Новое во втором издании
Подготавливая это издание книги, автор решил придерживаться той же структуры глав и их содержания, которые понравились многим читателям в первом. При этом был серьезно расширен материал, объясняющий основы физики полупроводников и принципы работы МОП-транзисторов на доступном ученику средней школы уровне. Кроме того, пояснения по работе ряда схем по прошествии времени автор счел недостаточно подробными и постарался изложить их максимально развернуто. Добавилось и несколько новых устройств для сборки на макетной плате. Небольшие изменения произошли также в перечне используемых компонентов.
Полностью новым является материал, посвященный процессу проектирования современных цифровых микросхем. С привязкой к темам, только что пройденным
в очередной главе, рассказывается о том, как организована работа больших «взрослых» коллективов, какие трудности их подстерегают, что необходимо знать и какой объем творческих задач приходится решать, чтобы достичь нужного результата. Эти рассказы позволяют читателю не только узнать что-то новое, но и сделать перерыв в освоении непривычных тем.
При подготовке книги к печати были приложены все усилия, чтобы устранить допущенные в первом издании неточности. Если внимательный читатель обнаружит погрешности и в этом издании, то автор целиком берет на себя моральную ответственность за их появление. Отзывы, вопросы, предложения и замечания по книге вы можете направлять автору на электронную почту elecdigital@yandex.ru
.
Как работать с этой книгой?
После выхода первого издания автору стали поступать на него отзывы. И некоторые читатели сообщали, что из-за обилия новых сведений им было непросто. Возникало ощущение обрушившейся на них лавины незнакомой информации. А это, безусловно, затрудняет восприятие. Чтобы облегчить понимание, важно придерживаться именно того порядка изучения, который предлагается: немного теории и после нее — контрольные вопросы или практика для закрепления пройденного. Не нужно пытаться с наскока одолеть текст целой главы, а лишь потом приступать к задачам и экспериментам — такой подход и создает ощущение лавины. А вот постоянное чередование теории и практики позволяет переключать мозг между разными видами деятельности, не перегружая его монотонностью. Кроме того, изучение одной и той же схемы сначала на бумаге, а потом на макетной плате, позволяет быстрее и глубже разобраться в ее работе, сопоставить только что прочитанное с увиденным и за счет этого лучше запомнить новые сведения. Задания для самопроверки помогут вам убедиться, что прочитанный материал усвоен верно и можно спокойно двигаться дальше.
Также необходимо учитывать, что описание работы схем в этой книге ведется последовательно, изложенное в очередных главах опирается на сведения из предыдущих. Подход «все равно, с какого места читать» здесь не сработает — он годится для справочников или сборников схем. Это не значит, что книги, написанные в таком стиле, чем-то плохи, просто они предназначены для иных целей. А здесь лучше продвигаться шаг за шагом. Попробуйте следовать этим рекомендациям, и у вас все получится.
Что ждет читателя в книге: теория, практика, задачи и идеи для самостоятельного творчества
Современная жизнь немыслима без огромного количества электронных устройств, окружающих нас. Кажется, не осталось ни одной области деятельности, ни одного предмета, в которые бы не внедрили или не попытались внедрить какую-нибудь электронику. Инженеры постоянно изобретают и разрабатывают новые устройства, которые позволяют людям приобрести ранее недоступные возможности: от ночного зрения до сверхбыстрых вычислений и сверхточных перемещений. Многие уже в школьном возрасте не только пользуются электронными приборами, но и сами пишут для них программы. Так, в наши дни большую популярность приобрели занятия робототехникой. Доступность микроконтроллеров, а также разнообразных датчиков и приводов к ним позволяет юным любителям электроники создавать самые неожиданные и оригинальные конструкции роботов, которые удивляют взрослое жюри конкурсов и олимпиад.
