Привет, Хабр! У нас новости. Мы запустили онлайн-курс по цифровой схемотехнике для начинающих. Он подойдет всем, кому интересно собрать из простых компонентов готовое устройство на макетной плате и узнать больше о «внутренностях» электроники. Присоединяйтесь сами или используйте курс для совместного досуга с ребенком, младшим братом или сестрой. Возможно, он поможет не только найти новое занимательное хобби, но и определиться с будущей профессией.
Всего в курсе 11 практических роликов с подробными теоретическими материалами к каждому. Будем не просто смотреть на картинки с электрическими схемами, а проводить эксперименты своими руками. Начнем с истоков: познакомимся с оборудованием и линейными электронными компонентами, а закончим сборкой секундомера с применением микросхем цифровой логики. Все подробности — на странице курса и ниже.
Кому подойдет курс
Мы рассчитываем на интерес учеников средней и старшей школы, но, по сути, верхней границы возраста у курса нет. Он подойдет всем, кому интересно научиться азам цифровой схемотехники. Подростки и взрослые смогут расширить свои знания по физике тока и работе цифровых систем, познакомиться с комбинационной логикой, узнать, как компьютеры запоминают данные, и собрать свои первые устройства на макетных платах.
Дети помладше, которые еще не проходили физику в школе, тоже могут присоединиться к курсу. Скорее всего, им понадобится помощь взрослого: мы начнем с достаточно простых схем, но после знакомства с элементами цифровой логики материал станет ощутимо сложнее. Если у вас есть дети, то это отличная возможность провести вместе часть летних каникул за полезным занятием, которое может перерасти в увлечение и даже дело жизни.
Мы будем рады, если курс также окажется полезен наставникам и учителям инженерных и робототехнических кружков. Может, вы почерпнете что-то для своих программ и практических занятий.
Чему научатся участники
Читать и собирать электрические схемы.
Работать с макетными платами и разными электронными компонентами.
Конструировать базовые логические элементы на транзисторах.
Использовать микросхемы цифровой логики серии 4000.
Собирать свои первые электронные устройства и точно понимать, как они работают.
Что в программе
В программе курса 11 практических роликов, каждый из которых сопровождает подробная статья с теорией. После первого знакомства с оборудованием участники проведут целый ряд экспериментов с разными электронными компонентами. Будут своими руками собирать цифровые схемы, которые лежат в основе всех цифровых устройств и поймут алгоритм их создания.
Приступить можно в любой момент — материалы курса выложены в открытый доступ. Вас ждут видео и статьи про:
Знакомство с оборудованием и электронными компонентами.
Цифровые сигналы на макетной плате.
Элементы цифровой логики и цифровые логические микросхемы.
Устройства комбинационной логики.
Триггеры для запоминания данных.
Сборку двух видов секундомеров на макетной плате.
Вот несколько примеров схем, логических элементов и цифровых устройств, которые соберут участники курса:
Регулятор яркости светодиода.
Индикатор логических нулей и единиц.
Инвертор и генератор сигналов.
Вентили И, ИЛИ и другие на транзисторах.
Дешифратор 2-в-4.
Двухвходовой мультиплексор на микросхеме CD4011BE.
D-триггер и другие виды триггеров.
Секундомер на двоичном счетчике и сдвиговых регистрах.
Что понадобится для обучения
Курс не требует специальных знаний и опыта. Конечно, знакомиться с цифровой схемотехникой будет легче тем, кто уже изучал физику тока в школе. Но если вдруг закон Ома только впереди по программе или, наоборот, далеко позади, не страшно. Теоретические материалы курса начинаются с самых основ: объяснения, что такое напряжение, сила тока, электрическое сопротивление и мощность.
Для практики понадобится минимум оборудования, которое не требует больших затрат. Это макетные платы, простенький мультиметр с функцией прозвонки и электронные компоненты, например, резисторы, светодиоды и цифровые логические схемы серии CD4000BE. Полный список вы найдете на лендинге курса. Паять и программировать на курсе мы не будем.
Автор курса
Павел Кириченко
Автор книги «Цифровая электроника для начинающих», а также теоретических и практических занятий в летних школах по робототехнике и информационным технологиям для детей и подростков. Кандидат технических наук, старший инженер по разработке систем на кристалле в YADRO. Профиль на Хабре: @pgkirich.
