Электроника: логические микросхемы, усилители и датчики для начинающих

Эта книга — продолжение мирового бестселлера «Электроника для начинающих», где рассмотрены 36 новых пошаговых экспериментов, в ходе которых читатель научится добавлять вычислительные способности в свои электронные проекты.

Электроника — это намного больше, чем просто резисторы, конденсаторы, транзисторы и диоды. Существует целая уйма проектов, которые можно создать, используя компараторы, операционные усилители и датчики. И не забывайте о мыслительных способностях логических микросхем!

В книге описаны особенности применения электронных компонентов и устройств: операционных усилителей, компараторов, счётчиков, шифраторов, дешифраторов, мультиплексоров, сдвиговых регистров, таймеров, полосовых индикаторов, массивов пар Дарлингтона и различных датчиков. Из этих ингредиентов вы создадите любопытные учебные проекты: логические игры, тестеры, систему предсказаний, различные аудиоустройства и многое другое.

Книга содержит многочисленные иллюстрации рассматриваемых проектов, а также списки необходимых деталей для каждого из них.

Примеры проектов

Прочитав книгу, вы научитесь:

• Бросать «электронные веточки тысячелистника» в древней системе предсказаний И Цзинь с помощью дешифратора и двоичного счетчика.
• Создавать тестер телепатии, используя логические элементы И-НЕ, ИЛИ-НЕ и Исключающее ИЛИ-НЕ.
• Собирать на макетной плате устройство, «протестующее против крика», используя операционные усилители и сглаживающие конденсаторы.
• Собирать на микросхемах таймера, счётчика и мультиплексора схему для генерирования случайных чисел для использования в игре «Горячий слот».
• Радикально усовершенствовать игру «Крестики-нолики», используя герконы и магниты.
• Использовать вращающийся кодер или термистор для генерирования случайных чисел.

Данные

• Автор: Чарльз Платт
• Оригинальное название: Make: More Electronics (Charles Platt)
• Формат: 203×260 мм
• Кол-во страниц: 448
• Тип издания: мягкая обложка
• Печать: чёрно-белая с цветными вклейками
• Год выхода: 2020
• Издательство: «БХВ-Петербург»
• ISBN: 978-5-9775-3596-0

Оглавление

Об авторе

Благодарности

Предисловие

• Что вам понадобится?
  • Первоначальные знания
  • Инструменты
  • Компоненты
  • Спецификации компонентов
• Как работать с этой книгой?
  • Принципиальные схемы
  • Размеры
  • Математика
  • Организация книги
• Если что-то не работает…
• Связь между автором и читателями
  • Информативная обратная связь от меня к вам
  • Информативная обратная связь от вас ко мне
  • Запрос моей помощи
• Прежде, чем отправлять сообщение
• Что дальше?
• Цифровая библиотека Safari® Books Online

Организация рабочего места

• Источник питания
  • Стабилизирование напряжения
• Макетные платы
  • Монтаж проводки
  • Захваты: мини-клипсы и «крокодилы»
• Хранение компонентов
  • Проверка номиналов

Эксперимент 1. Сопротивление клея

• Усилитель на основе клея
  • Что здесь происходит?
  • Символика

Эксперимент 2. Выполняем вычисления

• Требования
• Токи транзисторов
• Сокращения и спецификации
• А как насчет напряжения?
  • Ответы на вопрос про делители напряжения

Эксперимент 3. От света к звуку

• Звук, вызываемый светом

Эксперимент 4. Свет, напряжение и частота

• Использование фототранзисторов

Эксперимент 5. Эй, ухнем

Эксперимент 6. Легко включили, легко выключили

• Компаратор в действии
• Обратная связь
• Гистерезис
• Символ компаратора
• Выход компаратора
• Внутреннее устройство микросхемы компаратора
• Перерисовываем схему
• Компаратор или микроконтроллер?

Эксперимент 7. Даёшь хронофотонный контроллер

• Базовая схема
• Следующий шаг
  • Тестирование схемы
  • Устройство реле
• Конденсатор связи
• Вскрываем часы
  • Смотрим, что внутри
  • Напряжение питания часов
  • Что заставляет звучать зуммер?
• Использование звукового сигнала
• Подсоединение часов
• Как всё это должно работать?
• Тестирование хронофотонного контроллера
• Подключение светильника к реле
• Что дальше?

