“Curso inicial de electricista”. Electrónica digital para principiantes
Hoy en día es imposible imaginar la vida sin electricidad. No se trata sólo de la luz y la calefacción, sino también de todos los aparatos electrónicos, desde las primeras lámparas de vacío hasta los teléfonos móviles y los ordenadores. Su trabajo se describe mediante una variedad de fórmulas, a veces muy complejas. Pero incluso las leyes más complejas de la ingeniería eléctrica y la electrónica se basan en las leyes de la ingeniería eléctrica, que se estudian en la asignatura "Fundamentos teóricos de la ingeniería eléctrica" (TOE) en institutos, escuelas técnicas y escuelas superiores.
Leyes básicas de la ingeniería eléctrica.
- ley de ohm
- Ley de Joule-Lenz
- La primera ley de Kirchhoff
ley de ohm- El estudio del TOE comienza con esta ley y ningún electricista puede prescindir de ella. Afirma que la corriente es directamente proporcional al voltaje e inversamente proporcional a la resistencia. Esto significa que cuanto mayor sea el voltaje aplicado a la resistencia, motor, capacitor o bobina (manteniendo constantes otras condiciones), mayor será la corriente que fluye a través del circuito. Por el contrario, cuanto mayor es la resistencia, menor es la corriente.
Ley de Joule-Lenz. Utilizando esta ley, es posible determinar la cantidad de calor generado por un calentador, cable, potencia de un motor eléctrico u otros tipos de trabajo realizados por corriente eléctrica. Esta ley establece que la cantidad de calor generada cuando la corriente eléctrica fluye a través de un conductor es directamente proporcional al cuadrado de la corriente, la resistencia de ese conductor y el tiempo que fluye la corriente. Con esta ley se determina la potencia real de los motores eléctricos y, además, sobre la base de esta ley funciona el contador eléctrico, según el cual pagamos por la electricidad consumida.
La primera ley de Kirchhoff. Se utiliza para calcular cables y disyuntores al calcular circuitos de suministro de energía. Afirma que la suma de las corrientes que entran en cualquier nodo es igual a la suma de las corrientes que salen de ese nodo. En la práctica, un cable entra desde la fuente de alimentación y uno o más salen.
Segunda ley de Kirchhoff. Se utiliza cuando se conectan varias cargas en serie o una carga y un cable largo. También es aplicable cuando no se conecta desde una fuente de energía estacionaria, sino desde una batería. Afirma que en un circuito cerrado la suma de todas las caídas de voltaje y todas las fem es 0.
Dónde empezar a estudiar ingeniería eléctrica
Lo mejor es estudiar ingeniería eléctrica en cursos especiales o en instituciones educativas. Además de la oportunidad de comunicarte con los profesores, podrás aprovechar las instalaciones de la institución educativa para realizar clases prácticas. La institución educativa también emite un documento que será necesario al solicitar un trabajo.
Si decides estudiar ingeniería eléctrica por tu cuenta o necesitas material adicional para las clases, existen muchos sitios donde puedes estudiar y descargar los materiales necesarios a tu computadora o teléfono.
Videotutoriales
Hay muchos vídeos en Internet que le ayudarán a dominar los conceptos básicos de la ingeniería eléctrica. Todos los videos se pueden ver en línea o descargar usando programas especiales.
Videotutoriales para electricistas.- una gran cantidad de materiales que hablan sobre diversas cuestiones prácticas que puede encontrar un electricista novato, sobre los programas con los que debe trabajar y sobre los equipos instalados en las viviendas.
Conceptos básicos de la teoría de la ingeniería eléctrica.- aquí hay lecciones en video que explican claramente las leyes básicas de la ingeniería eléctrica. La duración total de todas las lecciones es de aproximadamente 3 horas.
- cero y fase, diagramas de conexión de bombillas, interruptores, enchufes. Tipos de herramientas para instalación eléctrica;
- Tipos de materiales para instalación eléctrica, montaje de circuitos eléctricos;
- Conexión de interruptor y conexión en paralelo;
- Instalación de un circuito eléctrico con interruptor de dos botones. Modelo de suministro eléctrico del local;
- Modelo de fuente de alimentación para una habitación con interruptor. Conceptos básicos de seguridad.
Libros
el mejor asesor siempre hubo un libro. Anteriormente, era necesario pedir prestado un libro de la biblioteca, de amigos o comprarlo. Hoy en día, en Internet puede encontrar y descargar una variedad de libros necesarios para un electricista principiante o experimentado. A diferencia de los tutoriales en vídeo, donde puedes ver cómo se realiza tal o cual acción, en un libro puedes tenerlo a mano mientras realizas el trabajo. El libro puede contener materiales de referencia que no encajarán en una lección en video (como en la escuela: el maestro cuenta la lección descrita en el libro de texto y estas formas de enseñanza se complementan entre sí).
Hay sitios con una gran cantidad de literatura sobre ingeniería eléctrica sobre una variedad de temas, desde teoría hasta materiales de referencia. En todos estos sitios podrás descargar el libro que necesitas en tu computadora y luego leerlo desde cualquier dispositivo.
Por ejemplo,
mexalib- varios tipos de literatura, incluida la ingeniería eléctrica
libros para electricista- este sitio tiene muchos consejos para el ingeniero eléctrico novato
especialista en electricidad- sitio para electricistas y profesionales principiantes
Biblioteca del electricista- muchos libros diferentes principalmente para profesionales
Libros de texto en línea
Además, en Internet existen libros de texto en línea sobre ingeniería eléctrica y electrónica con un índice interactivo.
