Радиоэлектроника - Комитет по образованию администрации

КОМИТЕТ ПО ОБРАЗОВАНИЮ
АДМИНИСТРАЦИИ ГОРОДСКОГО ОКРУГА «ГОРОД КАЛИНИНГРАД»
МУНИЦИПАЛЬНОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ДЕТЕЙ ГОРОДА КАЛИНИНГРАДА
ДВОРЕЦ ТВОРЧЕСТВА ДЕТЕЙ И МОЛОДЕЖИ
АДАПТИРОВАННАЯ ПРОГРАММА
дополнительного образования детей
научно-технической направленности
Радиоэлектроника
для детей 10-15 лет
срок реализации: 3 года
Программу составил:
О.В. Семахин,
педагог дополнительного
образования
Рассмотрена и рекомендована к
реализации решением
методического совета МАОУ
ДОД ДТД и М
«21» февраля 2012 г.
Протокол № 4
Калининград
2012
Пояснительная записка
Современная жизнь насыщена различными бытовыми устройствами требующих, для пользования ими, специальных навыков и знаний. Эти устройства разработаны передовыми, в области электроники, компаниями и созданы с применением новейших технологий. Электронные устройства используются в быту, во всех областях
науки и техники, управляют сложнейшими механизмами, руководят уникальными
проектами и участвуют в процессах хранения, обработки и обмена информацией. Когда
электроника получила такое широкое распространение в жизни, и человек с самых
ранних лет начинает её использование, проявляется увеличение спроса на специалистов
в этой области и повышенный интерес подростков к данному виду деятельности.
Неотъемлемой частью жизни стали компьютерные технологии, которые вошли в
каждый дом. В сложном процессе создания электронных устройств используются
программные пакеты позволяющие упростить процедуру разработки электронных
схем.
Школьный курс не достаточно широко охватывает данное направление и не
предполагает глубокого изучения работы электронных устройств и развития навыков
по конструированию и созданию сложных электронных схем и конструкций. Данная
программа направлена на устранение этого недостатка.
Подростку необходимо развитие навыков в области конструирования механизмов управляемых электроникой, электронных устройств различного применения,
чтения электрических схем и самостоятельной диагностики, выявления и устранения
неисправностей простых бытовых приборов. Будут рассмотрены программные системы
автоматизации проектных работ (САПР) различных производителей.
Программа обучения рассчитана на три года. Каждый год имеет свою законченную подпрограмму. В начале второго и третьего года происходит повторение материала пройденного за предыдущий период. Особое внимание уделено практическим
занятиям, на которых кружковцы имеют возможность своими руками создавать электронные конструкции, что очень важно для развития творческого потенциала ребёнка.
Программа рассчитана на детей от 10 до 15 лет. Срок реализации 3 года.
Для первого года обучения занятия проводятся 2 раза в неделю по 2 часа (итого 4
часа в неделю). Для второго и третьего годов обучения занятия проводятся 2 раза в
неделю по 3 часа (итого 6 часов в неделю).
Цели и задачи
Главная цель:
 научить ребёнка мыслить творчески, изобретательно. Дополнительные цели:
 дать кружковцам представление о природе электричества, познакомить их с основами электротехники и электроники;
 освоить основы цифровой техники и компьютеров;
 изучить устройство и схемотехнику простых бытовых приборов, узнать секреты
их ремонта;
 научиться разрабатывать и собирать собственные устройства.
Задачи 1-го года обучения:
 Научиться читать электрические схемы, распознавать на них различные электронные компоненты.
 Изучить работу основных электронных компонентов, объяснить принципы их
работы.
 Освоить принципы работы полупроводниковых приборов.
 Разрабатывать и изготавливать печатные платы и производить монтаж радиоэлементов на них.
 Научиться аккуратно паять, грамотно используя припой и флюс.
 Освоить работу с основными измерительными приборами для измерения
напряжения, тока и сопротивления, а также приборами для тестирования полупроводниковых приборов и конденсаторов.
Ожидаемый результат: в конце учебного года воспитанник должен читать
электрические схемы и различать на них электронные компоненты, знать принципы
работы электронных компонентов, разрабатывать и изготавливать простые конструкции. Уметь обращаться с монтажным инструментом, аккуратно паять, грамотно используя припой и флюс. Уметь пользоваться измерительными приборами для измерения параметров и проверки электронных компонентов.
