Метка: электроника

Опубликовано

Новинка: “Kubernetes и сети. Многоуровневый подход”

Kubernetes и сети. Многоуровневый подход

Книга посвящена  интеграции Kubernetes в готовые компьютерные сети. Рассмотрено, как оркестратор Kubernetes вписывается в сетевую модель OSI.  Раскрыты вопросы интеграции сетей предприятия с облачными мощностями и контейнерными архитектурами. Рассмотрены ключевые факторы и новые зоны ответственности, возникающие при взаимодействии Kubernetes с каждым из уровней модели OSI. Приведены примеры быстрого масштабирования нагрузок, рассказано, как обеспечивать целостность данных и высокую отказоустойчивость, при активном применении современной виртуализации и при передаче больших объёмов данных по сети.

 Для Linux-разработчиков, DevOps-инженеров и системных администраторов

 

Авторы помогут вам быстро познакомиться со всеми тонкостями, возникающими при развёртывании Kubernetes в больших контейнерных конфигурациях. Если хотите преуспеть в поддержке  продакшен-кластера и эффективно устранять в нём неполадки, то нужно уверенно различать абстракции, предоставляемые на каждом из уровней OSI. Как – читайте в этой книге.

  • Изучите сетевую модель Kubernetes
  • Выберите для ваших кластеров наилучший интерфейс, соответствующий требованиям CNCF
  • Исследуйте примитивы сетевого уровня и операционной системы Linux, лежащие в основе Kubernetes
  • Научитесь быстро устранять сетевые проблемы и предотвращать простои
  • Узнайте, как при помощи Kubernetes организуются и поддерживаются облачные сети
  • Взвесьте достоинства и недостатки различных сетевых инструментов и научитесь наилучшим образом формировать стек для обслуживания сети

 

Книгу “Kubernetes и сети. Многоуровневый подход” можно купить со скидкой в интернет-магазине издательства “БХВ“.