Estos son tales como:
Curso Básico de Electricista- libro de texto sobre ingeniería eléctrica
Conceptos básicos
Electrónica para principiantes- curso inicial y conceptos básicos de electrónica
Precauciones de seguridad
Lo principal al realizar trabajos eléctricos es el cumplimiento de las precauciones de seguridad. Si el funcionamiento incorrecto puede provocar fallos en el equipo, el incumplimiento de las precauciones de seguridad puede provocar lesiones, discapacidad o la muerte.
Reglas principales- Esto significa no tocar cables con corriente con las manos desnudas, trabajar con herramientas con mangos aislados y, al cortar la energía, colocar un cartel que diga "no encender, hay gente trabajando". Para un estudio más detallado de este tema, debe consultar el libro "Reglas de seguridad para trabajos de instalación y ajuste eléctricos".
Comenzaremos tu viaje al mundo de la electrónica con una inmersión en la electrónica digital. En primer lugar, porque esta es la cima de la pirámide del mundo electrónico y, en segundo lugar, los conceptos básicos de la electrónica digital son simples y comprensibles.
¿Alguna vez has pensado en el fenomenal avance en ciencia y tecnología que se ha producido gracias a la electrónica y a la electrónica digital en particular? Si no es así, toma tu teléfono inteligente y míralo con atención. Un diseño tan simple es el resultado de una gran cantidad de trabajo y logros fenomenales de la electrónica moderna. La creación de esta técnica fue posible gracias a la simple idea de que cualquier información se puede representar en forma de números. Entonces, no importa con qué información esté trabajando el dispositivo, en el fondo está haciendo cálculos numéricos.
Probablemente estés familiarizado con los números romanos y arábigos. En el sistema romano los números se representan como una combinación de las letras I, V, X, L, C, D, M, y en árabe mediante la combinación de los símbolos 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9. Pero existen otras formas de representar números. Uno de ellos es la forma binaria. O, como se le llama más a menudo, el sistema numérico binario. En dicho sistema numérico, cualquier número es una secuencia de sólo "0" y "1".
| árabe | romano | Binario |
| 0 | - | 00 |
| 1 | I | 01 |
| 2 | II | 10 |
| 3 | III | 11 |
Los matemáticos e ingenieros han trabajado duro y hoy en día cualquier información se puede presentar como una combinación de ceros y unos: una señal de un sensor de movimiento, música, vídeo, fotografía, temperatura e incluso este texto que estás leyendo ahora está en realidad en el Las profundidades de su dispositivo parecen una secuencia de ceros y unos.
No importa qué información maneje un dispositivo digital, en el fondo está procesando números.
¿Por qué exactamente "0" y "1", y no "0", "1" y "2", por ejemplo? De hecho, hubo intentos bastante exitosos de crear tecnología digital que no utilice un sistema numérico binario, sino ternario ("0", "1" y "2"), pero el binario aún así ganó.
Quizás ganó porque la URSS colapsó, o quizás porque “0” y “1” son más fáciles de representar en forma de señales eléctricas. Esto significa que los dispositivos digitales basados en el sistema numérico binario son más fáciles y económicos de producir. Hablaré más sobre números binarios más adelante.
Estructura de un dispositivo digital.
Casi todos los dispositivos digitales contienen elementos típicos de los que consta una combinación. Algunos elementos son muy simples, otros son más complejos y otros son completamente complejos. En la práctica amateur los más habituales son: disparadores, temporizadores, contadores, registros, microcontroladores, comparadores, etc.
Elijamos algo de esta lista y veamos cómo funciona. ¡Que sea un microcontrolador (MK)! Está bien, lo admito. Elegí el microcontrolador por una razón. El hecho es que fue la llegada de los microprocesadores lo que supuso una auténtica revolución en la electrónica y llevó su desarrollo a un nuevo nivel.
MK es el tipo de microprocesador más numeroso y popular del mundo. Lo que lo hace especial es que el microcontrolador es un microPC: un ordenador completo en un solo chip. Imaginemos una computadora del tamaño de, digamos, un centavo. Este es MK.
Los microcontroladores se utilizan en todas partes: en televisores, refrigeradores, tabletas y sistemas de seguridad modernos. Allí donde sea necesario controlar algo, un microcontrolador puede encontrar su lugar. Y todo gracias a que, como cualquier microprocesador, el MK se puede programar. Como resultado, el mismo tipo de chip se puede utilizar en cientos de dispositivos diferentes.
Hoy en día, los más populares son, por ejemplo, los microcontroladores AVR, PIC, ARM. Cada una de las empresas que produce los tipos de microcontroladores enumerados produce docenas, si no cientos, de variedades de microcontroladores diseñados para todas las tareas imaginables e inconcebibles.
¿Cómo funciona un microcontrolador?
A pesar de la complejidad del diseño de un microcontrolador real, cómo funciona se puede decir en una sola frase: "El texto del programa se escribe en la memoria del microcontrolador, el MK lee los comandos de este programa y los ejecuta", es decir. todo.
Por supuesto, MK no puede ejecutar ningún comando. Tiene un conjunto básico de comandos que comprende y sabe ejecutar. Al combinar estos comandos, puede obtener casi cualquier programa con el que el dispositivo hará exactamente lo que usted desea que haga.