Задачи 2-го года обучения:
 Понять отличие аналоговых устройств от цифровых устройств.
 Изучить различные виды цифровых микросхем.
 Освоить методы построения цифровых схем.
 Узнать способы проверки цифровых микросхем.
 Понять систему двоичного исчисления.
 Изучить работу программных комплексов построения электронных схем и проектирования печатных плат.
Ожидаемый результат: в конце учебного года воспитанник должен отличать
аналоговые устройства от цифровых устройств. Иметь понятие о цифровых микросхемах. Разбираться в системах исчисления. Уметь разрабатывать схемы при помощи
программных комплексов.
Задачи 3-го года обучения:
 Научиться самостоятельно, проектировать устройства на цифровых микросхемах.
 Изучить способы отображения информации на цифровых табло.
 Понять принципы работы микроконтроллеров и освоить технику их программирования.
 Освоить компьютерное моделирование электронных схем на базе программных
комплексов построения электронных схем.
 Научиться писать собственные простые программы в среде Visual Studio.
 Узнать способы согласования собственных цифро-аналоговых устройств с компьютером.
 Узнать способы чтения информации из периферийных устройств и управление
этими устройствами.
Ожидаемый результат: в конце учебного года воспитанник должен уметь самостоятельно проектировать простые цифровые устройства. Знать способы отображения информации. Понимать принципы работы микроконтроллеров и знать основы
программирования их. Знать основы программных комплексов и писать простые программы в среде Visual Studio. Уметь управлять периферийными устройствами при
помощи ПК.
В качестве формы подведения итогов используется анкетирование, устный
опрос, выполнение контрольных практических заданий.
Учебный план 1-ого года обучения
№
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
Тема
Кол-во часов
Теор. Практ.
Всего
Организационное занятие - общие вопросы о работе
1
1
2
кружка, знакомство, техника безопасности.
Электрический ток и его свойства. Постоянный и
2
2
4
переменный ток. Закон Ома.
Измерительные приборы. Авометры. Испытатели
1
2
3
транзисторов.
Структурные схемы.
1
1
2
Принципиальные схемы.
1
1
2
Схемы электрических соединений. Монтажные
1
1
2
схемы. Способы изготовления.
Источники питания. Гальванические источники пи1
1
2
тания. Стабилизаторы напряжения
Приёмные антенны.
1
1
2
Выключатели и переключатели.
1
1
2
Резисторы, сопротивление цепи и её компонентов.
1
2
3
Эквиваленты элементов цепи. Эквивалентная схема.
Нагрузка. Эквивалент нагрузки.
Конденсаторы.
1
1
2
Катушки индуктивности, дроссели и трансформа2
1
3
торы.
Последовательное и параллельное включение ком1
2
3
понентов цепи.
Полупроводники и проводники. Различия и свойства. 3
2
5
Диоды и транзисторы. Другие полупроводниковые
4
3
7
приборы.
Практические занятия по конструированию, сборке и 0
95
95
настройке устройств.
Заключительное занятие. Подведение итогов.
3
2
5
Итого:
25
119
144
Учебный план 2-ого года обучения
№
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Тема
Организационное занятие - общие вопросы о работе кружка, техника безопасности
Повторение программы 1 года.
Примеры устройств собранных из различных
элементов.
Переход к цифровым схемам. Логические элементы.
Двоичный код.
Разновидности цифровых микросхем.
Цифровые микросхемы различного функционального назначения.
Программные комплексы разработки электронных схем и проектирования печатных плат.
Практические занятия по конструированию,
сборке и настройке устройств.
Заключительное занятие. Подведение итогов.
Итого:
Кол-во часов
Теор. Практ.
Всего
2
1
3
6
5
5
5
11
10
5
5
ю
2
5
10
5
5
10
7
10
20-
10
10
20
0
120
120
3
48
2
168
5
216
Учебный план 3-его года обучения
№
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Тема
Организационное занятие - общие вопросы о
работе кружка, техника безопасности.
Повторение программы 1-го и 2-го года.
Схемотехника цифровых устройств.
Индикаторы и дисплеи, отображение информации на них.
Контроллеры и PIC-контроллеры. Область
применения.
Компьютерное моделирование.
Написание программ в среде Visual Studio.
Согласование различных устройств с компьютером.
Практические занятия по программированию.
Практические занятия по конструированию,
сборке и настройке устройств.
