexidade (e, portanto, o valor do projeto) do sistema montado será bastante limitada fisicamente - a área da breadboard pode ser aumentada, mas como fazer "refactoring de código" ou procurar erros quando não consigo imaginar mil fios saindo de uma pilha (embora a julgar pelas informações na Internet, alguém consegue colocar processadores inteiros sobre eles, então não vou dizer isso categoricamente) - enquanto a questão de criar Documentação do projeto e converter um protótipo assim montado em um formato de documento que poderia ser usado para produção em massa não é considerado. Uma questão completamente diferente são os chips FPGA (FPGA) com lógica digital programável (eles são baseados em todos os mesmos elementos básicos que foram considerados no laboratório atual, mas o processo de manipulá-los é organizado em um nível qualitativamente superior) - conhecer imediatamente expande os limites da imaginação em ordens de magnitude na escolha dos objetivos de projetos possíveis - o primeiro contato com eles está planejado para o próximo trabalho de laboratório.

Para uma montagem confiável de dispositivos, são criadas placas de circuito impresso individuais. Se você mesmo os fizer, levará muito tempo e fará você mexer com produtos químicos e um ferro de solda. Placas individuais com montagem industrial sob encomenda são extremamente caras para pequena circulação.

Para montagem rápida circuitos elétricos sem solda e sem problemas existe tábua de pão. Também é chamado de breadboard, breadboard ou tábua de pão'om.

Princípio da Operação

Sob uma camada de plástico, estão escondidos trilhos de placas de cobre, dispostos de acordo com um princípio simples:

Exemplo de uso

O mesmo circuito em uma placa de ensaio pode ser montado de várias maneiras. Vamos analisar um exemplo de uma das configurações para tal esquema:

Em um mockup board, sua incorporação física pode ser feita da seguinte maneira:

O que você deve prestar atenção:

As cores dos fios, claro, não importam. No entanto bom tomé usar fios vermelhos para a linha de energia e fios pretos ou azuis para a linha de terra

Conectamos a fonte de alimentação aos trilhos laterais longos. Isso permite que você não puxe um grande número de fios de diferentes partes do circuito, e a tarefa de substituí-lo ou movê-lo é bastante simplificada

A posição de todo o circuito na placa de ensaio não é tão importante. Importante posição mútua componentes um em relação ao outro

Existe uma placa de ensaio de fábrica do seguinte tipo:

Não gosto dela por dois motivos:

1) Ao instalar peças, você deve girar constantemente para frente e para trás para primeiro colocar o componente de rádio e depois soldar o condutor. Na mesa se comporta instável.

2) Após a desmontagem, os furos permanecem preenchidos com solda, antes da próxima utilização da placa, devem ser limpos.

Pesquisando na Internet tipos diferentes tábuas de pão que você pode fazer com suas próprias mãos e de materiais disponíveis, deparei com alguns opções interessantes, um dos quais decidiu repetir.

Opção número 1

Citação do fórum: « Por exemplo, há muitos anos uso essas tábuas de pão caseiras. Eles são montados a partir de um pedaço de fibra de vidro, no qual são rebitados pinos de cobre. Esses pinos podem ser comprados no mercado de rádio ou você pode fazer fio de cobre com um diâmetro de 1,2-1,3 mm. Pinos mais finos dobram muito e pinos mais grossos recebem muito calor ao soldar. Este "manequim" permite que você reutilize os elementos de rádio mais surrados. As conexões são feitas melhor com um fio em isolamento fluoroplástico MGTF. Então, uma vez terminado, durará uma vida inteira.

Acho que essa opção me atende melhor. Mas pinos de fibra de vidro e cobre prontos não estão disponíveis, então vou fazer um pouco diferente.

O fio de cobre foi extraído do fio:

Limpei o isolamento e, usando um limitador simples, fiz pinos do mesmo comprimento:

Diâmetro do pino — 1 mm.

Para a base da placa tomou espessura de madeira compensada 4 milímetros (quanto mais grosso, mais forte os pinos vão segurar):

Para não sofrer com a marcação, colei papel pautado no compensado com fita adesiva:

E furos com um passo 10 milímetros diâmetro da broca 0,9 mm:

Obtemos linhas pares de buracos:

Agora você precisa martelar os pinos nos orifícios. Como o diâmetro do furo é menor que o diâmetro do pino, a conexão será apertada e o pino será firmemente fixado no compensado.

Ao conduzir os pinos sob a parte inferior do compensado, você precisa colocar uma folha de metal. Os pinos estão entupidos com movimentos leves e, quando o som muda, significa que o pino atingiu a folha.

Para que a placa não se mexa, fazemos pernas:

Nós colamos:

A tábua de pão está pronta!

Da mesma forma, você pode fazer um pagamento para montagem em superfície(foto da Internet, rádio):

Abaixo, para completar, darei alguns designs adequados encontrados na Internet.

Opção número 2

Alfinetes com cabeça de metal são martelados em um pedaço da placa:

Resta apenas estanha-los. Os botões de cobre são estanhados sem problemas, mas com os de aço.