En el mundo moderno, un microprocesador (MK también es un microprocesador, pero especializado) puede tener muchos comandos básicos o muy pocos. Se trata de una división tan condicional para la que incluso se acuñaron dos términos: CISC y RISC. CISC son muchos tipos diferentes de comandos para todas las ocasiones, RISC son solo los comandos más necesarios y utilizados con frecuencia, es decir. conjunto reducido de comandos.
La mayoría de los microcontroladores son RISC. Esto se explica por el hecho de que cuando se utiliza un conjunto reducido de comandos, los microcontroladores son más simples y más baratos de producir, y son más fáciles y rápidos de dominar para los desarrolladores de hardware. Hay muchas diferencias entre CISC y RISC, pero por ahora lo único importante a recordar es que CISC tiene muchos comandos, RISC tiene pocos comandos. En otro momento profundizaremos en estas dos ideas.
¿Qué sucede cuando se enciende el microcontrolador?
Entonces, imaginemos un mundo ideal en el que tienes un MK y un programa ya está grabado en su memoria. O, como suelen decir, el MK está "actualizado" (en este caso el programa se llama "firmware") y está listo para la batalla.
¿Qué sucede cuando suministra energía a su circuito MK? Resulta nada especial. Allí no hay ninguna magia. Sucederá lo siguiente:
Después de aplicar energía, el microcontrolador buscará lo que hay en la memoria. Al mismo tiempo, "sabe" dónde buscar para encontrar el primer comando de su programa..
La ubicación del inicio del programa se establece durante la producción del MK y nunca cambia. MK cuenta el primer comando, lo ejecuta, luego cuenta el segundo comando, lo ejecuta, luego el tercero, y así sucesivamente hasta el último. Cuando cuente el último comando, todo comenzará de nuevo, ya que el MK ejecuta el programa en círculo, a menos que le hayan dicho que se detenga. Así es como funciona.
Pero esto no le impide escribir programas complejos que ayuden a controlar frigoríficos, aspiradoras, máquinas industriales, reproductores de audio y miles de otros dispositivos. Tú también puedes aprender a crear dispositivos con MK. Hará falta tiempo, ganas y un poco de dinero. Pero son cosas tan pequeñas, ¿verdad?
¿Cómo funciona un MK típico?
Cualquier sistema de microprocesador se basa en tres pilares:
- UPC(ALU + dispositivo de control),
- Memoria(ROM,RAM,FLASH),
- Puertos de E/S .
El procesador, utilizando puertos de E/S, recibe/envía datos en forma de números, realiza diversas operaciones aritméticas con ellos y los almacena en la memoria. La comunicación entre el procesador, los puertos y la memoria se produce a través de cables llamados neumático(los neumáticos se dividen en varios tipos según su finalidad) . Ésta es la idea general de cómo funciona el sistema MP. Como en la imagen de abajo.
MK, como ya escribí, también es un microprocesador. Sólo especializado. La estructura física de los microcircuitos MK de diferentes series puede diferir significativamente, pero ideológicamente serán similares y tendrán, por ejemplo, bloques como: ROM, RAM, ALU, puertos de entrada/salida, temporizadores, contadores, registros.
| memoria de sólo lectura | Memoria permanente. Todo lo que está escrito en él permanece en la ROM incluso después de que el dispositivo se haya desconectado de la fuente de alimentación. |
| RAM | Memoria temporal. La RAM es la memoria de trabajo del MK. En él se colocan todos los resultados intermedios de la ejecución de comandos o datos de dispositivos externos. |
| ALU | El cerebro matemático de un microcontrolador. Es él quien suma, resta, multiplica y, a veces, divide, compara ceros y unos en el proceso de ejecución de comandos del programa. Uno de los órganos más importantes del MK. |
| Puertos de E/S | Solo dispositivos para comunicar MK con el mundo exterior. Sin ellos, no se puede escribir en la memoria externa ni recibir datos del sensor o del teclado. |
| Temporizadores | ¿Cocinaste pastel o pollo? ¿Pusiste un cronómetro para que te avise cuando el plato esté listo? En el MK, el temporizador realiza funciones similares: cuenta intervalos, emite una señal cuando se activa, etc. |
| Contadores | Resultan útiles cuando necesitas contar algo. |
| Registros | La palabra más incomprensible para aquellos que al menos una vez han intentado dominar Assembler por su cuenta. Y, por cierto, actúan como RAM rápida para el MK. Cada registro es una especie de celda de memoria. Y en cada MK solo hay unas pocas docenas. |
La escala moderna de desarrollo de la electrónica digital es tan enorme que incluso para cada elemento de esta tabla se puede escribir un libro completo, o incluso más de uno. Describiré las ideas básicas que le ayudarán a comprender de forma independiente y con más detalle cada uno de los dispositivos.
El cerebro del microcontrolador
El microprocesador/microcontrolador siempre funciona según el programa incorporado en él. El programa consta de una secuencia de operaciones que puede realizar el MK. Las operaciones se realizan en la CPU, que es el cerebro del microcontrolador. Es este órgano el que puede realizar operaciones aritméticas y lógicas con números. Pero hay cuatro operaciones más importantes que puede realizar:
- leyendo desde una celda de memoria
- escribir en la celda de memoria
- leer desde el puerto de E/S
- escribir en el puerto de E/S
Estas operaciones son responsables de leer/escribir información en la memoria y dispositivos externos a través de puertos de E/S. Y sin ellos, cualquier procesador se convierte en basura inútil.
Técnicamente, el procesador consta de una ALU (calculadora de procesador) y una unidad de control que gestiona la interacción entre los puertos de E/S, la memoria y una unidad lógica aritmética (ALU).