Заключительное занятие. Подведение итогов.
Итого:
Кол-во часов
Теор. Практ.
Всего
2
1
3
7
5
5
5
10
5
12
15
10
10
5
15
5
10
3
5
10
3
10
20
6
0
0
40
80
40
80
3
50
2
166
5
216
СОДЕРЖАНИЕ ПРОГРАММЫ 1-ГО ГОДА ОБУЧЕНИЯ:
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК И ЕГО СВОЙСТВА.
Электрический ток. Характеристики тока. Сила и плотность тока.
Мощность. Закон Ома. Постоянный ток. Переменный ток.
Измерительные приборы - виды и особенности. Авометры. Методика
проверки полупроводниковых приборов. Испытатели транзисторов.
Структурные схемы. Назначение. Отображение блоков и узлов. Указатели взаимодействия. Начало и конец работы. Отличие и сходства с алгоритмом.
Принципиальные схемы. Назначение. Отображение блоков, узлов, элементов. Отличие и сходства со структурной схемой.
Схемы электрических соединений. Монтажные схемы. Способы изготовления. Назначение. Отображение блоков, узлов, элементов. Отличие и
сходства со структурной и принципиальной схемой. Материалы для изготовления. Способы разработки и изготовления.
Источники питания. Первичные и вторичные источники питания. Гальванический элемент. Эксплуатация элементов питания и батарей.
Приёмные антенны. Виды антенн. Конструкции антенн. Диаграмма
направленности. Коэффициент усиления.
Выключатели и переключатели. Разновидность. Нормально-замкнутый
и нормально-разомкнутый переключатель. Пакеты переключателей.
Резисторы. Переменные и подстроенные резисторы. Сопротивление.
Мощность рассеивания. Класс точности. Температурный коэффициент. Эквиваленты элементов цепи. Эквивалентная схема. Необходимость эквивалентных
схем. Идеальные элементы.
Конденсаторы. Класс точности конденсатора. Рабочее напряжение.
Температурный коэффициент емкости (ТКЕ). Конденсатор постоянной и переменной емкости.
Катушки индуктивности, дроссели и трансформаторы. Катушка индуктивности. Дроссель. Трансформатор. Индуктивность. Добротность.
Последовательное и параллельное включение компонентов цепи.
Последовательное соединение. Параллельное соединение. Изменение сопротивления, ёмкости, мощности. Падение напряжения. Делитель напряжения.
Полупроводники и проводники. Различия и свойства.
Полупроводник. Физические свойства и применения. Механизм электрической проводимости полупроводников. Дырка. Виды полупроводников по характеру проводимости. Собственная проводимость. Примесная проводимость.
Электронные полупроводники (п-типа). Дырочные полупроводники (р-тииа).
Диоды и транзисторы. Диод. Полярность. Назначение выводов. Транзистор. Назначение выводов. Коэффициент усиления. Схемы включения. Методы
проверки диодов и транзисторов.
СОДЕРЖАНИЕ ПРОГРАММЫ 2-ГО ГОДА ОБУЧЕНИЯ:
ПРИМЕРЫ УСТРОЙСТВ СОБРАННЫХ ИЗ РАЗЛИЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ.
Устройства коммутации. Кабели. Индикаторы. Аналоговые устройства.
Цифровые устройства. Смешанные устройства.
Переход к цифровым схемам. Логические элементы. Корпуса интегральных микросхем. Параметры. Микросхемы ТТЛ. Логические элементы НЕ,
И, И-НЕ, ИЛИ, ИЛИ-НЕ, И-ИЛИ-НЕ и др. Линейка микросхем содержащих
логические элементы.
Двоичный код. Бинарный код. Представление двоичных данных. Двоично-десятичный код. Перевод в 8-й, 10-ти, 16-ти -ричную систему исчисления.
Электрические уровни.
Разновидности цифровых микросхем. Классификация и система
условных обозначений. Корпуса интегральных микросхем. Параметры. Микросхемы ТТЛ, ТТЛШ, КМОП, ЭСЛ.
Цифровые микросхемы различного функционального назначения.
Триггеры (RS, D, J, JK). Мультивибраторы. Буферные элементы. Счётчики.
Ключи. Мультиплексоры. Регистры и сдвигающие регистры. Шифраторы и
дешифраторы. Сумматоры. АЛУ. Преобразователи уровней. Микросхемы памяти. Процессоры.
