интернет-магазин светодиодного освещения
Пн - Вс с 10:30 до 20:00
Санкт-Петербург, просп. Энгельса, 138, корп. 1, тк ''Стройдвор''

Электроника для начинающих. Введение. Электроника для чайников


Начинающим | Электроника для всех

Иногда нужно измерять амплитуду сетевого напряжения, или частоту или еще какие параметры. Вот как у меня тут — перед включением компрессорной установки надо убедиться, что напряжение в сети не ниже номинальной. Иначе движок не стартанет, а вентили могут не встать в нужное положение. Главная сложность тут в том, что крайне желательно иметь гальваническую развязку от сетевого напряжения. Т.е. напрямую измерять сетевую напругу через простой делитель может быть черевато.

▌Измерить толщину сиськиИзначально в проекте было заложено вот такое решение:

На резистора гасится большая часть напряжения, стабилитрон стоит тут больше для подстраховки и в качестве обратного диода для противоположной полуволны. На деле он не особо нужен.

Ну, а дальше все просто. У оптопары h21L1M внутри стоит триггер Шмитта, т.е. есть некоторый гистерезис на включение и выключение. Включается он при токе через его светодиод примерно в 1мА, а выключается на токе 0.8мА.

Если посмотреть осциллограмму тока на светодиоде, сняв ее с резистора R35, то увидим такую картину для 220 вольт:

Разрешение 50мВ на деление, триггер стоит на 80мВ по спаду.

Включаться он должен на 100мВ, а выключаться на 80мВ, что будет 1мА и 0.8мА соответственно. Курсорами выделены моменты включения и выключения. Разница по времени, dx = 8.38ms

Если снизить напряжение до 110 вольт, то:

dx уменьшится до 6.94ms т.е. А что такое миллисекунда для микроконтроллера тикающего на мегагерцовых частотах? Да колоссальная величина! Замерить ее точно таймером в режие захвата не составляет проблем. Дальше сунуть в память таблицу соответствия и, казалось бы, все круто? Да, но не совсем…

Решение дешевое, простое. Но не слишком точное. А в ряде случаев его вообще не получится применить.

Вся проблема в том, что длительность у нас от амплитуды зависит косвенно. В идеальном мире оно бы проканало, но современные сети, особенно промышленные, сильно засраны разными импульсными потребителями.

Вроде всяких там, сварочников, инверторов, мощных приводов и прочего. Что искажает форму синуса. Делая его вообще каким-то непотребным. А если это не синус, а херня какая-то, то все эти наши красивые построения основанные на таймингах пролетают. Во-первых, точность падает катастрофически, а она изначально была так себе. Во-вторых, калибровать придется каждый раз под новую сеть, раз и навсегда таблицы в память не забить. Ну и форма синуса зависит вовсе не от вас, а от ООО «Сварщик каннибал» расположенную в соседнем цехе.

Так что 220 вольт от 110 вы еще отличите, а вот о точности хотя бы до 5 вольт можно позабыть. Но в некоторых случаях большего и не требуется.

Мне же внезапно потребовалось. Поэтому начинаем переделывать исходный проект, доставшийся мне от предшественника.

(далее…)

Read More »

easyelectronics.ru

Электроника для начинающих. Введение

Эта статья является введением к серии уроков по электронике для начинающих. Серия составлена слегка необычно. Ты будешь погружаться в мир электроники постепенно, шаг за шагом пробираясь к основным принципам и понятиям. Твой путь начнется не с определения что такое ток, а сразу с вершины мира электроники -- цифровых устройств. Будет интересно!

Содержание 

  1. Введение
  2. Как работает цифровая электроника
  3. Шины в микропроцессорной системе
  4. Бинарная арифметика
  5. О том, что такое сумматор
  6. Чем занимаются мультиплексоры и распределители
  7. Дешифраторы и шифраторы в цифровой схемотехнике
  8. Что делают регистры в процессоре и вне его?
  9. Посчитаем? Цифровые счетчики
  10. Триггер или цифровой рычаг
  11. Логика, просто двочиная логика
  12. Сигналы в электронике
  13. Как работает аналоговая электроника
  14. Взгляд на триггер глазами аналоговой электроники
  15. Диоды и транзисторы
  16. Катушки индуктивности и трансформаторы
  17. Конденсаторы
  18. Резисторы

Введение

Сегодня электрические устройства помогают управлять АЭС, самолётами, кораблями, готовить пищу, запускать спутники и исследовать дальние миры. Поэтому что такое электроника в нынешнее время должны знать почти все. Тем более что электричество изучают в школах и университетах.

С точки зрения обычного человека электроника это отрасль, которая поставляет полезные приборы для дома и работы, а с точки зрения радиолюбителя -- целая наука, которая объединяет в себе успехи математики, физики, химии и производственных технологий. Если тебе интересна электроника, то ты попал на правильный сайт.

На первых порах электроника может показаться тебе крутой, неприступной горой, которая завораживает своими невероятно красивыми снежными пиками. Возможно, ты сейчас думаешь, что только избранные могут осилить изучение электроники. Я считаю иначе. Если кто-то смог её освоить, то и ты сможешь. Надо только разобраться как устроен мир электроники, ухватить общие идеи, а затем постепенно углублять знания.

Если сто лет назад электроники не существовало и информация была в основном об электричестве и электрических машинах, то сегодня электроника представляет огромный мир с множеством направлений. Поэтому можно слегка с грустью, но правдиво заметить, что всё изучить невозможно и хвататься за всё подряд будет плохим решением. 

В начале радиолюбительского пути особенно трудно. Сейчас доступно много информации по электронике и глаза разбегаются с чего начать и с какого края к ней подойти. Я сам был на твоём месте и честно скажу -- голова порой кипела. Поэтому я и решил написать путеводиль по электронике для начинающих радиолюбителей. С его помощью я хочу помочь тебе ступить на радиолюбительский путь и войти в мир электроники. 