Memoria del microcontrolador
Anteriormente, en la tabla con dispositivos típicos incluidos en el MK, indiqué dos tipos de memoria: ROM y RAM. La diferencia entre ellos es que en la ROM los datos se guardan entre el encendido del dispositivo. Pero al mismo tiempo, la ROM es una memoria bastante lenta. Por eso existe la RAM, que es bastante rápida, pero sólo puede almacenar datos cuando se suministra energía al dispositivo. Vale la pena apagar el aparato y de ahí quedan todos los datos… nada.
Si tiene una computadora portátil o personal, entonces está familiarizado con esta situación: escribió una montaña de texto, olvidó guardarlo en su disco duro y de repente se fue la electricidad. Enciendes la computadora, pero no hay texto. Así es. Mientras lo escribías, quedó almacenado en la RAM. Por eso el texto desapareció cuando se apagó la computadora.
En el mundo exterior, la RAM y la ROM se llaman RAM y ROM:
- RAM (memoria de acceso aleatorio): memoria de acceso aleatorio
- ROM (memoria de solo lectura): memoria de solo lectura
En nuestro país también se les llama memoria volátil y no volátil. Lo cual, en mi opinión, refleja con mayor precisión la naturaleza de cada tipo de memoria.
memoria de sólo lectura
Hoy en día, la memoria ROM del tipo FLASH (o, en nuestra opinión, EEPROM) está cada vez más extendida. Le permite guardar datos incluso cuando el dispositivo está apagado. Por lo tanto, en las MCU modernas, por ejemplo, en la MCU AVR, la memoria FLASH se utiliza como ROM.
Anteriormente, los chips de memoria ROM alguna vez eran programables. Por lo tanto, si se registró un programa o datos con errores, dicho microcircuito simplemente se desechó. Un poco más tarde aparecieron ROM que podían reescribirse muchas veces. Eran chips borrables por rayos UV. Han existido durante bastante tiempo e incluso ahora se encuentran en algunos dispositivos de los años 1990...2000. Por ejemplo esta ROM viene de la URSS.
Tenían un inconveniente importante: si el cristal (el que se ve en la ventana) se iluminaba accidentalmente, el programa podía dañarse. Además, la ROM sigue siendo más lenta que la RAM.
RAM
La RAM, a diferencia de ROM, PROM y EEPROM, es volátil y cuando se apaga el dispositivo, se pierden todos los datos de la RAM. Pero ningún dispositivo con microprocesador puede prescindir de él. Ya que durante el funcionamiento es necesario almacenar en algún lugar los resultados de los cálculos y los datos con los que trabaja el procesador. La ROM no es adecuada para estos fines debido a su lentitud.
MEMORIA DE PROGRAMA Y DATOS
Además de la división en memoria volátil (RAM) y no volátil, los microcontroladores se dividen en memoria de datos y memoria de programa. Esto significa que el MK tiene una memoria especial destinada únicamente a almacenar el programa MK. En los tiempos modernos suele ser una ROM FLASH. Es desde esta memoria que el microcontrolador lee los comandos que ejecuta.
Separada de la memoria del programa, hay una memoria de datos en la que se guardan los resultados intermedios del trabajo y cualquier otro dato requerido por el programa. La memoria del programa es RAM normal.
Esta separación es buena porque ningún error en el programa puede dañar el programa en sí. Por ejemplo, cuando por error el MK intenta escribir un número aleatorio en lugar de algún comando del programa. Resulta que el programa está protegido de forma fiable contra daños. Por cierto, esta división tiene su propio nombre especial: "Arquitectura de Harvard".
En la década de 1930, el gobierno de Estados Unidos encargó a las universidades de Harvard y Princeton que desarrollaran arquitectura Computadora para artillería naval. A finales de la década de 1930, en la Universidad de Harvard, Howard Aiken desarrolló arquitectura computadora Mark I, que en adelante llevará el nombre de esta universidad.
A continuación he representado esquemáticamente la arquitectura de Harvard:
Así, el programa y los datos con los que trabaja se almacenan físicamente en lugares diferentes. En cuanto a los sistemas de procesadores grandes, como una computadora personal, los datos y el programa se almacenan en el mismo lugar mientras el programa se ejecuta.
JERARQUÍA DE LA MEMORIA
CÓMO SE FIRMA EL CEREBRO DE UN MICROCONTROLADOR
Ya sabes que el cerebro del MK es la CPU, la unidad central de procesamiento, que consta de una ALU (unidad aritmético-lógica) y una unidad de control (CU). La unidad de control controla toda la orquesta desde la memoria, dispositivos externos y ALU. Gracias a él, MK puede ejecutar comandos en el orden que queramos.
La ALU es una calculadora y la unidad de control le dice a la ALU qué, con qué, cuándo y en qué secuencia calcular o comparar. La ALU puede sumar, restar, a veces dividir y multiplicar, y realizar operaciones lógicas: Y, O, NO (más sobre esto más adelante)
Cualquier computadora, incluida la MK, hoy en día sólo puede funcionar con números binarios compuestos por “0” y “1”. Fue esta simple idea la que condujo a la revolución electrónica y al desarrollo explosivo de la tecnología digital.