Эксперимент 8. Путешествие в страну звука

• Усиливаемся
• Представляем электретный микрофон
• Вы меня слышите?
• Звуковые гребни и долины

Эксперимент 9. От милливольт к вольтам

• Поставим постоянному току преграду
• Представляем операционный усилитель
• В чём разница?
• Идеальная пара
• Измерение выходного напряжения

Эксперимент 10. От звука к свету

• Комбинация светодиода с транзистором

Эксперимент 11. Необходимость отрицательности

• Игры измерений
• Усиление постоянного тока
  • Усилитель: вход и выход
  • Валерьянка для электроники
  • Усиление
• Выход за пределы
• Без усилий нет усиления!
  • Этап 1. Выходные напряжения
  • Этап 2. Входные напряжения
  • Этап 3. Создаём график
  • Этап 4. Усиление
  • Результат правильный?
• Устраняем погрешность
• Базовые схемы с операционным усилителем
• Базовые схемы без двухполярного источника питания

Эксперимент 12. Работающий усилитель

• Представляем микросхему LM386
  • Схема усилителя
  • Диагностика проблем с усилителем

Эксперимент 13. Не кричать

• Шаг за шагом
  • Выявление крика
  • Будет ли это работать на самом деле?
  • Продолжаем разработку
• Проблемы с питанием
• Провал?
• И напоследок

Эксперимент 14. Удовлетворённый протест

• Самое главное — правильно рассчитать время
  • Краткое описание доработки
  • Проверка криком
• Можно ли это сделать на микроконтроллере?
• Что дальше?

Эксперимент 15. Это всё так логично

• Проверка на телепатию
• Организация эксперимента
• Логика ЭСВ
• Сборка схемы ЭСВ-эксперимента
• Улучшение схемы тестера телепатии

Эксперимент 16. Усовершенствованный тестер телепатии

• Готовы?
• Не жульничать!
• Индикация неудачи
• Конфликты
  • Распутывание
• Преобразование схемы в логическую диаграмму
• Оптимизация логики
• Сборка упрощённой схемы
• Некоторые полезные подробности
• Отличие цифровых компонентов от аналоговых
• Дополнительное улучшение схемы тестера телепатии
• Не так уж и просто?
• Можно ли было использовать микроконтроллер?

Эксперимент 17. Каковы наши шансы

• Логика игры
  • Кто выиграл?
  • Кто жульничает?

Эксперимент 18. Время переключаться

• Вернёмся к игре «Камень, ножницы, бумага»
• Индикация нажатой кнопки
• Защита от жульничества
• Побеждает дружба
• Сборка схемы
• Добавление системы предотвращения жульничества
• Заключение

Эксперимент 19. Декодирование телепатии

• Тестирование дешифратора
  • Повторение двоичной математики
  • Сборка схемы на макетной плате
  • Цоколёвки дешифраторов

Эксперимент 20. Игра «Камень, ножницы, бумага» на дешифраторах

• Логика игры на дешифраторах
• Критерии игры
• Недоступное ИЛИ
• Спасительное ИЛИ-НЕ
• Сборка упрощённой схемы на макетной плате
• Расшифровка дешифрации

Эксперимент 21. «Горячий» слот

• Мультиплексируем
  • Переходы и перемещения
  • Цоколёвка мультиплексоров
  • Приложения с использованием мультиплексора
  • Аналоговые и цифровые мультиплексоры
• Разработка игры
  • Выбор слота
  • Разработка схемы
  • Конструкция слотов
  • Проверка работы игры
• Как определяется победитель?
  • Выигрыш
  • Разберёмся с шансами «Горячий слот» на микроконтроллере

Эксперимент 22. Слышимая логика

• Логическое аудио
• Слушаем Исключающее ИЛИ
• Всё смешалось

Эксперимент 23. Головоломки

• Передвигаемые фишки
• Логическая решётка
• Применение логических элементов
• Переключаемая игра Овидия
• Ответ на оконную головоломку

Эксперимент 24. Сложение

• Пять правил двоичного сложения
• От битов к состояниям
• Сумматор своими руками
• Сложение на макетной плате

Эксперимент 25. Усовершенствование сумматора

• Возвращение дешифратора
• Ввод десятичных значений с помощью двухрядных DIP-переключателей
  • Представляем шифратор
  • Другие особенности шифратора
  • Можно ли собрать сумматор на переключателях?
  • Составляем таблицу состояний
  • Организация переключателей

Эксперимент 26. Бег по кругу

• Как работает кольцевой счётчик?
  • Раздражающий порядок выводов
• Игра на счётчике
  • Необходимые пояснения
  • Особенности настройки игры
• Тестирование реакции на микроконтроллере