Электроника -- это занимательно, интересно, красиво и мне хочется, чтобы больше людей увлекались электроникой. Развитие современного общества целиком полагается на успехи электроники. Она более, чем достойна стать как хобби, так и полноправной профессией на всю жизнь.

Почему следует прочитать мой путеводитель?

Традиционно изучение электроники начинается снизу вверх: сначала рассказывается что такое заряд, потом -- что такое напряжение и ток, затем описываются резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности, потом диоды, транзисторы, операционные усилители, различные виды микросхем и тому подобное. 

В этой книге я поставил всё с ног на голову. И сделал это намеренно. Подумай о том, как ты разбираешься в чем-то новом для себя? Например, увидел необычное устройство, заинтересовался его конструкцией, стал изучать как оно работает, затем как оно устроено, из чего состоит и как связаны между собой его части. Постепенно, шаг за шагом, ты углубляешься и твои знания становтся более глубокими. Ты как будто спускаешься с горы к её подножию, продвигаясь от целого к деталям. Так устроено наше мышление. Сначала мы создаем общую картину мира, затем разбиваем её на части и изучаем каждую часть по отдельности. 

Очевидно, что спускаться с горы проще, чем подниматься на вершину. Поэтому я решил, что вместо изучения резисторов начнём сразу с цифровой техники и микроконтроллеров. Затем посмотрим, как устроены отдельные блоки цифровой техники, спустимся до логических элементов и бинарной арифметики, а затем постепенно перейдём к аналоговой электронике и рассмотрим как на самом деле устроены те же самые логические элементы, но с точки зрения аналоговой электроники.

Затем спустимся ещё на ступеньку ниже и посмотрим как устроены разные электронные компоненты и на основе каких физических принципов они работают. Попутно будем разбирать разные физические принципы и понятия.  Я считаю, что благодаря этому легче понять основные принципы и получить хорошее основание для дальнейшего самостоятельного изучения электроники.

По ходу повествования лишние подробности будут отбрасываться, чтобы сделать акцент на самые важные и основополагающие идеи. На первых порах много деталей только помешают ухватить самые важные идеи. Я надеюсь, что, отбросив лишнее, мне удастся внести ясность, сделать мой рассказ понятным и занимательным. Пусть меня за это простят опытные радиолюбители, профессиональные инженеры и академики "электронных" наук. Эта книга не для вас. Но вы можете помочь мне сделать её лучше, указав на ошибки в тексте.

Если бы у меня была такая книга в начале моего пути -- я был бы счастлив. Пусть мой путеводитель превратит твой стартовый путь в электронику в путешествие по скоростному шоссе. Поехали!

Но перед тем как перейти к основному рассказу я хочу сказать спасибо гигантам и их трудам, на плечах которых я строю свой рассказ: П. Хоровиц, У. Хилл, С. А. Гаврилов, Ю. Ревич, Ю. Сато, В.Г. Борисов, А. Шишков, А. Ровдо, Ё. Суэмацу, А.В. Белов, А.Н. Крылов, Е.А. Седов и другие, -- всех и не вспомнить. Спасибо вам за ваши книги. Они многому меня научили.

Читай дальше: Как работает цифровая электроника

mp16.ru

Цифровая электроника для начинающих

Это продолжение "Необычная электроника для начинающих. Введение"

Твоё путешествие в мир электроники мы начнем с погружения в цифровую электронику. Во-первых, потому что это верхушка пирамиды электронного мира, во-вторых, базовые понятия цифровой электроники просты и понятны. 

Задумывался ли ты о том, какой феноменальный прорыв в науке и технике произошел благодаря электронике и цифровой электронике в частности? Если нет, тогда возьми свой смартфон и внимательно на него посмотри. Такая простая с виду конструкция -- результат огромной работы и феноменальных достижений современной электроники. Создание такой техники стало возможным благодаря простой идее о том, что любую информацию можно представить в виде чисел. Таким образом, независимо от того, с какой информацией работает устройство, глубоко внутри оно занимается обработкой чисел.

Тебе наверняка знакомы римские и арабские цифры. В римской системе числа представляются в виде комбинации букв I, V, X, L, C, D, M, а в арабской с помощью комбинации символов 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9. Но существуют и другие формы представления числа. Одна из них -- это двоичная форма. Или, как её чаще называют, двоичная система счисления. В такой системе счисления любое число представляет собой последовательность только из "0" и "1".

Арабские Римские Двоичные
0 - 00
1 I 01
2 II 10
3 III 11

Математики c инженерами хорошо потрудились, и сегодня любая информация может быть представлена в виде комбинации нулей и единиц: сигнал с датчика движения, музыка, видео, фото, температура, и даже вот этот текст, который ты сейчас читаешь, на самом деле в недрах твоего устройства имеет вид последовательности из нулей и единиц. 

Независимо от того, с какой информацией работает цифровое устройство, глубоко внутри оно занимается обработкой чисел.

Почему именно "0" и "1", а не "0", "1" и "2", к примеру? На самом деле были вполне успешные попытки создать цифровую технику, которая использует не двоичную, а троичную систему исчисления ("0", "1" и "2"), но двоичная все же победила.

Возможно, победа досталась ей, потому что СССР развалился, а может потому, что "0" и "1" легче представить в виде электрических сигналов. А значит, цифровые устройства на основе двоичной системы исчисления проще и дешевле производить. Подробнее о двоичных числах я расскажу позже. 

Структура цифрового устройства

Почти в каждом цифровом устройстве встречаются типовые элементы, из комбинации которых оно состоит. Какие-то элементы совсем простые, какие-то более сложные, а какие-то совсем сложные. В любительской практике чаще всего встречаются: триггеры, таймеры, счетчики, регистры, микроконтроллеры, компараторы и др.

Давай выберем что-нибудь из этого списка и посмотрим, как оно устроено. Пусть это будет микроконтроллер (МК)! Ладно, признаюсь. Микроконтроллер я выбрал неспроста. Дело в том, что именно появление микропроцессоров произвело настоящую революцию в электронике и выдвинуло её развитие на новый уровень. 