Предисловие…………………………………………………………………………………………….. 9

Просто еще один пакет?………………………………………………………………………………………………………………. 9

Для кого эта книга……………………………………………………………………………………………………………………….. 9

Что вы узнаете……………………………………………………………………………………………………………………………. 10

Обозначения, используемые в данной книге…………………………………………………………………………… 10

Использование примеров программ…………………………………………………………………………………………. 10

Благодарности…………………………………………………………………………………………………………………………… 11

Глава 1. Введение в сетевые технологии………………………………………………… 13

История сетевых технологий……………………………………………………………………………………………………. 13

Модель OSI…………………………………………………………………………………………………………………………………. 16

TCP/IP…………………………………………………………………………………………………………………………………………. 20

Уровень приложения………………………………………………………………………………………………………. 22

HTTP………………………………………………………………………………………………………………………… 22

Транспортный уровень………………………………………………………………………………………………….. 25

TCP…………………………………………………………………………………………………………………………… 25

TLS…………………………………………………………………………………………………………………………… 36

UDP………………………………………………………………………………………………………………………….. 38

Уровень межсетевого взаимодействия………………………………………………………………………….. 39

Протокол Интернета………………………………………………………………………………………………………. 39

Движение по сети……………………………………………………………………………………………………. 44

ICMP………………………………………………………………………………………………………………………… 47

Уровень канала данных…………………………………………………………………………………………………. 49

Снова наш веб-сервер…………………………………………………………………………………………………….. 54

Заключение………………………………………………………………………………………………………………………………… 56

Глава 2. Поддержка сети в ОС Linux……………………………………………………… 59

Базовые понятия………………………………………………………………………………………………………………………… 59

Сетевой интерфейс…………………………………………………………………………………………………………………….. 63

Интерфейс сетевого моста………………………………………………………………………………………………………… 64

Обработка пакетов в ядре Linux………………………………………………………………………………………………. 66

Netfilter (межсетевой фильтр)…………………………………………………………………………………………. 66

Conntrack…………………………………………………………………………………………………………………………. 70

Маршрутизация……………………………………………………………………………………………………………… 72

Высокоуровневая маршрутизация…………………………………………………………………………………………… 73

Утилита iptables………………………………………………………………………………………………………………. 74

Таблицы iptables…………………………………………………………………………………………………….. 75

Цепочки iptables……………………………………………………………………………………………………… 75

Подцепочки…………………………………………………………………………………………………………….. 79

Правила iptables…………………………………………………………………………………………………….. 80

Практическое применение iptables……………………………………………………………………….. 82

IPVS………………………………………………………………………………………………………………………………….. 85

eBPF…………………………………………………………………………………………………………………………………. 87

Средства сетевой диагностики…………………………………………………………………………………………………. 90

Безопасность…………………………………………………………………………………………………………………… 90

ping…………………………………………………………………………………………………………………………………… 91

traceroute…………………………………………………………………………………………………………………………. 92

dig…………………………………………………………………………………………………………………………………….. 93

telnet…………………………………………………………………………………………………………………………………. 95

nmap………………………………………………………………………………………………………………………………… 96

netstat……………………………………………………………………………………………………………………………….. 97

netcat………………………………………………………………………………………………………………………………… 98

Openssl……………………………………………………………………………………………………………………………… 99

cURL………………………………………………………………………………………………………………………………. 100

Заключение………………………………………………………………………………………………………………………………. 102

Глава 3. Основы работы с контейнерами…………………………………………….. 103

Введение в контейнеры……………………………………………………………………………………………………………. 103

Приложения…………………………………………………………………………………………………………………… 103

Гипервизор……………………………………………………………………………………………………………………. 104

Контейнеры…………………………………………………………………………………………………………………… 105

OCI…………………………………………………………………………………………………………………………. 108

LXC………………………………………………………………………………………………………………………… 109

runC……………………………………………………………………………………………………………………….. 109

containerd………………………………………………………………………………………………………………. 109

lmctfy…………………………………………………………………………………………………………………….. 110

rkt…………………………………………………………………………………………………………………………… 110

Docker……………………………………………………………………………………………………………………. 110

CRI-O…………………………………………………………………………………………………………………….. 111

Примитивы контейнеров…………………………………………………………………………………………………………. 113

Контрольные группы……………………………………………………………………………………………………. 113

Пространства имен………………………………………………………………………………………………………. 114

Задание пространств имен………………………………………………………………………………………….. 116

Основы сетей контейнеров……………………………………………………………………………………………………… 123

Сетевая модель Docker…………………………………………………………………………………………………. 132

Оверлейная сеть……………………………………………………………………………………………………………. 134

Сетевой интерфейс контейнера…………………………………………………………………………………… 135

Подключение контейнера к сети…………………………………………………………………………………………….. 137

Соединение контейнер-контейнер………………………………………………………………………………. 142

Взаимодействие между контейнерами на разных хостах………………………………………… 144

Заключение………………………………………………………………………………………………………………………………. 145

Глава 4. Cети в Kubernetes……………………………………………………………………. 147

Сетевая модель Kubernetes……………………………………………………………………………………………………… 147

Узел и конфигурация сети подов……………………………………………………………………………………………. 150

Изолированные сети…………………………………………………………………………………………………….. 151

Плоские сети…………………………………………………………………………………………………………………. 152

Островные сети…………………………………………………………………………………………………………….. 153

Конфигурация компонента kube-controller-manager…………………………………………………. 154

Kubelet………………………………………………………………………………………………………………………………………. 155

Готовность пода и ее проверка………………………………………………………………………………………………. 156

Спецификация интерфейса CNI……………………………………………………………………………………………… 162

Плагины CNI…………………………………………………………………………………………………………………………….. 163

Интерфейс IPAM…………………………………………………………………………………………………………… 164

Распространенные плагины CNI………………………………………………………………………………… 165

Компонент kube-proxy…………………………………………………………………………………………………………….. 170

Режим userspace……………………………………………………………………………………………………………. 171

Режим iptables……………………………………………………………………………………………………………….. 171

Режим IPVS……………………………………………………………………………………………………………………. 173

Режим kernelspace…………………………………………………………………………………………………………. 173

Сетевая политика…………………………………………………………………………………………………………………….. 173

Создание объекта NetworkPolicy с помощью Сilium…………………………………………………. 177

Группировка подов………………………………………………………………………………………………………. 182

Тип LabelSelector………………………………………………………………………………………………….. 183

Правила…………………………………………………………………………………………………………………………. 185

DNS                                                                                                                                                                 189