Supongamos que la ALU necesita sumar dos números: 2 y 5. En forma simplificada se verá así:
En este caso, la unidad de control sabe en qué posición de la memoria tomar el número “2”, en cuál el número “5” y en qué posición de la memoria colocar el resultado. La unidad de control sabe todo esto porque lo leyó en el comando del programa que lee actualmente en el programa. Un poco más adelante te contaré con más detalle sobre las operaciones aremáticas con números binarios y cómo funciona el sumador ALU desde adentro.
Bueno, dirás, ¿qué pasa si necesitas obtener estos números no del programa, sino del exterior, por ejemplo, de un sensor? ¿Qué tengo que hacer? Aquí es donde entran en juego los puertos de E/S, con la ayuda de los cuales el MK puede recibir y transmitir datos a dispositivos externos: pantallas, sensores, motores, válvulas, impresoras, etc.
OPERACIONES LÓGICAS
¿Probablemente estás familiarizado con el chiste sobre la "lógica femenina"? Pero no hablaremos de eso, sino de lógica en principio. La lógica opera con relaciones de causa y efecto: si el sol ha salido, entonces se ha vuelto luz. La causa “salió el sol” provocó el efecto “se hizo luz”. Además, podemos decir “VERDADERO” o “FALSO” sobre cada afirmación.
Por ejemplo:
- "Los pájaros nadan bajo el agua" es mentira
- "El agua está mojada": a temperatura ambiente, esta afirmación es cierta.
Como notó, la segunda afirmación puede ser verdadera o falsa bajo ciertas condiciones. Nuestra computadora solo tiene números, y a los ingenieros y matemáticos se les ocurrió la idea de denotar la verdad como "1" y lo falso como "0". Esto hizo posible escribir la verdad de un enunciado en forma de números binarios:
- "Los pájaros nadan bajo el agua" = 0
- "El agua está mojada" = 1
Y tal notación permitió a los matemáticos realizar operaciones completas con estas declaraciones: operaciones lógicas. George Boole fue el primero en pensar en esto. De ahí el nombre de esta álgebra: “álgebra booleana”, que resultó ser muy conveniente para las máquinas digitales.
La segunda mitad de la ALU son operaciones lógicas. Le permiten "comparar" declaraciones. Solo hay unas pocas operaciones lógicas básicas: Y, O, NO, pero esto es suficiente, ya que a partir de estas tres se pueden combinar otras más complejas.
Operación lógica Y denota la simultaneidad de declaraciones, es decir que ambas afirmaciones son verdaderas al mismo tiempo. Por ejemplo declaración será verdadera sólo si ambas afirmaciones más simples son verdaderas. En todos los demás casos, el resultado de la operación lógica AND será falso.
Operación lógica O será verdadera si al menos una de las afirmaciones involucradas en la operación es verdadera. "Los pájaros nadan bajo el agua" y "El agua está mojada" cierto, ya que la afirmación “el agua está mojada” es verdadera
Operación lógica NO cambia la verdad de una afirmación a su significado opuesto. Ésta es la negación lógica. Por ejemplo:
El sol sale todos los días = VERDADERO
NO (El sol sale todos los días) = NO ES VERDADERO = FALSO
Gracias a las operaciones lógicas podemos comparar números binarios, y como nuestros números binarios siempre significan algo, por ejemplo, alguna señal. Resulta que gracias al álgebra de Boole podemos comparar señales reales. Esto es lo que hace la parte lógica de la ALU.
DISPOSITIVO DE ENTRADA/SALIDA
Nuestro MK debe comunicarse con el mundo exterior. Sólo entonces será un dispositivo útil. Para ello, el MK dispone de dispositivos especiales denominados dispositivos de entrada/salida.
Gracias a estos dispositivos podemos enviar señales desde sensores, teclados y otros dispositivos externos al microcontrolador. Y después de procesar dichas señales, el MK enviará una respuesta a través de los dispositivos de salida, con la ayuda de la cual será posible regular la velocidad de rotación del motor o el brillo de la lámpara.
Déjame resumir:
- Electrónica digital: la punta del iceberg de la electrónica
- Un dispositivo digital sólo conoce y entiende números
- Cualquier información (mensaje, texto, vídeo, sonido) se puede codificar mediante números binarios.
- Un microcontrolador es una microcomputadora en un solo chip.
- Cualquier sistema de microprocesador consta de tres partes: procesador, memoria y dispositivos de entrada/salida.
- El procesador consta de una ALU y una unidad de control.
- La ALU puede realizar operaciones aritméticas y lógicas con números binarios.
Manténganse al tanto. En los siguientes artículos te contaré con más detalle cómo están dispuestas la memoria MK, los puertos I/O y la ALU. Y después iremos aún más lejos y llegaremos finalmente a la electrónica analógica.
PD.
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Bienvenido al sitio web ““
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Para convertirse en estudiante de la escuela, necesita desear y suscribirse a las noticias del sitio, ya sea a través de FeedBurner o mediante una ventana de suscripción estándar. Se requiere suscripción para recibir nuevas lecciones, videos de lecciones y tareas de manera oportuna.
Solo aquellos que se hayan suscrito al curso de formación en la “Escuela de Radioaficionados Principiantes” tendrán acceso a los materiales de video y tareas para las clases.
Para quienes decidan estudiar radioafición con nosotros, además de suscribirse, es necesario estudiar detenidamente los artículos preparatorios:
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Puedes dejar todas las dudas, sugerencias y comentarios en los comentarios de la sección “Principiantes”.
Primera lección.
Segunda lección.
Laboratorio de radioaficionados. Montamos la fuente de alimentación.
Decidimos el esquema. Cómo comprobar elementos de radio.