МК является наиболее многочисленным и популярным видом микропроцессоров в мире. Особенным его делает то, что микроконтроллер представляет собой микро-PC -- целый компьютер в одной микросхеме. Представь себе компьютер размером, например, с копейку. Вот это и есть МК. 

Микроконтроллеры используются повсеместно: в современных телевизорах, холодильниках, планшетах, охранных системах. Везде, где требуется чем-то управлять, микроконтроллер может найти своё место. А всё благодаря тому, что, как и любой микропроцессор, МК можно программировать. В итоге один и тот же вид микросхем можно использовать в сотнях различных устройств. 

В наше время наибольшей популярностью пользуются, к примеру, микроконтроллеры AVR, PIC, ARM. Каждая из компаний, что выпускает перечисленные виды МК, производит десятки, если не сотни, разновидностей микроконтроллеров, предназначенных под все мыслимые и немыслимые задачи. 

Как работает микроконтроллер

Несмотря на всю сложность конструкции настоящего микроконтроллера, рассказать, как он функционирует можно всего одним предложением: "В память микроконтроллера записывается текст программы, МК считывает команды из этой программы и выполняет их", -- вот и всё.

 

Конечно, МК не может выполнить какие угодно команды. У него есть базовый набор команд, которые он понимает и знает как выполнить. Комбинируя эти команды, можно получить практически любую программу, с помощью которой устройство будет делать именно то, что от него хотят.

В современном мире микропроцессор (МК тоже микропроцессор, но специализированный) может иметь либо очень много базовых команд, либо очень мало. Это такое условное разделение, для которого даже придумали два термина: CISC и RISC. CISC -- это много разных видов команд на все случаи жизни, RISC -- это только наиболее необходимые и часто использующиеся команды, т.е. сокращенный набор команд.

Большинство микроконтроллеров исповедуют RISC. Объясняется это тем, что при использовании сокращенного набора команд микроконтроллеры проще и дешевле для производства, их легче и быстрей осваивают разработчики аппаратуры. Между CISC и RISC много различий, но сейчас принципиально важно запомнить только то, что CISC -- много команд, RISC -- мало команд. Глубже с этими двумя идеями познакомимся как-нибудь в другой раз.

Что происходит, когда включается микроконтроллер?

Итак, давай представим идеальный мир, в котором у тебя есть МК и в его память уже записана программа. Или, как обычно говорят, МК "прошит" (при этом программу называют "прошивкой") и готов к бою.

Что произойдёт, когда ты подашь питание на свою схему с МК? Оказывается, ничего особенного. Там нет вообще никакой магии. Происходить будет следующее:

После подачи питания микроконтроллер пойдёт смотреть, что находится в памяти. При этом он "знает", куда следует смотреть, чтобы найти первую команду своей программы.

Местоположение начала программы устанавливается при производстве МК и никогдане меняется. МК считает первую команду, выполнит её, затем считает вторую команду, выполнит её, затем третью и так до последней. Когда же он считает последнюю команду, то всё начнётся сначала, так как МК выполняет программу по кругу, если ему не сказали остановится. Так вот он и работает.

Но это не мешает писать сложные программы, которые помогают управлять холодильниками, пылесосами, промышленными станками, аудиоплеерами и тысячами других устройств. Ты тоже можешь научиться создавать устройства с МК. Это потребует времени, желания и немножко денег. Но это такие мелочи, правда?

Как устроен типичный МК

Любая микропроцессорная система стоит на трёх китах:

  1. Процессор (АЛУ + устройство управления),
  2. Память (ROM, RAM, FLASH),
  3. Порты ввода-вывода.

Процессор с помощью портов ввода-вывода получает/отправляет данные в виде чисел, производит над ними различные арифметические операции и сохраняет их в память. Общение между процессором, портами и памятью осуществляет по проводам, которые называются шиной (шины делятся на несколько видов по назначению). Это общая идея работы МП-системы. Вот как на картинке ниже. 

МК, как я уже писал, тоже микропроцессор. Просто специализированный. Физическая структура микросхем МК разных серий может существенно различаться, но идейно они будут похожи и будут иметь такие, например, блоки как: ПЗУ, ОЗУ, АЛУ, порты ввода/вывода, таймеры, счетчики, регистры. 

ПЗУ Постоянная память. Всё, что в неё записано, остаётся в ПЗУ и после того как устройство было отключено от питания.
ОЗУ Временная память. ОЗУ -- это рабочая память МК. В неё помещаются все промежуточные результаты выполнения команд или данные от внешних устройств.  
АЛУ Математический мозг микроконтроллера. Именно он складывает, вычитает, умножает, а иногда и делит, сравнивает нолики и единички в процессе выполнения команд программы. Один из важнейших органов МК.
Порты I/O Просто устройства для общения МК с внешним миром. Без них ни во внешюю память записать, ни данные от датчика или клавиатуры получить нельзя.
Таймеры Готовил торт или курицу? Ставил таймер, чтобы он тебя оповестил, когда блюдо будет готово? Вот в МК таймер выполняет схожие функции: отсчитывает интервалы, выдаёт сигнал о срабатывании и т.д.
Счетчики Пригождаются, когда требуется что-либо подсчитать.  
Регистры Самое непонятное слово для тех, кто хоть раз пытался освоить Асемблер самостоятельно. А между прочим они своего рода выполняют роль быстрой ОЗУ МК. Каждый регистр представляет собой своего рода ячейку памяти. И в каждом МК их всего несколько десятков. 

 

Современный масштаб развития цифровой электроники настолько огромен, что даже по каждому пункту из этой табилцы можно написать целую книгу, а то и не одну. Я же опишу базовые идеи, которые помогут дальше самостоятельно разобраться более подробно в каждом из устройств.

Мозг микроконтроллера

Микропроцессор/микроконтроллер всегда работает по заложенной в него программе. Программа состоит из последовательности операций, которые МК умеет выполнять. Операции выполняются в ЦПУ  -- это мозг микроконтроллера. Именно этот орган умеет производить арифметические и логические операции с числами. Но есть ещё четыре важных операции, которые он умеет делать:

  • чтение из ячейки памяти
  • запись в ячейку памяти
  • чтение из порта В/В
  • запись в порт В/В

Эти операции отвечают за чтение/запись информации в память и во внешние устройства через порты ввода/вывода. И без них любой процессор проверащается в бесполезный хлам.