Двойной стек IPv4/ IPv6………………………………………………………………………………………………………….. 194

Заключение………………………………………………………………………………………………………………………………. 196

Глава 5. Сетевые абстракции в Kubernetes…………………………………………… 197

StatefulSet…………………………………………………………………………………………………………………………………. 198

Конечные точки……………………………………………………………………………………………………………………….. 200

Endpoint Slices…………………………………………………………………………………………………………………………… 204

Сервисы Kubernetes…………………………………………………………………………………………………………………. 208

NodePort…………………………………………………………………………………………………………………………. 209

ClusterIP…………………………………………………………………………………………………………………………. 212

Headless-сервис…………………………………………………………………………………………………………….. 219

Сервис ExternalName……………………………………………………………………………………………………. 221

Сервис LoadBalancer……………………………………………………………………………………………………. 222

Сервисы Kubernetes — устранение проблем……………………………………………………………… 228

Ингресс……………………………………………………………………………………………………………………………………… 229

Контроллеры и правила ингресса………………………………………………………………………………………….. 230

Задание правил ингресса…………………………………………………………………………………….. 236

Технология service mesh………………………………………………………………………………………………………….. 237

Заключение………………………………………………………………………………………………………………………………. 249

Глава 6. Kubernetes и облачные сети……………………………………………………. 251

Amazon Web Services……………………………………………………………………………………………………………….. 251

Сетевые сервисы AWS………………………………………………………………………………………………….. 251

Виртуальное частное облако……………………………………………………………………………… 252

Регионы и зоны доступности………………………………………………………………………………. 252

Подсеть………………………………………………………………………………………………………………….. 253

Таблицы маршрутизации……………………………………………………………………………………. 254

Эластичный сетевой интерфейс………………………………………………………………………….. 256

Эластичный IP-адрес…………………………………………………………………………………………… 256

Средства обеспечения безопасности…………………………………………………………………. 257

Устройства преобразования сетевых адресов………………………………………………….. 260

Шлюз Интернета………………………………………………………………………………………………….. 260

Эластичные балансировщики нагрузки…………………………………………………………….. 261

Эластичный сервис Kubernetes от Amazon………………………………………………………………… 264

Узлы EKS………………………………………………………………………………………………………………. 264

Режим EKS…………………………………………………………………………………………………………….. 265

Инструмент eksctl…………………………………………………………………………………………………. 268

CNI для виртуального облака в AWS…………………………………………………………………. 270

Ингресс-контроллер для AWS ALB…………………………………………………………………….. 272

Развертывание приложения в кластере AWS EKS…………………………………………………….. 274

Развертывание кластера EKS……………………………………………………………………………… 274

Развертывание тестового приложения……………………………………………………………….. 276

Тестирование сервиса LoadBalancer для веб-сервера……………………………………… 277

Развертывание и тестирование ингресс-контроллера для ALB………………………. 278

Уборка мусора……………………………………………………………………………………………………… 281

Вычислительное облако Google (GCP)…………………………………………………………………………………… 282

Сетевые сервисы GCP…………………………………………………………………………………………………… 282

Регионы и зоны……………………………………………………………………………………………………… 283

Виртуальное частное облако……………………………………………………………………………… 283

Подсеть………………………………………………………………………………………………………………….. 284

Маршруты и правила брандмауэров…………………………………………………………………. 285

Облачная балансировка нагрузки……………………………………………………………………… 285

Инстансы GCE………………………………………………………………………………………………………. 286

Google Kubernetes Engine (GKE)…………………………………………………………………………………… 286

GKE-узлы в облаке Google…………………………………………………………………………………… 287

Azure………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 290

Сетевые сервисы Azure………………………………………………………………………………………………… 290

Базовая инфраструктура Azure…………………………………………………………………………… 291

Подсети…………………………………………………………………………………………………………………. 292

Таблицы маршрутизации……………………………………………………………………………………. 292

Публичные и частные IP-адреса………………………………………………………………………… 295

Группы сетевой безопасности…………………………………………………………………………….. 295

Взаимодействие вне пределов виртуальной сети……………………………………………… 297

Балансировщик нагрузки в Azure……………………………………………………………………….. 297

Azure Kubernetes Service……………………………………………………………………………………………….. 300

Плагин CNI для Аzure………………………………………………………………………………………….. 302

Ингресс-контроллер для шлюза приложения……………………………………………………. 303

Развертывание приложения с помощью Azure Kubernetes Service…………………………… 304

Развертывание кластера с помощью Azure Kubernetes Service………………………… 305

Соединение с кластером AKS и его конфигурирование……………………………………. 310

Развертывание веб-сервера…………………………………………………………………………………. 313

Заключительные замечания по AKS…………………………………………………………………… 315

Заключение………………………………………………………………………………………………………………………………. 315

Vallery-Lancey

Валлери Лэнси (Vallery Lancey) — инженер по распределённым системам, ранее отвечала за поддержку мультикластера Kubernetes в компании Lyft, работала ведущим DevOps-инженером в компании CheckFront (Британская Колумбия, Канада).

 

 

James Strong

Джеймс Стронг (James Strong) — директор по облачной интеграции в компании Contino, имеет опыт руководящей работы и консультирования многих крупных предприятий и финансовых институтов, участвует в работе конференций AWS User Group и Cloud-Native Louisville. Ранее работал системным администратором в Дейтонском университете, штат Огайо и в компании «GE Appliances».

Опубликовано

Представляем книгу: “Занимательная электроника. 7-е издание”

Занимательная электроника. 7-е издание

На практических примерах рассказано о том, как проектировать, отлаживать и изготавливать электронные устройства в домашних условиях. От физических основ электроники, описания устройства и принципов работы различных радиоэлектронных компонентов, советов по оборудованию домашней лаборатории автор переходит к конкретным аналоговым и цифровым схемам, включая устройства на основе микроконтроллеров. Приведены элементарные сведения по метрологии и теоретическим основам электроники. Дано множество практических рекомендаций: от принципов правильной организации электропитания до разводки плат и приобретения компонентов применительно к российским условиям. В 7-м издании обновлены многие разделы, содержавшие устаревшие сведения, подробнее рассказано об источниках тока для осветительных приборов,  измерениях электрических величин, генераторных схемах, импульсных источниках питания, добавлены новые примеры применения платформы Arduino, а также приведен пример усовершенствованного контроллера китайского производства для замены Arduino.