Программные комплексы разработки электронных схем и проектирования печатных плат. Что такое САПР. Различные программные комплексы.
Создание электрических схем. Разработка печатных плат. Автотрассировка печатных проводников.
СОДЕРЖАНИЕ ПРОГРАММЫ 3-ГО ГОДА ОБУЧЕНИЯ:
СХЕМОТЕХНИКА ЦИФРОВЫХ УСТРОЙСТВ
Устройства на цифровых микросхемах (цифровые устройства). Область применения. Сочетание с аналоговыми устройствами. Шины данных.
Цифро-аналоговые преобразования. Аналогово-цифровые преобразования.
Скважность. Временные диаграммы.
Индикаторы и дисплеи, отображение информации на них. Виды индикаторов. Вакуумные, светодиодные, жидкокристаллические индикаторы.
Сходства и различия. Панели индикаторов. Дисплеи отображения информации.
Частота обновления информации.
Контроллеры и PIC-контроллеры. Область применения. Виды контроллеров. Принципы работы микроконтроллеров на примере микросхем ATMEL. Замена цифровых микросхем микроконтроллерами. Программирование
микроконтроллеров. Область применения.
Компьютерное моделирование. Программные комплексы, в которых
возможно моделирование электронных узлов. Особенности виртуальных
устройств, отличие таких устройств от реальных конструкций. Необходимые
условия запуска виртуальных устройств. Подбор необходимых виртуальных
компонентов. Запуск симуляции, снятие параметров с помощью виртуальных
измерительных приборов. Сравнение результатов измерения снятых с виртуальных устройств с данными снятых с реальных конструкций.
Написание программ в среде Visual Studio. Возможности программного
комплекса Visual Studio. Языки программирования, поддерживаемые комплексом Visual Studio. Запуск среды Visual Studio. Написание простых программ на
базе языка Visual Basic.
Согласование различных устройств с компьютером. Периферия персонального компьютера. Устройства ввода/вывода. Виды портов, подключение к
ним. Схемотехника устройств подключаемых к LPT-порту компьютера. Способы приёма/передачи данных. Управление устройствами по 8-ми битному каналу связи. Прерывание. Сброс. Начальное состояние при включении питания.
МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ УЧЕБНОГО ПРОЦЕССА
 учебно-методическая литература;
 планы-конспекты занятий;
 подшивки журналов «Радио»;
 опыт коллег размещающих работы в глобальной сети «Интернет»;
 образовательные методы обучения высших учебных заведений.
Учебное помещение просторное, светлое и хорошо проветриваемое. Оно
рассчитано на 16 рабочих мест. Каждое место оборудовано розеткой питания 36
вольт для питания электропаяльников и пригодно как для теоретических занятий, так и для практических упражнений. В кабинете имеется два сверлильных
станка и два дополнительных места оборудованных набором приборов для общего пользования (генераторы 34, осциллограф, частотомер, милливольтметр и
т.д.).
Для наглядной демонстрации используются плакаты с изображением изучаемого материала.
Для теоретической подготовки имеется солидная библиотека, состоящая из
множества различных справочников по радиоэлектронике, а также большого
количества научно-популярных журналов.
Для получения более полной информации по любому вопросу используется подключение к глобальной сети Интернет.
Класс оборудован демонстрационной витриной, на которой размещены
экспонаты, сконструированные кружковцами разных лет. На ней же размещены
стенды с образцами элементной базы.
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Адрианов П.Н. Развитие технического творчества у младших школьников.
М.: Просвещение, 1990 г.
2. Бессонов В.В. Радиоэлектроника для начинающих. М.: Солон-Р, 2001 г.
3. Букреев И., Горячев В., Мансуров Б., Микроэлектронные схемы цифровых
устройств. М.: Техносфера, 2009 г.
4. Игумнов Д.В., Королёв Г.В., Громов И.С. Основы микроэлектроники. М.:
Высшая школа, 1991 г.
5. Кашкаров А.П. Электронные самоделки. СПб.: БХВ-Петербург, 2007 г.
6. Евсеев А.Н. Полезные схемы для радиолюбителей. М.: Солон-Р, 1999 г.
7. Гомоюнов К.К. Транзисторные цепи. СПб.: БХВ-Петербург, 2002 г.
8. Журналы «Радио» разных лет.
9. Информация из глобальной сети Интернет.