Технически процессор состоит из АЛУ (калькулятор процессора) и управляющего устройства, которое дерижирует взаимодействием между портами ввода-вывода, памятью и арифметико-логическим устройством (АЛУ). 

Память микроконтроллера

Ранее в таблице с типичными устройствами, входящими в МК, я указал два вида памяти: ПЗУ и ОЗУ. Различие между ними заключается в том, что в ПЗУ данные сохраняются между включениями устройства. Но при этом ПЗУ (ROM) довольно медленная память. Поэтому и существует ОЗУ (RAM), которая довольно быстра, но умеет хранить данные только тогда, когда на устройство подано питание. Стоит выключить устройство и все данные оттуда...пшик и нету.

Если у тебя есть ноутбук или персональный компьютер, то тебе знакома например такая ситуация: писал гору текста, забыл сохранить его на жесткий диск, внезапно пропало электричество. Включаешь компьютер, а текста нет. Всё верно. Пока ты его писал, он хранился в ОЗУ. Поэтому текст и пропал с выключением компьютера.

В зарубежном мире ОЗУ и ПЗУ называют RAM и ROM:

  1. RAM (Random Access Memory) -- память со случайны доступом
  2. ROM (Read Only Memory) -- память только для чтения

У нас же их еще называют энергозависимой и энергонезависимой памятью. Что на мой взгляд более точно отражает природу каждого вида памяти.

ПЗУ

Сейчас всё больше получила распространение ПЗУ память типа FLASH (или, по-нашему, ЭСПЗУ). Она позволяет сохранять данные даже тогда, когда устройство выключено. Поэтому в современных МК, например в МК AVR в качестве ПЗУ используются именно FLASH-память. 

Раньше микросхемы ПЗУ-памяти были однократно-программируемыми. Поэтому если были записаны программа или данные с ошибками, то такую микросхемы просто выкидывали. Чуть позже появились ПЗУ, которые можно было перезаписывать многократно. Это были чипы с ультрафиолетовым стиранием. Они довольно долго прожили и даже сейчас встречаются в некоторых устройствах из 1990-х...2000-х годов. Например, вот такая ПЗУ родом из СССР.

У них был один существенный минус -- при случайно засветке кристалла (тот, что виден в окошечке) программа могла быть повреждена.  А также ПЗУ до сих пор работает медленней, чем ОЗУ.

ОЗУ

Оперативная память в отличие от ПЗУ, ППЗУ и ЭСПЗУ является энергозависимой и при выключении питания устройства все данные в ОЗУ пропадают. Но без неё не обходится ни одно микропроцессорное устройство. Так как в процессе работы требуется где-то хранить результаты вычислений и данные, с которыми работает процессор. ПЗУ для этих целей не подходит из-за своей медлительности. 

ПАМЯТЬ ПРОГРАММ И ПАМЯТЬ ДАННЫХ

Помимо разделения на энергозависимую (ОЗУ) и энергонезависимую память в микроконтроллерах есть разделение на память данных и память программ. Это значит, что в МК есть специальная память, которая предназначена только для хранения программы МК. В нынешние времена обычно это FLASH ПЗУ. Именно из этой памяти микроконтроллер считывает команды, которые выполняет. 

Отдельно от памяти программ существует память данных, в которую помещаются промежуточные результаты работы и любые другие данные, требующиеся программе. Память программ -- это обычное ОЗУ. 

Такое разделение хорошо тем, что никакая ошибка в программе не сможет повредить саму программу. К примеру, когда по ошибке МК попытается записать на место какой-нибудь команды в программе случайное число. Получается что программа надёжно защищена от повреждения. Кстати, у такого разделения есть своё особо название -- "гарвардская архитектура".

В 1930-х годах правительство США поручило Гарвардскому и Принстонскому университетам разработать архитектуру ЭВМ для военно-морской артиллерии. В конце 1930-х годов в Гарвардском университете Говардом Эйкеном была разработана архитектура компьютера Марк I, в дальнейшем называемая по имени этого университета. 

Ниже я схематично изобразил гарвардскую архитектуру:

Таким образом программа и данные, с которыми она работает, физически храняться в разных местах. Что касается больших процессорных систем подобных персональному компьютеру, то в них данные и программа во время работы программы хранятся в одном и том же месте.

ИЕРАРХИЯ ПАМЯТИ

...

КАК УСТРОЕН МОЗГ МИКРОКОНТРОЛЛЕРА 

Ты уже значешь, что мозгом МК является ЦПУ -- центральный процессор, который состоит из АЛУ (арифметико-логическое устройство) и устройства управления (УУ).  УУ дерижирует всем оркестром из памяти, внешних устройств и АЛУ. Благодаря ему МК может выполнять команды в том порядке в каком мы этого хотим.

АЛУ -- это калькулятор, а УУ говорит АЛУ что, с чем, когда и в какой последовательности вычислять или сравнивать. АЛУ умеет складывать, вычитать, иногда делить и умножать, выпонять логические операции: И, ИЛИ, НЕ (о них будет чуть позже)

Любой компьютер, МК в том числе, умеет сегодня работать только с двоичными числами, составленными из "0" и "1". Именно эта простая идея привела к революции в области электроники и взрывному развитию цифровой техники. 

Предположим, что АЛУ надо сложить два числа: 2 и 5. В упрощенном виде это будет выглядеть так:

При этом УУ знает в каком месте памяти взять число "2", в каком число "5" и в какое место памяти поместить результат. УУ знает обо всём этом потому, что оно прочитало об этом в команде из программы, которую в данный момент прочитало в программе. Более подробно про арефмитические операции с двоичными числами и как устроен сумматор АЛУ изнутри я расскажу чуть позже.