Для широкого круга любителей электроники

  • Начала начал электроники
  • Оборудуем домашнюю лабораторию
  • Транзисторы, резисторы, конденсаторы, дисплеи
  • Операционные усилители, импульсные источники питания
  • Аналоговые и логические схемы, микроконтроллеры
  • Arduino —электроника для домашнего мастера
  • Импортозамещение по-китайски: улучшенный аналог Arduino

Книгу “Занимательная электроника. 7-е издание” можно купить со скидкой в интернет-магазине издательства “БХВ“.

К читателю…………………………………………………………………………………………….. 13

Радиолюбительство — что это такое?…………………………………………………………………………………….. 15

Как пользоваться книгой?…………………………………………………………………………………………………………. 18

Как разрабатывать электронные схемы?………………………………………………………………………………… 19

Откуда взять информацию, как грамотно найти замену и где приобрести………………………….. 22

Часть I. Основы основ…………………………………………………………………. 25

Глава 1. Чем отличается ток от напряжения?…………………………………….. 27

Связь тока и напряжения…………………………………………………………………………………………………………… 28

Регулирование тока с помощью сопротивления…………………………………………………………………….. 31

Источники напряжения и тока………………………………………………………………………………………………….. 34

Глава 2. Джентльменский набор
Оборудуем домашнюю лабораторию……………………………………………………… 37

Мультиметр………………………………………………………………………………………………………………………………… 38

Источник питания………………………………………………………………………………………………………………………. 42

Осциллограф………………………………………………………………………………………………………………………………. 45

Глава 3. Хороший паяльник — половина успеха
Инструменты и технологические советы……………………………………………….. 51

Инструменты и материалы……………………………………………………………………………………………………….. 52

Паяльники…………………………………………………………………………………………………………………………… 55

Флюсы для пайки……………………………………………………………………………………………………………….. 57

Макетные платы………………………………………………………………………………………………………………………… 59

Печатные платы…………………………………………………………………………………………………………………………. 60

Монтаж……………………………………………………………………………………………………………………………………….. 62

Немного о проводах………………………………………………………………………………………………………………….. 70

Корпуса………………………………………………………………………………………………………………………………………. 72

Новые подходы в любительском конструировании……………………………………………………………….. 75

Проектирование схем и разводка плат…………………………………………………………………………….. 75

Редактор sPlan для разработки схем……………………………………………………………………….. 76

Программа для раскладки плат Sprint-Layout……………………………………………………….. 79

Изготовление плат…………………………………………………………………………………………………….. 81

Пайка заказных плат на основе SMD-компонентов………………………………………………. 82

Глава 4. Тригонометрическая электроника
О частотах, периодах, мощности, переменных напряжениях и токах и немного о сигналах      85

Мощность…………………………………………………………………………………………………………………………………… 89

Что показывал вольтметр?………………………………………………………………………………………………………… 90

Сигналы………………………………………………………………………………………………………………………………………. 93

О переменном токе и электропитании……………………………………………………………………………………… 94

Децибелы……………………………………………………………………………………………………………………………………. 95

Глава 5. Электроника без полупроводников
Резисторы, конденсаторы и схемы на их основе…………………………………….. 97

Резисторы……………………………………………………………………………………………………………………………………. 97

Переменные резисторы……………………………………………………………………………………………………. 103

Параллельное и последовательное соединение резисторов……………………………………….. 104

Конденсаторы………………………………………………………………………………………………………………………….. 106

Параллельное и последовательное включение конденсаторов………………………………….. 116

Конденсаторы в цепи переменного тока……………………………………………………………………….. 116

Дифференцирующие и интегрирующие цепи………………………………………………………………………… 117

Индуктивности…………………………………………………………………………………………………………………………. 119

Глава 6. Изобретение, которое потрясло мир
Диоды, транзисторы и простейшие схемы на их основе……………………….. 123

Диоды……………………………………………………………………………………………………………………………………….. 123

Транзисторы…………………………………………………………………………………………………………………………….. 125

Ключевой режим работы биполярного транзистора……………………………………………………. 128

Усилительный режим работы биполярного транзистора……………………………………………. 131

Включение транзистора с общим коллектором……………………………………………………………. 133

Стабильный усилительный каскад на транзисторе……………………………………………………… 134

Дифференциальный каскад…………………………………………………………………………………………….. 137

Полевые транзисторы……………………………………………………………………………………………………………… 138

Выбор транзисторов……………………………………………………………………………………………………………….. 144

Глава 7. Ошеломляющее разнообразие электронного мира
Реле, стабилитроны, светодиоды………………………………………………………….. 149

Электромагнитные реле………………………………………………………………………………………………………….. 149

Стабилитроны………………………………………………………………………………………………………………………….. 155

Оптоэлектроника и светодиоды……………………………………………………………………………………………… 158

Оптоэлектроника……………………………………………………………………………………………………………… 158

Светодиоды………………………………………………………………………………………………………………………. 160

Светодиодные индикаторы…………………………………………………………………………………………….. 163

ЖК-дисплеи……………………………………………………………………………………………………………………………… 165

Простейший уровнемер для водяных баков………………………………………………………………………….. 167

Часть II. Аналоговые схемы……………………………………………………. 171

Глава 8. Звуковой усилитель без микросхем
Классическая схема УМЗЧ…………………………………………………………………… 173