Preparando piezas.
Ubicación de piezas en el tablero.
Hacer un tablero de la forma más sencilla.
Soldar el circuito.
Comprobación de funcionalidad.
Realización de una carcasa para la fuente de alimentación.
Realización de un panel frontal utilizando el programa “Front Designer”.
Tercera lección.
Laboratorio de radioaficionados. Montamos un generador funcional.
Diseño de una placa de circuito impreso utilizando el programa “Sprint Layout”.
Uso de LUT (tecnología de planchado láser) para transferir tóner a la pizarra.
La versión final del tablero.
Serigrafía.
Comprobación del funcionamiento del generador.
Configuración del generador utilizando el programa especial "Virtins Multi-Instrument"
Cuarta lección.
Montaje de un dispositivo de luz y sonido mediante LED.
Prefacio.
Nos decidimos por un diagrama y estudiamos las características de las partes principales.
Fotorresistentes y sus aplicaciones.
Un poco sobre el programa Cadsoft Eagle. Instalación y rusificación de la versión oficial.
Estudiamos el programa Cadsoft Eagle:
– configuración inicial del programa;
– crear un nuevo proyecto, una nueva biblioteca y un nuevo elemento;
– creación de un diagrama esquemático del dispositivo y la placa de circuito impreso.
Aclaramos el esquema;
Hacemos una placa de circuito impreso en el programa Cadsoft Eagle;
Damos servicio a las pistas del tablero con la aleación "Rose";
Montamos el dispositivo y comprobamos su funcionamiento con un programa y generador especializado;
Bueno, al final estamos contentos con los resultados.
Resumamos algunos resultados del trabajo de la “Escuela”:
Si siguió todos los pasos secuencialmente, su resultado debería ser el siguiente:
1. Aprendimos:
- qué es la ley de Ohm y estudió 10 fórmulas básicas;
– ¿Qué es un condensador, una resistencia, un diodo y un transistor?
2. Aprendimos:
♦ producir carcasas para dispositivos de forma sencilla;
♦ estañar conductores impresos de forma sencilla;
♦ aplicar “serigrafía”;
♦ producir placas de circuito impreso:
– utilizando una jeringa y barniz;
– utilizando LUT (tecnología de planchado láser);
– utilizando PCB con película fotorresistente aplicada.
3. Estudiamos:
- programa para crear paneles frontales “Front Designer”;
– un programa amateur para configurar varios dispositivos “Virtins Multi-Instrument”;
– programa para el diseño manual de placas de circuito impreso “Sprint Layout”;
– programa para el diseño automático de placas de circuito impreso “Cadsoft Eagle”.
4. Hemos producido:
- fuente de alimentación de laboratorio bipolar;
– generador de funciones;
– música en color mediante LED.
Además, del apartado “Practicum” aprendimos:
- montar dispositivos sencillos a partir de materiales de desecho;
– calcular resistencias limitadoras de corriente;
– calcular circuitos oscilatorios para dispositivos de radio;
– calcular el divisor de tensión;
– calcular filtros de paso bajo y alto.
En el futuro, la escuela planea producir un receptor de radio VHF simple y un receptor de radioobservador. Este será probablemente el final del trabajo de la “Escuela”. En el futuro, los artículos principales para principiantes se publicarán en la sección "Taller".
Además, se ha iniciado una nueva sección sobre estudio y programación de microcontroladores AVR.
Obras de radioaficionados principiantes:
Intigrinov Alexander Vladimirovich:
Grigoriev Iliá Serguéievich:
Ruslán Vólkov:
Petrov Nikit Andreevich:
Morozas Igor Anatolievich:
La actividad principal no está directamente relacionada con la electrónica. Ella, al igual que la programación, siempre ha sido sólo un hobby. Hace siete años me convertí en papá y ahora ha llegado el momento de enseñarle a mi hijo, al mismo tiempo recordar todo lo que hay en el camino y aprenderlo yo mismo.
Permítanme volver al artículo anterior. ¿Alguien ha contado el número de usos de la palabra “estúpido”? Lo tomamos estúpidamente, lo pegamos estúpidamente, encontramos estúpidamente un boceto, lo subimos estúpidamente. E incluso si funciona, estúpidamente no entendemos qué, por qué, por qué. Soy partidario del enfoque sistémico. Pero entiendo que mantener el interés requiere práctica. Y lo primero que aprendimos mi hijo y yo fue a soldar. El cero probablemente fueron las interminables instrucciones de seguridad. Y, sin embargo, el hijo no evitó una quemadura, aunque pequeña, que se produjo al desoldar el cable. Lo amo con locura, es el único que tengo. Pero creo que esta experiencia fue inevitable y necesaria. Otro tema de tediosas instrucciones fue la red eléctrica doméstica de 220 voltios. Que no puedes conectarle nada tú mismo. Explicaciones que lleva mucho tiempo estudiar. Demostración de fotografías de descargas eléctricas, un sinfín de historias “Pero el niño subió y la descarga eléctrica lo mató. ¡¡Murió!! Siento que estoy equivocado. Muchos dirán: “¡Le introdujiste un complejo de miedo!” Pero sería mejor para mí luchar contra su fobia a los 220 voltios más tarde que sufrir, decidiendo con arrogancia que hizo todo bien y ir al enchufe ahora.