Хорошо, скажешь ты, а что если нужно получить эти числа не из программы, а из вне, например, с датчика? Как быть? Вот тут в игру и вступают порты ввода-вывода, с помощью которых МК может принимать и передавать данных на внешние устройства: дисплеи, датчики, моторы, задвижки, принтеры и т.д.

ЛОГИЧЕСКИЕ ОПЕРАЦИИ

Тебе наверняка хорошо знакомо шуточное высказывание про "женскую логику"? Но речь пойдет не о ней, а логике в принципе. Логика оперирует причинно-следственными связями: если солнце взошло, то стало светло. Причина "солнце взошло"  вызвала следствие "стало светло". При этом про каждое утверждение мы можем сказать "ИСТИНА" или "ЛОЖЬ". 

Например:

  • "Птицы плавают под водой" -- это ложь
  • "Вода мокрая" -- при комнатной температуре это утверждение истинно

Как ты заметил, второе утверждение при определённых условиях может быть как истинным, так и ложным.  В нашем компьютере есть только числа и инженеры с математичками придумали обозначать истину "1", а ложь "0". Это дало возможность записывать истинность утверждения в виде двоичных чисел:

  • "Птицы плавают под водой" = 0
  • "Вода мокрая" = 1

А ещё такая запись позволила математикам выполнять с этими утверждениями целые операции -- логические операции. Первым до этого додумался Джордж Буль. По имени  которого и названа такая алгебра: "булева алгебра", которая оказалась очень удобной для цифровых машин. 

Вторая половина АЛУ -- это логические операции. Они позволяют "сравнивать" утверждения. Базовых логических операций всего несколько штук: И, ИЛИ, НЕ, -- но этого достаточно, так как более сложные могут комбинироваться из этих трёх. 

Логическая операция И обозначает одновременность утверждений, т.е. что оба утверждения истинны одновременно. Например утверждение  "Птицы плавают под водой" И "Вода мокрая" будет истинно только тогда, когда оба более простых утверждения будут истинны. Во всех остальных случаях результат операции логического И будет ложным

Логическая операция ИЛИ будет истинно, если хотя бы одно из участвующих в операции утверждений будет истинно.  "Птицы плавают под водой" И "Вода мокрая" истинно, так как истинно утверждение "вода мокрая"

Логическое операция НЕ меняет истинность утверждения на противоположное значение. Это логическое отрицание. Например:

Солнце всходит каждый день = ИСТИНА

НЕ (Солнце всходит каждый день) = НЕ ИСТИНА = ЛОЖЬ

Благодаря логическим операция мы можем сравнивать двоичные числа, а так как наши двоичные числа всегда что-то обозначают, например, какой-нибудь сигнал. То получается, что благодаря булевой алгебре мы можем сравнивать настоящие сигналы. Этим логическая часть АЛУ и занимается. 

УСТРОЙСТВО ВВОДА-ВЫВОДА

Наш МК должен общаться с внешним миром. Только тогда он будет представлять из себя полезное устройство. Для этого у МК есть особые устройства, которые называются устройствами ввода-вывода. Благодаря этим устройствам мы можем посылать в микроконтроллер сигналы от датчиков, клавиатуры и других внешних приборов. А МК после обработки таких сигналов отправит через устройства вывода ответ, с помощью которого можно будет регулировать скорость вращения двигателя или яркость свечения лампы.

Подведу итоги:

  1. Цифровая электроника -- верхушка айсберга электроники
  2. Цифровое устройство знает и понимает только числа
  3. Любая информация: сообщение, текст, видео, звук, -- могут быть закодированы с помощью двоичных чисел
  4. Микроконтроллер -- это микрокомпьютер на одной микросхеме
  5. Любая микропроцессорная система состоит из трёх частей: процессор, память, устройства ввода-вывода
  6. Процессорс состоит из АЛУ и управляющего устройства
  7. АЛУ умеет выполнять арифметические и логические операции с двоичными числами

Оставайся с нами. В следующих статьях я расскажу более подробно как устроена память МК, порты ввода-вывода и АЛУ. А после этого мы  пойдём ещё дальше и в итоге дойдём до аналоговой электроники. 

p.s. Нашёл ошибку? Сообщи мне!

mp16.ru

Электроника для начинающих радиолюбителей. Теория, практика, схемы, уроки.

Свежие записи

Из этой заметки вы узнаете о том, как паять компоненты без их перегрева. Какие бывают паяльники, а также, что такое жала Т12 и каких видов они бывают.

Еще 5-6 лет назад большинство радиолюбителей (а некоторые и по сей день) пользовались приборами, которые остались ещё от СССР. В свое время это были замечательные приборы со своими плюсами и минусами. Но СССР уже нет более четверти века, а технологии продолжали развиваться, совершенствоваться и дешеветь. Теперь у нас есть возможность пользоваться современными цифровыми приборами с превосходными характеристиками.

Существует множество способов общения между устройствами. Я расскажу об одном из таких способов общения между устройствами: последовательном интерфейсе или просто UART

Сегодня в обзор попали несколько технических и научно-популярных книг: про транзисторы, про мозг, по кибернетике

Я считаю, что люди, занимающиеся ВТ и программированием должны знать хотя бы в общих чертах историю развития этих отраслей в родной стране. Вам это даст не просто плюс к эрудиции, но и даст понимание как шло развитие ВТ, а также добавит немного гордости за своих предшественников.

Сегодня в обзоре книги по истории информационных технологий в СССР и, внезапно, по правильному питанию.

Я много читаю и решил поделиться мнением о некоторых прочитанных книгах.

Ты познакомишься с механизмом взаимодействия процессора с памятью и устройствами ввода-вывода. Узнаешь, что такое разрядность процессора и на что она влияет.

Как определять и выбирать SMD (Surface Mounted Device)? Я расскажу о типах SMD-корпусов, о маркировке SMD-компонентов, о том какие есть подводные камни при попытке определить SMD-компонент на готовой печатной плате

Научись рисовать профессиональные печатные платы самостоятельно с помощью Sprint Layout. Это самая популярная программа для создания ПП среди радиолюбителей всех возрастов и навыков.