Где продолжить обучение
Есть несколько вариантов того, как продолжить постигать схемотехнику и инженерное дело:
Те, кому понравилось работать с макетными платами, могут собрать еще много устройств с книгой Павла Кириченко «Цифровая электроника для начинающих». Материал книги гораздо шире того, что вошло в программу курса. Например, можно собрать электронные кубики для игр и даже макет оперативного запоминающего устройства. В книге есть свой список необходимого оборудования, но он во многом пересекается с тем, что понадобится на нашем курсе.
Если хотите проектировать процессоры и другие микросхемы, можете выбрать открытый курс для начинающих из подборки инженера по разработке программного обеспечения Николая Тернового. Лекции и практические задания курсов помогут получить базовые знания и навыки, необходимые для разработки современных микропроцессоров, а также разобраться в устройстве архитектуры компьютера. Здесь есть, например, материалы МФТИ, МИЭТ, MIT и Цюрихского университета.
Ученики старших классов и студенты технических специальностей в вузах могут присоединиться к Школе синтеза цифровых схем и освоить современные подходы к проектированию микросхем. Программа Школы построена на базе курса MIT и выверена годами. Кроме полезной теории в нее входит много практики с использованием отладочных плат, необходимого периферийного оборудования и инструментов разработки. Обучение бесплатное.
Присоединяйтесь к курсу и Telegram-чату, где вы сможете задать вопросы по материалу инженерам YADRO и общаться с другими участниками.
Комментарии (20)
MinimumLaw
17.07.2024 11:17+3Да, ребята из Yadro, получилось у вас очень круто.
Самому, по вполне понятным причинам уже не надо, а вот старший мой... Очень хочет "как батя" - в embedder'ы. Часы электронные с aliexpress уже спаял и какие-то комментарии от меня получил... А вот у вас, пожалуй, для понимания попроще и понагляднее. Ибо я "на пальцах" и с блокнотом, а у вас видео и все же железки... Если зайдет, вполне вероятно и повторим. С макеткой, со стандартной логикой, и ключами... Возможно даже углубим.
P.S.
И собеседование технические у вас правильно проходят. С правильными вопросами. Желаю вам покорить олимп отечественной электроники. У вас реально может (Почему может? Должно! Нет даже обязано!) получиться. Во всяком случае в это хочется верить.
yadro_team Автор
17.07.2024 11:17+3Алексей Анатольевич, спасибо вам большое за теплые слова.
Желаем вашему сыну успехов на его пути!
Fangaro
17.07.2024 11:17+4Спасибо! Такая выкладка информации может быть интересна и в 9-11 лет, если рядом взрослый.
checkpoint
17.07.2024 11:17+2Так, погодите, какие нафиг CD4000BE ? В Чипдипе полно микросхем серии К561 по рублю за ведро.
И еще. Я бы скорректировал план в следующем порядке: логика на транзисторах, стандартная логика, дешифраторы, сумматоры, триггеры, счетчики, автоматы, простейший 4-х битный ЦПУ на 13-ти микросхемах. Я со своими детьми (детсад, 1-й и 7-й класс) прошел по этому пути за пол года - всем очень понравилось.
LAutour
17.07.2024 11:17+3В Чипдипе полно микросхем серии К561 по рублю за ведро.
Только "рубль" этот в Чипе неадекватный. А 74HC и 4000 там обойдутся раза в два дешевле..
checkpoint
17.07.2024 11:17На импортные там сроки длинные, а отечественные в наличии в товарных количествах. Но дело, как Вы понимаете, не в сроках и не в деньгах. :)
LAutour
17.07.2024 11:17Я проверял по наличию в своем городе и на центральном складе, дип-корпуса. Импорт получается доступнее.
Если нужны именно отечественные микросхемы, то лучше поискать в других магазинах, например - ТЭК.
checkpoint
17.07.2024 11:17Открываю ролик "Подключаем светодиоды и транзисторы" и с первых секунд слышу про вольт-амперные характеристики. Алло, гараж, какие нафиг ВАХ для школьников ? Вся эта теория для ВУЗа (2-го курса) напроч отбивает желание у детей заниматься. Если стоит цель заинтересовать детей заниматься цифровой схемотехникой, то такой подход явно провальный. Да и для взрослых детей, кому за 40, все эти слова про ВАХ тоже утомительны и по большей части мимо ушей.
