Учебно-методический набор для изучения работы логических элементов и схем

Актуальность

Решение логических уравнений в школах носит формальный характер, ученики решают их механически и не понимают смысл и возможности использования решаемых выражений. Но для более глубокого изучения нет специальных учебных материалов, с помощью которых можно не только строить электрические схемы и визуально решать уравнения, но и, например, объяснить работу простейшей ячейки памяти – триггера. Авторы решили сделать свой конструктор, с помощью которого можно проводить обучение и закреплять полученный материал.

Цель

Создать платы с логическими элементами для наглядного обучения.

Задачи

1. Создать принципиальную электрическую схему и универсальную печатную плату для выбранных логических элементов.
2. Спаять компоненты платы.
3. Смоделировать и создать прототип корпуса платы.
4. Проверить работоспособность плат.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

• Персональный компьютер с установленным ПО (easyEDA, Fusion360)
• 3D-принтер Felix 3.2
• Паяльная станция Lukey 852D+
• Обжимные клещи для разъёмов RJ-14
• Штангенциркуль
• Электрический термоклеящий пистолет STAYER
• Отвёртки

Описание

На первом этапе авторы изучили материал по теме, выполнили поиск аналогов и провели их анализ, определили компоненты, габариты и методы производства будущего устройства.

На втором этапе авторы освоили работу в веб-ориентированной среде автоматизации проектирования электроники, включающей в себя редактор принципиальных схем easyEDA. Разработали в ней принципиальную электрическую схему и выполнили трассировку печатной платы с заказом партии плат для учебного комплекта.

На третьем этапе создания проекта авторы освоили технологию 3D-проектирования и моделирования в инженерной конструкторской среде Fusion360, выполнили моделирование корпуса для платы и корпуса для аккумулятора. Распечатали мастер-модели корпуса и модели корпуса для аккумулятора на 3D-принтере. Создали формы платы с помощью силикона и выполнили заливку формы корпуса с помощью жидкого пластика.

На данном этапе авторы научились составлять эскизы, чертежи и работать с ними. Также была освоена подготовка файлов для лазерной резки и гравировки на лазерном станке для изготовления передней панели корпуса с нанесённым изображением логического элемента.

Четвёртым этапом стала пайка компонентов и сборка всех компонентов учебно-методического набора. После сборки авторы провели тестирование всех компонентов и устранили выявленные недочёты.

Результаты работы/выводы

В результате работы над проектом был разработан и произведён учебно-методический набор для изучения работы логических элементов и схем. С его помощью можно продемонстрировать действие отдельных логических элементов, решить визуальным методом логические выражения, показать работу RS-триггера на элементах «ИЛИ-НЕ» и «И-НЕ», представить базовые логические функции в базисе «И-НЕ» и «ИЛИ-НЕ».

Перспективы использования результатов работы

Этот учебно-методический набор позволяет изучать и закреплять учебный материал по теме «Логические элементы и выражения», видеть и понимать на практике, что данная тема имеет практическое применение и используется во всей микропроцессорной технике.

Благодаря применению современных технологий, уже готовой форме для литья корпуса и универсальной плате мы полностью готовы к тиражированию небольших партий таких комплектов.

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

Конкурс исследовательских и проектных работ школьников «Высший пилотаж» – призёр