В промышленности каждая радиодеталь принадлежит определенному ряду номиналов: E3, E6, E12, E24, E48, E96, E192. Но что это означает? Читай в этой статье!

Книга французского писателя Айсберга одна из лучших книг по радиоэлектронике для начинающих и детей. В форме разговора между старыми друзьями она познакомит тебя с транзисторами и основами работы с ними.

Небольшой алгоритм-лайфхак для радиолюбителей о том, как следует искать поломку в электронных приборах. С чего начинать и как производить поиск неисправности.

Советский союз выпускал много хорошей измерительной техники. Одним из интересных экземпляров того времени был портативный осциллограф С1-112. О нём и пойдёт речь.

В этом рассказе первые шаги в мир электроники делаются с необычного направления. Своё путешествие по электронике ты начинаешь с мира цифровой схемотехники, с микроконтроллеров

Айсберг в занимательной форме дружеских бесед между Любознайкиным и Незнайкиным рассказывает о том, как устроен радиоприёмник . В книге множество полезных тематических рисунков и схем! Полезная книга!

Ещё одна книга талантливого популяризатора науки и техники Рудольфа Свореня. Хочешь разобраться с транзисторами? Читай её!

Эта книга по электронике составлена слегка необычно. Начинающий радиолюбитель входит в мир электроники с самой её вершины и постепенно спускается к подножию горы, к основаниям электроники.

Книга-легенда. Она дала старт тысячам начинающих радиолюбителей. Рудольф Сворень шаг за шагом вводить читателя в мир электроники, последовательно излагая теорию и практику для её применения.

Дж. Ленк известен несколькими своими книгами: "Справочник по проектирование эл. схем" и "Электронные схемы. руководство". Обе книги сильно пригодятся хорошему радиолюбителю.

mp16.ru

Основы электроники. Урок №1: Начало

Давайте для начала рассмотрим обычную пальчиковую батарейку. На ее этикетке вы можете прочитать, что она имеет напряжение 1,5 вольта... так ли это на самом деле? Давайте проверим!

Для того чтобы это выяснить нам понадобится цифровой мультиметр. Для начала стоит приобрести недорогую модель, обязательно с ручным выбором диапазона измерения.

фото пальчиковой батарейки

Как проверить напряжение мультиметром

  • черный провод мультиметра необходимо подключить к разъему „COM”;
  • красный провод необходимо подключить к разъему для измерения напряжения „V” (Внимание! Подключение проводов иным образом может привести к повреждению прибора!)
  • мы ожидаем получить значение около 1,5 вольта, поэтому ручку мультиметра устанавливаем на значение "20" в области DCV или V- (буква V с тире, означает постоянный ток) и если это необходимо, включаем прибор (некоторые модели включаются при повороте ручки), при этом мультиметр должен показать 0;
  • металлическими наконечниками щупов мультиметра касаемся выводов батарейки... но какой куда? Попробуйте обе комбинации – результат должен быть один и тот же, только в одном случае будет отражаться положительное число, а в другом случае то же число, но только со знаком минус.
  • считываем значение – в нашем случае напряжение новой батарейки составляет 1,62 вольт;
  • выключаем мультиметр.

Как проверить напряжение мультиметром

ВНИМАНИЕ! Во время проведения измерений, чтобы не повредить мультиметр, всегда выбирайте диапазон измерения большее максимально ожидаемого результата! Если мы не знаем чего ожидать, то безопаснее будет выбрать более высокий диапазон и в дальнейшем уменьшить его для получения максимально точного результата.

Поскольку мы научились измерять напряжение мультиметром, то давайте померим и другие батарейки/аккумуляторы! Мы для тестирования выбрали:

  • заряженный аккумулятор 1,2 вольта, размер АА - мультиметр показал 1,34 вольт.
  • частично разряженный аккумулятор Ni-Mh (используемый в камере) - мультиметр наш показал 1,25 вольт.

Далее нам понадобятся 4 батарейки формата ААА, кассета для 4 батареек и макетная плата (что такое макетная плата и как ею пользоваться можно узнать здесь). Установим наши 4 батарейки в кассету. Затем концы проводов кассеты вставим в отверстия макетной платы так, как это показано на следующих фото:

 кассета для 4 батареек и макетная плата

Следующим шагом будет подготовка соединительных проводов (перемычек), их еще называют джамперами. Это такие провода, которые будут объединять отдельные радиодетали между собой на макетной плате.

Конечно же, какое-то количество джамперов входит в комплект вместе с макетной платой. Но если их у вас нет, то не беда, их можно сделать самим.

Для этого нам понадобится: компьютерный кабель, так называемая витая пара, ножницы или острый нож.

витая пара

Для начала необходимо снять изоляцию с кабеля. Внутри кабеля мы видим скрученные между собой тонкие провода. Следующим шагом будет нарезка проводов необходимой длинны. И последнее что необходимо – это зачистить с обоих концов изоляцию примерно на 1 см.

 джамперы

Далее. Нам понадобится 4 короткие перемычки (для соединения линий питания платы) и 2 длинные, лучше если они будут красного и синего цвета.

макетная плата

Теперь мы на макетной плате соберем нашу первую схему. Возьмем резистор 22кОм с цветными полосками (красный-красный-оранжевый-золотой). А какое реальное сопротивление данного резистора? Давайте проверим это мультиметром!

Как измерить сопротивление мультиметром

  • черный провод подключите к разъему „COM”;
  • красный провод подключите к разъему " Ω "
  • мы ожидаем получить значение около 22кОм, поэтому установите регулятор на значение 200к в секции Ω и, если это необходимо, включите прибор (некоторые модели включаются при повороте диска), который до измерения должен показать 0;
  • металлическими наконечниками щупов мультиметра коснитесь ножек резистора;
  • смотрим значение – у нас сопротивление составляет 22,1кОм;
  • выключаем мультиметр.