Еще замечания:
1. Работать надо с 5-ти вольтовыми схемами. Крона (9В) слишком проблематична - 9-ю вольтами легко убить любой компонент просто неправильно подключив. Например, круглые светодиоды не хило так выстреливают если их подключить без токоограничивающего резистора. Микросхемы тоже хорошо дымят, а многие мрут просто незаметно и это создает массу негатива (человек не понимает почему не работает его схема, хотя она собрана верно).
2. Изучать транзисторные ключи надо начинать с обычных кнопок. Сначала показать как формируется логический "0" и логическая "1" обычной кнопкой, собрать И, ИЛИ и НЕ на кнопках. Потом предложить заменить кнопку электронной "кнопкой" - транзистором. Это логично и понятно детям. Рассказывать про напряжения отпирания в курсе цифровой схемотехнике для детей нет никакого смысла, достаточно сказать что транзисторы бывают двух типов - отпираемые единицей (положительным напряжением - N-канальные) и нулём (P-канальные). Подробности проистекающих процессов внутри транзистора на данном этапе только вредны, они отвлекают от основной цели, запутывают детей и у них моментально пропадает интерес.
LAutour
17.07.2024 11:17+1Как ни странно спалить до дыма будет проще источником 5В, а не 9В кроной. 5В сейчас обычно берут с USB, а там рабочие токи нагрузки до нескольких ампер. Крона же с ее большим внутренним сопротивлением больше пары сотен милиампер обеспечить не сможет. Плюс например, если брать usb-повербанки, то для многих из них минимальная требуемая нагрузка до автоотключения может быть заметно выше, чем потребляет небольшая схема на КМОП логике.
checkpoint
17.07.2024 11:17Брать питание для макетки с USB не удобно и чревато остаться без USB порта. Обычно такое дело питают либо от лабораторника, либо от трех АА в холдере. Я когда с детьми занимался, то пользовался именно батарейками, как раз по той причине, что выдать большой ток они не способны и это действительно несколько раз спасало микросхемы от гибели. Но пару светодиодов мы все равно бахнули. :)
LAutour
17.07.2024 11:17+1У батареек АА ток КЗ заметно выше чем у Кроны.
checkpoint
17.07.2024 11:17AA соединяются последовательно три штуки, внутреннее сопротивление такой батареи утраивается, какой там ток КЗ я не знаю (не замерял), но по опыту это гораздо более щадящий и толерантный к ошибкам способ запитки. Я в начале пробовал играться с Кроной, так же как и автор этого видео курса, но быстро понял, что Крона убивает микрухи неловким движением руки. Дети при сборке схем постоянно допускают ошибки, микрухи мрут мгновенно, а светодиоды выстреливают и это даже травмоопасно. С тремя AA таких эксцессов как с Кроной стало существенно меньше.
LAutour
17.07.2024 11:17AA соединяются последовательно три штуки, внутреннее сопротивление такой батареи утраивается
:) В 3 раза сопротивление, в 3 раза напряжение - ток КЗ не меняется!
(для Крон тоже справедливо, но в них базовый элемент имеет большее сопротивление).
checkpoint
17.07.2024 11:17Да, лоханулся, извините.
И всё таки я сейчас измерю ток КЗ трех АА и одной Кроны. :)
salieff
17.07.2024 11:17+1А там расскажут, где взять такую красивую макетку, на которой, хотя бы, UART на 9600 не будет глючить по чёрному?
Это достаточно чувствительная проблема в обучении детей. Собираем макетку по схеме, и ..., ничего не работает - все контакты звенят, все отваливается. В подсознании сразу закрепляется барьер - "это очень сложно, нафиг не надо".checkpoint
17.07.2024 11:17Да, из этих "бредбордов" микросхемы вываливаются или не контачат. Я намучался в первый же день и начал ставить их на кровати такого типа и ни в коем случае не такого.
KonstantinTokar
17.07.2024 11:17Я кстати когда сыну купил набор (мкроша вроде) тоже об этом подумал, сразу ногу у микросхемы согнул.
DmitryZlobec
Ой плохому детей учите. ))) Шутка.
Реально мегакруто сделано. А съемку сверху как осуществляли?
yadro_team Автор
Дмитрий, здравствуйте!
Спасибо вам большое.
Вид сверху снимали с помощью стойки-журавля KUPO 546M K. На ней закрепили шаровую голову для штатива Benro VX25, а уже на ней — камеру.