Схема базового УМЗЧ…………………………………………………………………………………………………………….. 174

Мощность усилителя……………………………………………………………………………………………………….. 177

Стабильность……………………………………………………………………………………………………………………. 178

О мощности выходных транзисторов…………………………………………………………………………….. 180

Проверка и отладка…………………………………………………………………………………………………………………. 180

Классы усилителей, или немного высшей математики………………………………………………………… 182

Действующее значение напряжения………………………………………………………………………………. 182

Классификация усилителей…………………………………………………………………………………………….. 182

О мощности и качестве звуковых усилителей………………………………………………………………………. 186

Глава 9. Правильное питание — залог здоровья
О питании электронных устройств………………………………………………………. 189

Электрохимические элементы………………………………………………………………………………………………… 189

Аккумуляторы………………………………………………………………………………………………………………….. 193

Вторичные линейные источники питания…………………………………………………………………………….. 197

Трансформаторы……………………………………………………………………………………………………………… 198

Расчет сетевого трансформатора…………………………………………………………………………………… 199

Простейший нестабилизированный однополярный источник питания……………………… 201

Стабилизаторы………………………………………………………………………………………………………………… 205

Интегральные стабилизаторы………………………………………………………………………………………… 207

Однополярный регулируемый источник питания…………………………………………………………. 210

Двухполярные источники питания………………………………………………………………………………………… 216

Простой трансформаторный…………………………………………………………………………………………… 216

Параллельный стабилизатор с искусственной средней точкой………………………………….. 217

Источники тока………………………………………………………………………………………………………………………… 218

Источники тока для питания светодиодов…………………………………………………………………….. 220

Источник тока на стабилизаторе LM317………………………………………………………………………. 221

Драйвер светодиодов на PT4115……………………………………………………………………………………. 223

Рассеивание тепла…………………………………………………………………………………………………………………… 224

Расчет радиатора через коэффициент теплоотдачи…………………………………………………….. 225

Расчет через значения термических сопротивлений…………………………………………………….. 227

Установка компонентов на радиаторы………………………………………………………………………….. 228

Принудительное охлаждение и элементы Пельтье………………………………………………………. 229

Импульсные источники питания…………………………………………………………………………………………….. 232

Как правильно питаться?………………………………………………………………………………………………………… 238

Глава 10. Тяжеловесы
Устройства для управления мощной нагрузкой……………………………………. 241

Базовая схема регулирования напряжения на нагрузке………………………………………………………. 243

Мощность в нагрузке при тиристорном управлении……………………………………………………. 245

Ручной регулятор мощности…………………………………………………………………………………………………… 247

Базовая схема регулятора (диммера)…………………………………………………………………………….. 247

Регулятор переменного напряжения с двумя тиристорами………………………………………….. 252

Регулятор с симистором………………………………………………………………………………………………….. 253

Бесконтактный метод измерения переменного тока…………………………………………………………….. 254

Помехи………………………………………………………………………………………………………………………………………. 256

Глава 11. Слайсы, которые стали чипами
О микросхемах…………………………………………………………………………………….. 259

Некоторые типовые узлы микросхем и особенности их эксплуатации……………………………… 263

Звуковые усилители на микросхемах……………………………………………………………………………………. 269

Мощный УМЗЧ………………………………………………………………………………………………………………… 270

Микроусилитель мощности…………………………………………………………………………………………….. 273

Глава 12. Самые универсальные
Обратная связь и операционные усилители…………………………………………. 275

Опасные связи………………………………………………………………………………………………………………………….. 276

Основные свойства системы с отрицательной обратной связью………………………………… 280

Базовые схемы усилителей на ОУ………………………………………………………………………………………….. 282

Неидеальность ОУ, ее последствия и борьба с ними……………………………………………………. 284

Дифференциальные усилители……………………………………………………………………………………….. 286

Другие распространенные схемы на ОУ……………………………………………………………………….. 289

Применение интегратора для измерения малых импульсных токов…………………………… 291

Аналоговый генератор……………………………………………………………………………………………………………. 293

Релейное регулирование и термостаты…………………………………………………………………………………. 296

Термостат вообще……………………………………………………………………………………………………………. 297

Простой термостат для аквариума………………………………………………………………………………… 301

О гистерезисе……………………………………………………………………………………………………………………. 304

Автомат включения освещения………………………………………………………………………………………. 306

Терморегулятор «для дома для семьи»………………………………………………………………………….. 308

Глава 13. Как измерить температуру?
Об измерениях, погрешностях и обработке результатов……………………….. 313