Как измерить сопротивление мультиметром

Как и в случае с батарейкой, значение, измеренное мультиметром, отличается от номинального значения тестируемого элемента (резистора). Напомним, что золотая полоска на резисторе (значение цветных полосок смотрите в этой статье) означает допуск 5%, то есть 22кОм x 5% = 1,1кОм

Поэтому диапазон отклонения сопротивления для нашего резистора может быть в пределах от 20,9кОм до 23,1кОм.

Теперь соединим на макетной плате кассету с батарейками и резистор так, как показано на картинке ниже:

макетная плата с батарейками

В электронике чтобы изобразить связи между отдельными элементами используют принципиальные схемы. В нашем случае схема будет выглядеть следующим образом:

принципиальные схемы

Символ обозначенный как B1 - это наши батарейки, обеспечивающие общее напряжение: 4 х 1,5В = 6В. наш резистор на 22кОм обозначен символом R1.В соответствии с законом Ома:

I = U / RI = 6В / 22кОмI = 6В / 22000 ОмI = 0,000273 АI = 273мкА

Теоретически, ток в схеме должен составлять 273мкА. Вспомним, что сопротивление резистора может отличаться в пределах 5% (у нас это 22,1кОм). Напряжение, поступающее от батареек, также может отличаться от номинальных 6 вольт, и оно будет зависеть от степени разряда этих батареек.

Давайте посмотрим, какое реальное напряжения идет от 4 батареек по 1,5 В.

Как измерить напряжение мультиметром

  • черный провод подключите к разъему „COM”;
  • красный провод подключите к разъему „V”
  • мы ожидаем получить значение около 6В, поэтому установите регулятор на значение "20" в секции DCV или V-, если это необходимо, включите прибор, который должен изначально показать 0;
  • металлическими наконечниками щупов мультиметра прикоснитесь проводов выходящих из кассеты батареек;
  • смотрим результат – у нас напряжение составляет 6,5 В;
  • выключаем мультиметр.

Как измерить напряжение мультиметром

Подставим полученные значения в формулу, вытекающую из закона Ома:

I = U / RI = 6,5 В / 22,1кОмI = 6,5 В / 22100 ОмI = 0,000294 АI = 294мкА

Для подтверждения достоверности наших расчетов, нам не остается ничего другого, кроме как измерить фактический ток мультиметром.

Как измерить силу тока мультиметром

  • черный провод подсоедините к разъему „COM”;
  • красный провод подключите к разъему „mA”;
  • мы ожидаем получить значение 294 мкА, поэтому устанавливаем регулятор на значение 2000µ в секции A-, если это необходимо, включите прибор, который должен изначально показать 0;
  • для измерения тока, необходимо мультиметр подключить в разрыв цепи. Металлическими наконечниками щупов мультиметра касаемся, ножки джемпера соединяющий положительный полюс батареи и ножки резистора;
  • считываем значение – у нас сила тока составляет 294 мкA;
  • выключаем мультиметр.

Как измерить силу тока мультиметром

И под конец данного урока приведем схему, отражающую различия подключения мультиметра при измерении напряжения и силы тока:

подключение мультиметра при измерении напряжения и силы тока

www.joyta.ru

Как быстро научиться электронике? - Практическая электроника

Как быстро научиться электронике!?  «А не сбрендил ли автор?» — подумаете вы.  Кто-то может за пару лет научиться программить микроконтроллеры, а кто-то до сих пор будет собирать пищалки и фонарики. Это уже зависит, конечно, от самого человека. Но давайте вернемся к вопросу… Реально ли  можно быстро научиться понимать схемы, собирать по ним электронные безделушки и научиться программить микроконтроллеры?

Итак, начнем издалека… Жил да был один итальянец.  Звали его Вильфредо Парето. И был он очень наблюдательный, любил за всем наблюдать. Вот как-то наблюдал он за всем и всея и понял одну важную вещь во всей  Вселенной. А звучит эта вещь как-то так:  20% усилий дают 80% результата, а остальные 80% лишь 20% результата. Хм, звучит неплохо, но так ли это? И соблюдается ли этот закон во всей нашей Вселенной? А давайте проверим!  Вот некоторые статистические данные:

• 20 процентов стран, в которых проживает меньше 20 процентов населения земного шара, потребляют 70 процентов мировых запасов энергии, 75 процентов металла и 85 процентов древесины.

• Менее 20 процентов общей площади Земли дают 80 процентов всех минеральных ресурсов.

• Менее 20 процентов войн приносят более 80 процентов человеческих потерь.

• Где бы вы ни жили, 20 процентов облаков производят 80 процентов дождя.

• Меньше 20 процентов записанной музыки исполняется более 80 процентов времени.

• В большинстве художественных музеев 20 процентов сокровищ демонстрируются 80 процентов времени.

• Менее 20 процентов изобретений оказывают более 80 процентов влияния на нашу жизнь. В двадцатом веке атомная энергия и компьютеры обладали большим влиянием, чем, вероятно, сотни тысяч прочих изобретений и новых технологий.

• 20 процентов земли дают более 80 процентов продуктов питания.

• 20 процентов статей «Практической электроники» просматриваются 80 процентами читателей :-).

В действительности весь жизненный цикл, от желудя до гигантского дуба, от маленького зернышка до обширных пшеничных полей, является  отражением принципа 80/20, взятом в самом масштабном значении. Незначительные причины — колоссальные результаты. Вскоре это принцип был назван 80/20 или принципом Парето, в честь наблюдательного итальянца.

       

Чтобы научиться электронике я ходил на радиокружок, читал книжки по электронике, закончил вуз по специальности «Радиотехника», но про себя я не могу сказать, что я супер-пупер электронщик… Пять лет вуза  — сплошная теория, которая вообще нахрен никому не нужна. Зачем надо было заучивать все эти трехэтажные формулы и теоремы? После окончания вуза они все равно выветрились, как семена одуванчика при легком дуновении ветерка, но все таки я благодарен вузу за то, что там меня научили быстро понимать материал и быстро соображать.