Но активно пользоваться чем-то не означает понимать, как оно устроено и работает. Для многих детей и взрослых микроконтроллер остается неким магическим черным ящиком, на который они подают определенные воздействия, а внутри него каким-то образом рождаются необходимые отклики в соответствии с программой, записанной в его память. Многим хотелось бы пойти дальше в изучении техники и понять, как же подаваемые данные обрабатываются внутри этой загадочной многоножки на плате в роботе, или в калькуляторе, или еще в чем-нибудь.
Существует большое количество книг, которые в доступной форме объясняют принцип действия самых разных электронных схем. Но когда речь заходит об обработке цифровых данных, рассказ начинается сразу с базовых логических элементов — без объяснения, как же они устроены и функционируют. Такие объяснения, видимо, считаются сложными и откладываются на потом, на период обучения
в высших учебных заведениях. Автор считает, что это не совсем верный подход. Для создания целостной картины и глубокого понимания принципов работы цифровых схем можно в доступной и детям, и взрослым форме рассказать все с самого начала, т. е. с главного элемента любой микросхемы — транзистора. И не только рассказать, но и помочь самостоятельно собрать самые разные и интересные цифровые схемы. Например, вы узнаете, как устроен электронный кодовый замок. Разберетесь в схеме бегущих огней и переключателей елочных гирлянд. Сможете создать цифровой «кубик» с индикатором на замену обычному для настольных игр. Эти и многие другие устройства рассматриваются здесь от идеи до практической реализации без единой строки программного кода, сложных вычислений и компьютерного моделирования. При этом современные технологии позволяют обойтись и без умения паять. Все предлагаемые в книге конструкции были в обязательном порядке проверены на практике, и читатель может собрать их сам на своем столе, провести с ними самые разнообразные эксперименты и увидеть, что при должном терпении и внимательности никаких загадок и тайн в мире цифровой электроники для него не останется.
Сразу надо сказать, что в этой книге не будет ни одной описывающей работу транзистора сложной формулы на полстраницы. Во-первых, базовые принципы, изложенные в доступной и учащемуся старших классов форме, достаточны для разработки огромного количества разнообразных цифровых схем. Во-вторых, те уравнения, за незнание которых профессор ставит студенту «неуд.» на экзамене, уже давно не позволяют вычислять с необходимой точностью токи и напряжения во время работы транзистора в микросхемах, изготовленных по современным технологиям. В моделях нынешних полупроводниковых приборов учитывается не одна сотня параметров. Поэтому все устройства — от небольших исследовательских до дорогих коммерческих — сегодня немыслимо разработать без применения мощных систем автоматизированного проектирования (САПР), которые способны рассчитать сложнейшие уравнения для многих тысяч и даже миллионов транзисторов, содержащихся в микросхемах. Конечно, формулы, которые изучают в университетах, дают более глубокое понимание работы схем. И грамотный специалист хорошо их знает. Но сложные уравнения не требуются для решения главной задачи этой книги — обучения тому, как самостоятельно создавать свои первые цифровые устройства и иметь ясное представление об их работе. Тем не менее предполагается, что читатель уже знаком с основными понятиями электротехники и ему не нужно объяснять, что такое электрический ток, напряжение и сопротивление. И закон Ома для него не загадка, так же как и последовательные и параллельные электрические цепи. Больше для освоения теоретического материала этой книги ничего не потребуется.
Книга станет полезным подспорьем и руководителям робототехнических и инженерных кружков, которые желают дать своим ученикам более обширные познания. В начале каждой главы, содержащей практические примеры, приведен перечень необходимых деталей для всех рассмотренных схем. Разнообразие используемых компонентов сведено к минимуму. При этом они выбирались максимально доступными по цене самому широкому кругу читателей. В каком магазине или на интернет-сайте их приобрести, каждый решит сам исходя из своих возможностей. Также к каждой главе обязательно дается набор теоретических вопросов или практических заданий для самопроверки с ответами. А в приложении 1 к книге приведен список литературы для тех, кто желает еще глубже изучить и понять электронику.