Основы термометрии……………………………………………………………………………………………………………….. 314

Датчики…………………………………………………………………………………………………………………………….. 315

Термисторы……………………………………………………………………………………………………………… 316

Металлические датчики…………………………………………………………………………………………. 318

Полупроводниковые датчики………………………………………………………………………………… 318

Методы измерения сопротивления………………………………………………………………………………………… 319

Очень точный лабораторный измеритель температуры……………………………………………………… 321

О метрологии и ошибках аналоговых схем…………………………………………………………………………… 323

Точность и разрешающая способность…………………………………………………………………………. 325

Систематические ошибки………………………………………………………………………………………………… 326

Случайные ошибки измерения и их оценка…………………………………………………………………… 326

Регрессия и метод наименьших квадратов…………………………………………………………………….. 331

Разновидности погрешностей…………………………………………………………………………………………. 333

Часть III. Цифровой век………………………………………………………………. 335

Глава 14. На пороге цифрового века
Математическая логика и ее представление в технических устройствах 337

Основные операции алгебры Буля…………………………………………………………………………………………. 340

Булева алгебра на выключателях и реле………………………………………………………………………. 343

То же самое, но на транзисторах и диодах…………………………………………………………………… 346

О двоичной и других системах счисления…………………………………………………………………………….. 348

Позиционные и непозиционные системы счисления. Десятичная система………………… 348

Двоичная и шестнадцатеричная системы……………………………………………………………………… 351

Перевод из одной системы счисления в другую……………………………………………………………. 352

Байты………………………………………………………………………………………………………………………………… 354

Запись чисел в различных форматах…………………………………………………………………………….. 356

Немного двоичной арифметики……………………………………………………………………………………………… 358

Отрицательные двоичные числа…………………………………………………………………………………….. 358

Дробные числа…………………………………………………………………………………………………………………………. 361

Коды, шифры и дешифраторы………………………………………………………………………………………………… 362

Код Грея……………………………………………………………………………………………………………………………. 365

Глава 15. Математическая электроника, или Игра в квадратики
Устройство логических микросхем и двоичные операции……………………. 369

ТТЛ……………………………………………………………………………………………………………………………………………. 370

Основные характеристики КМОП………………………………………………………………………………………….. 372

Характеристики различных серий КМОП…………………………………………………………………….. 374

Двоичный сумматор на логических микросхемах……………………………………………………………….. 381

Обработка двоичных сигналов с помощью логических элементов……………………………………. 386

Мультиплексоры/демультиплексоры и ключи……………………………………………………………………… 389

Глава 16. Устройства на логических схемах
Мультивибраторы, формирователи, триггеры, счетчики………………………. 391

Генераторы………………………………………………………………………………………………………………………………. 391

Схемы на основе триггера Шмитта………………………………………………………………………………… 397

Кварцевые генераторы……………………………………………………………………………………………………. 399

Формирователи импульсов…………………………………………………………………………………………………….. 403

Одновибраторы……………………………………………………………………………………………………………………….. 405

Схема периодического включения питания………………………………………………………………….. 408

Одновибраторы и генераторы на микросхеме 555………………………………………………………………. 410

Триггеры, регистры и счетчики………………………………………………………………………………………………. 415

Самый простой триггер…………………………………………………………………………………………………… 415

D-триггеры………………………………………………………………………………………………………………………… 418

Регистры……………………………………………………………………………………………………………………………. 420

Счетчики…………………………………………………………………………………………………………………………… 421

Цифровой лабораторный генератор……………………………………………………………………………………… 427

Глава 17. Откуда берутся цифры
Цифроаналоговые и аналого-цифровые преобразователи……………………. 431

Принципы оцифровки сигналов……………………………………………………………………………………………… 433

ЦАП…………………………………………………………………………………………………………………………………………… 436

АЦП…………………………………………………………………………………………………………………………………………… 440

АЦП параллельного действия…………………………………………………………………………………………. 440

АЦП последовательного приближения………………………………………………………………………….. 441

Интегрирующие АЦП………………………………………………………………………………………………………. 442

Цифровой термометр без микроконтроллеров……………………………………………………………………… 451

АЦП 572ПВ2 и ПВ5………………………………………………………………………………………………………….. 452

Практическая схема термометра……………………………………………………………………………………. 456

Часть IV. Микроконтроллеры…………………………………………………… 463

Глава 18. Начала микроэлектроники
Микропроцессоры, память и микроконтроллеры…………………………………. 465

Как работает микропроцессор?……………………………………………………………………………………………… 468

Лечение амнезии………………………………………………………………………………………………………………………. 475

Изобретаем простейшую ROM……………………………………………………………………………………….. 476

Общее устройство памяти……………………………………………………………………………………………….. 477

RAM…………………………………………………………………………………………………………………………………… 479

EPROM, EEPROM и флеш-память…………………………………………………………………………………… 480

Микроконтроллеры Atmel AVR……………………………………………………………………………………………… 484

Почему AVR?……………………………………………………………………………………………………………………. 485

Структура МК AVR…………………………………………………………………………………………………………. 486

Последовательные порты……………………………………………………………………………………………….. 488

Глава 19. Основы Arduino
Контроллеры, среда и примеры программирования……………………………… 491