Эксперимент 27. Сдвиг битов

• Не дребезжать!
  • Необходимые уточнения
• Схема для демонстрации битового сдвига
• Цоколёвка микросхемы сдвигового регистра
• Современные применения

Эксперимент 28. «Вещий Цзин»

• Гексаграммы
• Дисплей
• Путь тысячелистника
• Числа
• Выбор случайных чисел
• Как всё это работает?
• Некоторые мелочи
• Линейные индикаторы или отдельные светодиоды?
• Сборка схемы проекта «Вещий Цзин»
• Монтаж и тестирование
• Запускаем игру «Вещий Цзин»
• Установка схемы в корпус

Эксперимент 29. Простейший датчик: геркон

• Маленький магнитный выключатель
• Исследуем геркон
• Принцип работы геркона
• Датчик уровня жидкости
  • Датчик уровня горючего
• Герконы вместо обычных выключателей
• Применение герконов
• Типы магнитов и их поставщики
• Формы магнитов

Эксперимент 30. Датчики Холла

• Исследуем датчик Холла
• Применение датчиков Холла
• Типы датчиков Холла
• Датчики Холла и цифровая логика
  • Сгибание трубок
  • Электроника игры качения шариков

Эксперимент 31. Электронная оптика

• Активные светочувствительные датчики
• Рабочие характеристики оптических датчиков
• Исследуем инфракрасный датчик
  • Тестирование инфракрасного светодиода
  • Тестирование фототранзистора
  • Тестирование логики
  • Расширение возможностей схемы
• Доработка игры «Горячий слот»
  • Проверка концепции
  • Схема подключения датчиков
  • Сборка схемы на макетной плате
  • Корпус для датчиков

Эксперимент 32. Усовершенствование игры Овидия

• Логика постановки задачи
• Обратно к переключателям
• Магнитные вопросы

Эксперимент 33. Польза вращения

• Энкодер: принцип работы
  • Какой энкодер нам нужен?
  • Пакет импульсов
• Что там внутри?
• Применение энкодеров
• Случайности возможны
  • Вращающийся «Приниматель решений»
  • Вращающийся «Увиливатель»
• «Идеальная» случайность

Эксперимент 34. Случайность и датчики окружающей среды

• Управление таймером с помощью другого таймера
• Термистор
• Факторы случайности
• Автоматизация схемы произвольного выбора
• Настройка частоты таймера
• Как повысить степень случайности значений сопротивления термистора?
• Датчик влажности
• Регулирование влажности
• Акселерометр
• Датчик прикосновения
• Эмпирические проблемы
• Насколько случайна случайность?

Эксперимент 35. СРЛОС

• Знакомимся с СРЛОС
  • Сдвиг битов крупным планом
  • Проблема с нулями
  • Обеспечение неповторяемости
  • Проведение исследования
  • Единицы и нули
  • Проблема весовых коэффициентов
  • Пропускаем 254-е значение
  • Делимся входом сигнала тактирования
  • Возможны ли другие варианты?
• Затравка
  • Мигающие светодиоды
  • Селектор слота
  • Вариант кольцевого счётчика
  • Произвольные тоны
  • Ввод для игры «Вещий Цзин»

Эксперимент 36. Вариант тестера экстрасенсорных способностей для одного участника

• Первая часть проекта
• Вторая часть проекта
  • Логика ввода
  • Сигнал готовности
  • Затравка случайным числом
  • Ещё два элемента Исключающее ИЛИ
  • Самое главное — действовать вовремя
  • Подсчёт угадываний
• Схема в сборе
• Проверка работы тестера
• Насколько маловероятными являются ЭСВ?
  • Могущество треугольника
  • Вероятности Джона Уолкера

Библиография

Приложение. Приобретаемые компоненты

• Наборы компонентов
• Источники
• Базовые компоненты
  • Резисторы
  • Конденсаторы
  • Светодиоды
• Основные сведения о семействах микросхем
  • Транзисторы
  • Переключатели
  • Источники питания, макетные платы и монтажные провода
• Минимальный список покупок. Эксперименты с 1 по 14
• Минимальный список покупок. Эксперименты с 15 по 25
• Минимальный список покупок. Эксперименты с 26 по 36
• Оптимальный список покупок. Эксперименты с 1 по 14
• Оптимальный список покупок. Эксперименты с 15 по 25
• Оптимальный список покупок. Эксперименты с 26 по 36
• Максимальный список покупок. Эксперименты с 1 по 14
• Максимальный список покупок. Эксперименты с 15 по 25
• Максимальный список покупок. Эксперименты с 26 по 36
• Выборочный список покупок

Предметный указатель