Ahora, cuando se sienta a soldar, se pone manga larga y siempre sujeta los cables. Esté siempre atento a dónde está el soldador en la mesa y en qué condiciones se encuentra. Y no irá al enchufe. El segundo fue la esencia del circuito eléctrico. ¿Qué es voltaje, corriente, resistencia? Los artículos sobre Habré ayudaron mucho con esto. Analogías con el agua y las tuberías. Quizás los grandes gurús las consideren inexactas, argumentan. Pero para un niño es lo mismo. Hay una batería, una bomba, hay cables, tuberías. Hay dispositivos que utilizan la presión y el volumen del agua que fluye: la electricidad. Y hay controles. Botones, interruptores, interruptores. Usando el agua como ejemplo, se explicó por qué se quemó el LED. Sí, simplemente fue destrozado por la presión salvaje. Por supuesto, hubo preguntas. Si está roto, ¿por qué no se pierde la electricidad? ¿Recuerdas que se rompió la manguera de la ducha de nuestra bañera? La mente inquisitiva de un niño. Lo cual al final logró comprender que existen analogías. Esa agua es una analogía, pero no es lo mismo. Después hubo práctica. Linternas infinitas, balizas en una torre hecha de cubos de Lego, con un panel de control montado en un cable. Circuitos derivados, interruptor principal, interruptores de canal individual. La esencia de la resistencia. Un estrechamiento en la tubería, una boquilla que reduce la presión. Incluso más tarde aparecieron los motores eléctricos y las cajas de cambios. La primera máquina construida a partir de un CD-Rom desmontado, dibujando simplemente una línea recta con un bolígrafo. Pero controlado desde interruptores y botones. Una breve introducción a la mecánica. ¿Por qué se necesita una caja de cambios? ¿Cómo reduce la velocidad pero aumenta la fuerza?
Y entonces surgió una elección. ¿Qué sigue? ¿Arduino? A pesar de que todavía no sabe leer ruso. ¿La ruta “Comprar estúpidamente, insertar estúpidamente, cargar estúpidamente el firmware descargado”? Decidí, ¿por qué no tener una etapa de transición? Sí, microcircuitos, pero hasta ahora SIN Arduino. Simplemente prueba suerte con la lógica básica. Y también estudiar el método LUT. El día de San Valentín estaba a la vuelta de la esquina. Y nació esto:
El circuito es típico, del manual del temporizador NE555. Dos microcircuitos, el temporizador en sí y un contador decimal: el decodificador CD4017 (análogo ruso del K561IE8).
La única diferencia es que dos LED están conectados en paralelo a las salidas del decodificador. Clasificaciones de piezas: R1 de 10 a 47 kOhm, VR1 (tuning) 47 kOhm, R2 56 Ohm. C1 100uF 16V, C2 10uF 16V, 20 LED.
Principio de funcionamiento: el condensador C2, la resistencia R1 y la resistencia de recorte VR1 forman una cadena de sincronización para el temporizador NE555. El contador del decodificador recibe pulsos del temporizador y establece "uno" (voltaje de alimentación) en sus salidas, a las que están conectados los LED. El resultado es un encendido secuencial de los LED: una luz de marcha. La resistencia R2 limita la corriente del LED a 10 - 20 mA (miliamperios). Uno para todos, ya que sólo una salida del decodificador está activa en un momento dado. Fuente de energía: batería Krona. Pero el circuito funcionará tanto desde un puerto USB como desde la red de a bordo de una moto o coche. Sólo necesitas seleccionar el valor de la resistencia R2. Ambos microcircuitos son muy sencillos y funcionan silenciosamente en el rango de tensión de alimentación de 5 a 16 voltios. Cuando se alimenta con una "corona", R1 nominal de 10 kOhm, la frecuencia del pulso del temporizador es de aproximadamente 5 hercios, el consumo de corriente de todo el circuito es de 22 mA.
La placa de circuito impreso se fabrica con forma de corazón a partir de una placa de circuito impreso recubierta con lámina por una cara mediante el método de hierro láser. En el dibujo de las vías hay una línea de contorno. Después del grabado, los bordes se liman toscamente con una cuchilla de metal y luego se procesan con papel de lija. Se tarda 1 hora en hacer el tablero.
En la figura, en rojo se muestran los puentes, hechos a partir de patas de LED recortadas y soldadas en el lado de las piezas. El tablero está diseñado en Word. Sí, todavía no soy amigo de Eagle ni de Proteus, pero es más fácil: lo abrimos o lo imprimimos en casa en papel fotográfico brillante en una impresora láser. centro de fotocopias o miniimprenta. Lo imprimí en el centro más cercano. El precio de una hoja es de 30 rublos.
Para aquellos que no están familiarizados con el método de planchado láser: cogemos un trozo de PCB recubierto de papel de aluminio, lo limpiamos a cero y lo desengrasamos con acetona o alcohol. Aplicamos la impresión de las pistas con tóner al foil. Planchar con una plancha muy caliente durante unos cinco minutos, intentando no mover la impresión del papel de aluminio. Colocamos el sándwich resultante entre dos piezas de madera contrachapada y presionamos hacia abajo (tengo 2 mancuernas, de un kilogramo cada una). Cuando se enfríe, tírelo a agua fría. Pasada media hora, enrolle con cuidado el papel empapado. Todo el tóner, el diseño, permanece en la lámina. El papel debe lavarse bien para que el dibujo no se ponga blanco al secarse. Especialmente los centros de los agujeros. Esto facilitará la perforación. Si hay pequeñas imperfecciones (el tóner no se pega por todas partes), píntalas con esmalte de uñas. Luego metemos el tablero en una solución de cloruro férrico y lo agitamos. En una solución nueva, la placa se graba durante 10 a 12 minutos. Es seguro para las manos. Pero hay que tener cuidado. Las manchas de cloruro férrico no se pueden quitar de los fregaderos de acero inoxidable. La solución se puede utilizar repetidamente. Después de grabar, lave la tabla con agua o jabón. Lave el tóner con acetona. Taladre los agujeros con una broca de 1 mm. Están grabados, no es necesario perforarlos y la broca no se escapa. Estañamos todas las pistas por completo o solo las almohadillas de contacto (en mi opinión, es más bonito así). Le damos al tablero la forma deseada utilizando una hoja de sierra para metales y papel de lija. El tablero está listo.