Что такое Arduino?…………………………………………………………………………………………………………………… 492

Основные платы Arduino…………………………………………………………………………………………………………. 494

Установка среды программирования Arduino………………………………………………………………………. 499

Настройки Arduino IDE……………………………………………………………………………………………………. 503

Программы для Arduino…………………………………………………………………………………………………………… 504

Примеры программирования………………………………………………………………………………………………….. 511

Обмен через последовательный порт…………………………………………………………………………….. 511

Термостат на Arduino………………………………………………………………………………………………………. 515

Правильное подключение кнопки…………………………………………………………………………………… 518

Правильная мигалка на Ardiuno……………………………………………………………………………………… 522

Глава 20. Компоненты для Arduino
Как на Arduino делать устройства лучше фирменных………………………….. 525

Техническое задание……………………………………………………………………………………………………………….. 526

О выборе компонентов…………………………………………………………………………………………………….. 527

Интерфейс TWI (I2C)………………………………………………………………………………………………………………… 528

Датчики метеорологических параметров……………………………………………………………………………… 530

Датчики температуры и влажности……………………………………………………………………………….. 531

Барометры………………………………………………………………………………………………………………………… 534

Другие метеорологические датчики………………………………………………………………………………. 535

Особенности калибровки цифровых датчиков……………………………………………………………… 537

Часы………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 538

Простейшие дисплеи……………………………………………………………………………………………………………….. 541

Подключение цифрового 4-разрядного дисплея к Arduino…………………………………………… 542

Часы на 4-разрядном дисплее…………………………………………………………………………………………. 543

Простой электронный термометр…………………………………………………………………………………… 546

Arduino и поразрядные матричные индикаторы…………………………………………………………………… 550

Схема подключения драйвера MAX6953 с I2C-интерфейсом……………………………………… 552

Программа………………………………………………………………………………………………………………………… 554

Работа с текстом на графическом дисплее MT-12864J………………………………………………………… 557

Подключение MT-12864J………………………………………………………………………………………………… 558

Русификация модуля MT-12864J……………………………………………………………………………………. 560

Строчные OLED-дисплеи………………………………………………………………………………………………………… 562

Контроллер WS0010 и библиотека LiquidCrystal…………………………………………………………. 563

Пишем по-русски……………………………………………………………………………………………………………… 565

Подключение строчных дисплеев Winstar…………………………………………………………………….. 566

Часы на основе OLED-дисплея……………………………………………………………………………………….. 568

Графические дисплеи Winstar…………………………………………………………………………………………………. 571

I2C-интерфейс для дисплеев Winstar………………………………………………………………………………………. 576

Передача данных по радиоканалу………………………………………………………………………………………… 579

Беспроводной UART: приемопередатчик HC-12………………………………………………………….. 579

Подключение передатчика и приемника RF link 433 MГц…………………………………………… 581

О режиме энергосбережения, Watchdog-таймере и питании метеостанции………………………. 587

Watchdog Timer………………………………………………………………………………………………………………… 588

О мерах по снижению энергопотребления…………………………………………………………………….. 592

Автономный датчик температуры/влажности……………………………………………………………………… 593

О конструктивном оформлении устройств на Arduino…………………………………………………………. 596

Глава 21. Применения Arduino
Избранные возможности платформы……………………………………………………. 599

Аналоговое управление внешними устройствами (ШИМ)………………………………………………….. 599

Принцип ШИМ-регулирования………………………………………………………………………………………. 600

ШИМ и Arduino………………………………………………………………………………………………………………… 601

Подбор MOSFET-ключей и драйверов для мощной нагрузки……………………………………… 604

Запись на SD-карту………………………………………………………………………………………………………………….. 607

Измерение частоты в Arduino…………………………………………………………………………………………………. 609

Метод первый — измерение частоты…………………………………………………………………………….. 610

Метод второй — измерение периода……………………………………………………………………………… 611

Ультразвуковой дальномер…………………………………………………………………………………………………….. 613

Пироэлектрический датчик…………………………………………………………………………………………………….. 615

Управляем с ИК-пульта от телевизора………………………………………………………………………………….. 618

Определение и применение кодов команд с ИК-пульта……………………………………………….. 618

Двухкнопочный плавный регулятор с запоминанием состояния……………………………………….. 621

Программа регулятора……………………………………………………………………………………………………. 623

О преимуществах и недостатках Arduino……………………………………………………………………………… 625

Глава 22. Персональный компьютер вместо паяльника
О программировании МК на ассемблере………………………………………………. 631

