Программируемый бюджетный портативный IC-автомат для диагностики и проверки логики цифровых микросхем

Работа призёра конкурса проектов и исследований «Инженеры будущего» открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» в секции «Приборостроение, микроэлектроника и схемотехника» среди работ учащихся 10–11 классов

Направление работы: Инженеры

Авторы работы: ГБОУ Школа № 1538

Email: Написать

Предметы: Физика, Информатика, Робототехника

Классы: 10 класс

Мероприятия: Конкурс проектов и исследований «Инженеры будущего» открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» 2021 года

Актуальность

Существующие портативные IC-тестеры серийного изготовления и самодельные определяют только маркировку микросхемы и её исправность. При этом IC-тестеры серийного изготовления имеют высокую стоимость и не доступны для программирования, т.е. у пользователя отсутствует возможность расширения их базы данных цифровых микросхем.

Кроме того, IC-тестеры не дают никакой информации о входящих в микросхему логических элементах, таблице истинности и временной диаграмме, что значительно снижает ценность таких тестеров для использования в учебном процессе.

Разработанный в проекте программируемый бюджетный портативный IC-автомат с искусственным интеллектом помимо маркировки микросхемы и её работоспособности, позволяет определять состав микросхемы и её логику с построением таблицы истинности, а также временной диаграммы (при подключении к компьютеру).

Спроектированный IC-автомат могут легко собрать и запрограммировать обучающиеся 10–11-х классов на уроках проектной деятельности, 7–9-х классов на занятиях дополнительного образования по схемотехнике, а также студенты колледжей и вузов.

Цель

Разработка программируемого бюджетного портативного электронного IC-автомата для определения маркировки, состава и работоспособности цифровых микросхем с построением таблицы истинности и временной диаграммы, который может быть применён также в образовательных целях.

Задачи

Составление дорожной карты проекта и списка необходимых ресурсов.
Анализ существующих решений.
Ознакомление с микросхемами цифровой логики.
Разработка и программирование бюджетного портативного электронного IC-автомата для диагностики и проверки логики цифровых микросхем с построением таблицы истинности и временной диаграммы.
Апробация на уроках проектной деятельности в 10–11-х классах и на занятиях дополнительного образования по схемотехнике в 7–9-х классах.
Анализ полученных результатов.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

Макетная плата
Платы Arduino UNO и Arduino NANO
DIP-панель
OLED-дисплей
LiPo-аккумуляторная батарея 3,7 В, проволочные перемычки
Компьютер с установленным ПО: Autodesk Fusion 360, MS Office
3D-принтер Maestro Classic

Описание

Автор изучил логические вентили (N-, 2NAND-, 4NAND-) и D-триггер, из которых состоят тестируемые в проекте цифровые микросхемы.

Автор разработал и запрограммировал IC-автоматы (в т. ч. портативный) для диагностики и проверки логики цифровых микросхем с построением таблицы истинности и временной диаграммы на основе плат Arduino UNO и Arduino NANO.

С помощью разработанных IC-автоматов автор успешно протестировал микросхемы: CD4069UBE (российский аналог – КР1561ЛН1), CD4011BE (КР1561ЛА7), CD4012BE (КР1561ЛА8), CD4013BE (КР1561ТМ2).

Результаты работы/выводы

Проведено обоснование актуальности проекта, сформулированы цель и задачи по достижению этой цели.
Разработан бюджетный портативный IC-автомат для определения маркировки, состава и исправности цифровых микросхем с построением таблицы истинности и временной диаграммы (при подключении к компьютеру), а также ПО для функционирования этого IC-автомата.

Проведён анализ существующих серийных и самодельных IC-тестеров, показавший преимущества разработанного в данном проекте IC-автомата.
Проведена апробация разработанного в проекте IC-автомата на уроках проектной деятельности в 10–11-х классах, на занятиях дополнительного образования по схемотехнике в 7–9-х классах, а также в колледжах и вузах.

Перспективы использования результатов работы

В перспективе предполагается расширить базу данных тестируемых микросхем.

Награды/достижения (в каких конкурсах и с какими результатами выставлялась ранее эта работа)

Конкурс инженерно-физических работ в форме соревнований в личном и командном зачете (МИФИ) – диплом призёра III степени.
Городской конкурс проектов «Школа будущего – 2021» – победитель.
XLVII Международная молодёжная научная конференция «Гагаринские чтения». Школьная сессия «Юный учёный» – призёр.

Мнение автора

«Выражаю благодарность организаторам проекта «Инженерный класс в московской школе» и открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» за хорошую организацию»