Preparamos los detalles. Recortamos las patas de los diodos y condensadores dejando 2,5 - 3 mm. Doblamos las patas de las resistencias y también las recortamos. Hacemos puentes a partir de trozos de patas de LED. Las patas de las piezas deben sobresalir del lado de las orugas entre 0,5 y 1 mm. Soldamos, prestando atención a la polaridad de los LED (cátodo al conductor común a lo largo del borde), condensadores electrolíticos y microcircuitos (las ventajas de los condensadores y las teclas de los microcircuitos están marcadas con puntos rojos en la figura de las pistas). Mi hijo hizo la soldadura.
Resultado:
No tuvimos tiempo con el cuerpo. Solo hicimos un soporte de plexiglás. Se dejó una protuberancia en el tablero y se taladró una ranura en la placa de plexiglás. Lo sellaron con superpegamento. La batería estaba pegada detrás del tablero con cinta adhesiva de doble cara.
Todas las piezas se pueden comprar en cualquier tienda online. Compramos en tiendas de la ciudad. Todos los detalles, una hoja de textolita para 2 San Valentín, cloruro férrico y esmalte de uñas nos costaron 500 rublos. Además, 300 de ellos son cloruro férrico y textolita. Los LED también son un poco caros, 6 rublos cada uno. Los juegos se venden en Aliexpress. Cuantas más piezas, más barato. Terminal para corona 25 rublos. Los microcircuitos, resistencias y condensadores generalmente cuestan unos centavos (rublos).
El proyecto se puede modificar. Organice los LED de manera diferente, aumente considerablemente el tiempo de conmutación e instale LED que parpadeen aleatoriamente en todos los colores. O viceversa, reduzca el tiempo. El resultado será un efecto de latido del corazón, un contorno rojo parpadeante. Puede fabricar repetidores de señales de giro para espejos de automóviles, motocicletas y bicicletas. O colóquelo debajo de la ventana trasera del automóvil como luz de freno adicional en lugar de la línea LED china. Simplemente seleccione el valor de la resistencia limitadora de corriente R2. Puede conectar interruptores de transistores a las salidas del decodificador y controlar al menos diez guirnaldas de Año Nuevo.
Se hicieron 2 dispositivos ya hechos, para mi madre y mi prima. Y dos tablas más que quedaron tiradas hasta tiempos mejores. Mi hijo perdió interés en este dispositivo. Él ya quiere más. Ya sueña con impresoras 3D y fresas. Sabe que existen motores paso a paso. Pero lo siguiente que hicimos fue un ciclocomputador. Y ya estará en Arduino nano. Pero más sobre esto en el próximo artículo.
Este curso en vídeo atraerá a todos los entusiastas de la soldadura. La radioelectrónica te enseñará los conceptos básicos, que luego te permitirán montar cualquier circuito y dispositivo.
Lección #1. Tensión y corriente. ¿Cuál es la diferencia?
El primer vídeo del curso te hablará de los conceptos muy básicos: corriente y tensión. Aprenderá por qué necesita saber sobre ellos y en qué se diferencian.
Lección #2. Resistencia. La ley de Ohm. Resistor.
La intensidad de la corriente en una sección de un circuito es directamente proporcional al voltaje en los extremos de esta sección e inversamente proporcional a la resistencia de esta sección. Si esta frase no te dice nada, entonces deberías ver el siguiente vídeo de este curso.
Lección #3. Conexión en paralelo y en serie
¿No conoces la diferencia entre la conexión en paralelo y en serie de elementos de circuito? ¿Cómo calcular la resistencia requerida y cómo conectar resistencias? Aprenderás todo esto en el siguiente vídeo.
Lección #4. Tensión variable. Frecuencia.
Frecuencia, tensión y corriente alterna. Qué son, por qué es necesario conocerlos y cómo trabajar con ellos: todo esto se encuentra en la nueva lección del curso en video.
Lección #5. Condensador
El condensador es una pieza que se utiliza muy, muy a menudo. Sin embargo, no todo el mundo entiende por qué se utiliza. Esta lección le informará sobre esto de forma detallada y sencilla.
Lección #6. Condensador (continuación)
Continuación de la lección sobre el condensador eléctrico. Para qué sirve y con qué soldarlo.
Lección #7. Diodo. Diodo Zener.
Los diodos son el tema del nuevo vídeo. Cómo funcionan, cómo funcionan y para qué se utilizan.
Lección #8. Inductor
El video tutorial mostrará y explicará claramente qué es un inductor. Se familiarizará con sus propiedades y casos de uso.
Lección #9. Rectificador. Puente de diodos.
Ahora ya sabes acerca de los diodos y su estructura, pero este video te dirá qué es un puente de diodos. También comprenderá por qué se utilizan un condensador y un diodo en un rectificador.