Некоторые дополнительные подробности архитектуры AVR……………………………………………. 632

Classic, Mega и Tiny………………………………………………………………………………………………………….. 632

Память программ…………………………………………………………………………………………………….. 633

Память данных (ОЗУ, SRAM)………………………………………………………………………………… 634

Энергонезависимая память данных (EEPROM)…………………………………………………… 635

Способы тактирования…………………………………………………………………………………………… 636

Параллельные порты ввода/вывода……………………………………………………………………… 638

Прерывания……………………………………………………………………………………………………………… 640

Таймеры-счетчики………………………………………………………………………………………………….. 642

Железо………………………………………………………………………………………………………………………………………. 644

Софт………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 646

О конфигурационных битах……………………………………………………………………………………………………. 649

Примеры программирования………………………………………………………………………………………………….. 652

Самая простая программа………………………………………………………………………………………………. 653

Таймер без прерываний…………………………………………………………………………………………………… 657

Применение прерываний…………………………………………………………………………………………………. 661

Прерывание таймера по переполнению………………………………………………………………………… 664

Прерывание таймера по сравнению………………………………………………………………………………. 667

Арифметика многоразрядных чисел на ассемблере…………………………………………………………….. 669

Операции с числами в формате BCD……………………………………………………………………………… 673

Мощный инвертор на микроконтроллере……………………………………………………………………………… 676

Программная реализация ШИМ…………………………………………………………………………………….. 678

О схемотехнике инвертора……………………………………………………………………………………………… 683

Экономичный автономный датчик температуры…………………………………………………………………. 686

Глава 23. LGT8F328P, или импортозамещение по-китайски
Усовершенствованный аналог AVR и примеры его применения………….. 689

Общие особенности LGT8F328P на практике……………………………………………………………………….. 689

Документация…………………………………………………………………………………………………………………… 690

Что требуется для начала работы?………………………………………………………………………………… 690

Применение LGT8F328P для замены Arduino……………………………………………………………………….. 693

Стандартная мигалка и мигалка по кнопке…………………………………………………………………… 694

Правильная мигалка на LGT8F328P……………………………………………………………………… 695

Программный UART………………………………………………………………………………………………………… 696

Примеры использования расширенных функций LGT8F328P…………………………………………….. 698

Timer3………………………………………………………………………………………………………………………………… 698

Цифроаналоговый преобразователь……………………………………………………………………………… 699

Генератор «пилы»…………………………………………………………………………………………………… 700

Генератор синуса……………………………………………………………………………………………………. 702

Получение уникального идентификатора……………………………………………………………………… 703

Программирование LGT8F328P на ассемблере……………………………………………………………………. 704

Установка источника тактирования………………………………………………………………………………. 707

Мигалка с помощью Timer3……………………………………………………………………………………………. 709

Watchdog, энергосбережение и UART……………………………………………………………………………. 711

Приложения…………………………………………………………………………………… 713

Приложение 1. Резисторы и конденсаторы…………………………………………… 715

Международная цветная маркировка резисторов (с допуском 5 и 10%)…………………………… 715

Таблицы номиналов резисторов и конденсаторов……………………………………………………………….. 716

Приложение 2. Стандартные обозначения, размеры и характеристики некоторых гальванических элементов……………………………………………………………………………………………… 717

Приложение 3. Соответствие наименований и функциональности некоторых зарубежных и отечественных цифровых микросхем…………………………………………………… 719

Приложение 4. Словарь часто встречающихся аббревиатур и терминов. 722

Приложение 5. Единицы измерения и обозначения……………………………… 728

Физические величины и их единицы измерения по умолчанию………………………………………….. 728

Приставки и множители для образования десятичных кратных и дольных единиц…………. 729

Некоторые буквенные обозначения в электрических схемах……………………………………………… 729

Некоторые символические обозначения в электрических схемах……………………………………… 730

Символические обозначения мощности резисторов на схемах………………………………………….. 732

Приложение 6. Запись загрузчика и программирование Arduino Mini….. 734

Запись загрузчика (bootloader)……………………………………………………………………………………………….. 734

Arduino в роли ISP……………………………………………………………………………………………………………. 734

Запись загрузчика через любой ISP-программатор……………………………………………………… 737

Программирование Arduino Mini и Pro Mini………………………………………………………………………….. 738

Программирование Mini c помощью платы Arduino Uno…………………………………………….. 738

Программирование Mini через адаптер USB-UART……………………………………………………… 739

Программирование Arduino Mini через адаптер USB-UART
с автоматическим сбросом……………………………………………………………………………………………… 740

Литература и источники………………………………………………………………………. 743

Предметный указатель…………………………………………………………………………. 745

Ревич Юрий Всеволодович

Ревич Юрий Всеволодович – инженер-электронщик, журналист и писатель с многолетним стажем. Основной круг интересов – проектирование микроэлектронных устройств от принципиальной схемы до пользовательского интерфейса, информационные технологии, их влияние на современное общество, технологические инновации, история компьютеров. Автор 16 книг, в том числе «Занимательной электроники», выдержавшей 5 изданий в течение 15 лет, а также нескольких сотен публикаций в журналах, газетах и сетевых изданиях, в том числе ряда статей на портале Habr.ru.