Где-то случайно на страницах Рунета я прочитал про принцип Парето и про себя подумал: «Где же зарыты эти 20% в изучении электроники?»  Проанализировав время, в течение которого я изучал эту сферу,  я все так понял: 20% — это

— сидение по вечерам с паяльником и паяние схем

— радиофорумы и сайты без копипаста с учебников и энциклопедий

— общение с такими же чайниками в электронике

— практика, практика и еще раз ПРАКТИКА!

 

Ох,  а сколько сейчас в Рунете книжек по электронике… «Радиоэлектроника для чайников», «Занимательная электроника», «Электроника от А до Я».

Сколько я их только не перечитал.  Да, согласен, есть хорошие книжки, но в основном книжки по электронике написаны каким-нибудь профессором с пятиэтажными формулами и с логарифмическими графиками. Читать книги по электронике? Думаю, это на любителя. Опять же напрашивается принцип 80/20.  20% книг дают 80% знаний. Но эти книги еще надо найти. От себя добавлю, не тратьте зря время, если книжка по электронике вас ну никак не устраивает. Начните читать другую. И все таки, я больше склоняюсь  к практической части электроники. Электроника на практике как раз и относится к тем 20%. Вы все еще сидите? А ну-ка бегом паяльник в руки!

www.ruselectronic.com

Электроника для начинающих. Введение в электронику

– Если бы не было электричества,мы бы смотрели телевизор в темноте.Муаммар Каддафи

И правда, не придумай в… а когда же и кем было придумано электричество? А что это вообще такое? Зачем оно нам нужно? В истории есть много моментов, с которыми можно связать возникновение понятия «электричества» – от натирания мехом янтаря в Древней Греции до гигантской батарейки Петрова. Да и нам это не особо важно, но обо всем по порядку.Здравствуйте, уважаемые! Может быть, у Вас сейчас утро, а, может, и день, может Вы уже готовитесь к ужину или почти пошли спать, но случайно (или намеренно) забрели сюда и… хоп! попали на настоящий урок по электротехнике. Ну или почти на настоящий. Могу сразу Вас обрадовать – здесь можно разговаривать, громко слушать музыку, принимать пищу и даже уходить, когда Вам вздумается, потому что урок это электронный или, как модно говорить, онлайновый. Никаких конспектов, никаких зачетов или экзаменов – Вы здесь по своему желанию, значит, хотите научиться. Тогда никаких остановок – только вперед!

Электрический ток, напряжение, мощность, ватт, ампер и вольт, ом и герц, транзистор и резистор… Как много непонятных (или очень даже знакомых) слов сразу. Все эти термины (а так же много других) относятся к электротехнике – науке, изучающей использование,получение, распределение, преобразование и электрической энергии. Не-не-не, не надо запоминать или записывать это определение! Положите ручку на место. «А я ее и не думал брать!» – скажете Вы. Ну и правильно. Черт с ним, кому это важно! Электротехника – это что-то связанное с электричеством. Вот это определение, пожалуй, будет нам ближе, остановимся на нём. Специалисты в области электротехники могут разрабатывать электронные устройства, начиная от радиоприемников и заканчивая сложными роботами и интеллектуальными системами управления различными агрегатами: станки, конвейеры, космические корабли и так далее. Электроника уже есть везде.

И тот самый телевизор, который Каддафи смотрел в темноте, тоже работает на электричестве, а, значит, в нём есть электрические компоненты. Современный мир очень зависим от электричества, то есть зависим от тех людей, кто умеет с ним обращаться. Конечно, каждый знает, что пальцы в розетку лучше не совать, все равно толстые и не пролезут, за оголенные провода хвататься не стоит, вдруг сверху упадет что-нибудь, но ведь это еще далеко не всё знание об электричестве. Хотите научиться создавать электронные устройства своими руками: не по готовой инструкции, какие продают сейчас в радиомагазинах и которые стоят серьезных денег по сравнению со своей реальной себестоимостью, а самостоятельно, основываясь на своих знаниях и опыте? Хотите суметь самостоятельно починить сколь угодно сложное электронное устройство (чайник, телевизор и т.д.)? Хотите? Да я же по глазам вижу, что хотите! Давайте будем пробовать вместе.

Хотя конечно в теории теория и практика это одно и то же, но на практике – это совершенно разные вещи.В начале начал нужно научиться отличать герц от ампера, а резистор от транзистора, причем с первой попытки. А так же знать, что такое выпрямитель, почему мультивибратор не вибрирует и зачем гудит трансформатор. Электротехника ответит на сотни подобных вопросов, да еще и покажет, как это все использовать на практике.Но есть одно «но». Перед тем как читать дальше, настоятельно рекомендуется знать школьных курс физики хотя бы на уровне «хорошо», понимать, что атомы состоят из элементарных частиц, электрон обладает отрицательным зарядом, поле совершает работу и обладает энергией и так далее, чтобы понимать, о чем идет речь.

Эти вопросы специально не затрагиваются, потому как это несколько другая тема и она так же требует времени на изучение. Но в случае чего всегда можно обратиться к учебникам или к сайтам google.com и wikipedia.com, где можно найти ответы на возникающие вопросы. Так же, в статьях могут встречаться и ошибки или неточности. Если увидите таковую – пишите автору, и они будут поправлены, ибо никто из нас не идеален и не может знать и помнить всего.Каждая статья состоит из теоретической (скучной) части, в которой будет изложен материал, необходимый для понимания той или иной темы, особо важные места будут отмечены специальным образом:

Пример.

Желательно эту информацию запоминать. Я постараюсь внести в теоретическую часть толику интереса, чтобы читатель не уснул хотя бы моментально, и попытаюсь вести рассказ понятным и простым языком, используя Великий и Могучий Русский Язык. После теории будет идти практическая часть (за исключением самого первого урока) – вопросы или задачи, ответить или решить которые предлагается читателю с целью закрепления полученных знаний. И в конце статьи будет располагаться несколько тезисов, отражающих общий план статьи – утверждения, которые так же нужно запоминать.Ну, вот и все на этом, бросаем пустые слова и переходим к делу. Поехали!

Содержание | Урок 1: Куда бегут электроны? →

myblaze.ru


Каталог товаров