Előszó
A tananyag ötletgazdája röviden bemutatja, hogy számára milyen út vezetett az elektronika világába. Részben az átélt megpróbáltatások miatt érezte szükségességét egy ilyen tananyagnak, így érdemes elolvasni mindenkinek, aki érdeklődik az elektronika iránt. "Amikor felkértem az út során megismert barátaimat a tananyag közös elkészítésére, mindannyian lelkesen vállalták, hogy így, tudásunkat és tapasztalatunkat összefogva segítsük a Te és olvasótársaid [...] fejlődését!"
01 Matematikai alapok ismétlése
A műszaki tudományok alapja a matematika. Ahhoz, hogy az ajánlott 15-18 éves korosztályban mindenki számára érthetőek legyenek a tananyag későbbi részei, érdemes átismételni szükséges matematikai tanulmányokat, ezt tehetjük meg az első fejezet segítségével.
02 Fizikai alapok ismétlése
"Minden kezdet nehéz!" - minden új komoly szakterület megértéséhez szükség van előtanulmányokra. Ha a műszaki tudományok alapja a matematika, akkor a körülöttünk lévő természeti jelenségek leírásának és megértésének eszköze pedig a fizika, így a későbbi elektronikai témájú tananyagrészek megéréséhez elengedhetetlen a fizikai alapok áttanulmányozása.
03 Rajzjelek
Áramköreink komplex, rengeteg különféle alkatrészből felépülő működő rendszerek. Ezek leírásához egységes jelrendszert definiáltak, hogy bonyolult áramköröket is mindenki számára egységes rajzokon lehessen ábrázolni. Ismerjétek meg a legalapvetőbb alkatrészeket, ezek jelöléseit, és a kapcsolási rajzok egyéb megkötéseit!
04 Laboratóriumi tápegység és breadboard
"Megágyazunk az áramköröknek" - bemutatkoznak az alkatrészeinknek életet és helyet adó eszközök. Az alkatrészeket ritkán kapcsoljuk közvetlenül egymáshoz, általában valamilyen hordozót használunk, amely megteremti a már megismert áramköri rajzainkkal leírt összeköttetéseket. Ebben a tananyagrészben megtudhatjátok mi az a breadboard, és hogyan kell használni a tananyagban található példák összeállításához. Ha pedig készen van egy áramkör, akkor azt ki is illik próbálni, ehhez nyújt segítséget a laboratóriumi tápegység, amelynek funkcióival és kezelésével szintén megismerkedhettek.
05 Multiméter, Ohm-törvény a gyakorlatban
Elektronikai kalandozásaink során a multiméter lesz az egyik legjobb barátunk, legnagyobb segítségünk az áramköreink és alkatrészeink vizsgálatában. Segítségével megmérhetjük azokat a fizikai mennyiségeket melyekkel eddig csak az elmélet során találkoztunk, illetve megbizonyosodhatunk az olyan törvényszerűségek igazságáról, mint az Ohm-törvény. Az ötödik részben részletesen bemutatjuk a multiméterek funkcióit, és azok használatát, valamint megvizsgáljuk, hogy a mérési eredményeink hogyan viszonyulnak az elméleti ismereteinkből következő elvárásainkhoz.
06 Lineáris tápegységek, diódák
A tananyagrészben szó esik a tápegységek alapvető tulajdonságairól, illetve egy 5 Voltos tápegység megépítéséről, mely alapvető építőkockája lesz a későbbi áramköreinknek is. A tananyagrész második fele megismertet a diódákkal, melyek a legegyszerűbb, és talán legfontosabb félvezető alkatrészek.
07 Kapcsolóeszközök
Ahhoz, hogy továbblépjünk az egyre bonyolultabb áramkörök felé, szükségünk van a különböző kapcsolóeszközökre. Ezek segítenek abban, hogy áramkörünk állapota megváltozzon, ezáltal dinamikus, interaktív eszközöket hozzunk létre. Az egyszerű mechanikus kapcsolók (pl. villanykapcsoló) mellett elmerülhetsz a félvezető kapcsolók (BJT, MOSFET) világában, megismerheted azok működési elvét, alkalmazását.
08 Astabil áramkör
A korábbi fejezetekre építve most megismerkedünk egy kevés alkatrészből álló, de mégis összetett áramkörrel: LED fényforrásokat fogunk villogtatni. Ennek kapcsán jobban belemélyedünk a tranzisztorok és az integrált áramkörök (IC-k) világába, és bemutatjuk az időben változó rendszereket. Tüzetesebben megvizsgáljuk hogyan tud egy tranzisztor kapcsolóként viselkedni, továbbá megmutatjuk hogyan lehet egyszerű alkatrészekkel különböző időzítéseket megvalósítani.
09 Mikrovezérlők I.
A fejezetben megalapozzuk alapvető tudásunkat a mikrovezérlők felépítésével, működésével és programozásával kapcsolatban, melyekre a továbbiakban erőteljesen támaszkodni fogunk. A mikrovezérlők nagyon összetett áramkörök és több milliónyi tranzisztort foglalnak magukba, ennek ellenére a működésük a mai világban jól bemutatható, hiszen körbevesznek minket és a mindennapjaink részévé váltak. A tananyagrész végén, most előszőr egy mikrovezérlőre írt egyszerű programot is kipróbálunk.
A fejezethez tartozó példakódot itt találod
10 Informatikai alapok
Mielőtt jobban belemélyednénk a mikrovezérlők programozásába, ismételjük át a programozás alapjait. Szót ejtünk a számrendszerekről, logikai műveletekről, és bemutatjuk a C programozás alapvető építőköveit. Erre a tudásra később nagy szükségünk lesz!
11 Mikrovezérlők II.
Az előző két fejezetre alapozva komolyabban elkezdünk foglalkozni a mikrovezérlő programozással egy egyszerű példán keresztül. Kezdésképp bemutatjuk a használt fejlesztőkörnyezetet, a példákban pedig szó esik a túlcsordulásról és a szoftveres időzítésről is.
A fejezethez tartozó példakódot itt találod
12 Debuggolás - hibakeresés a programban
Ebben a részben megmutatjuk hogyan lehet egyszerűen hibát keresni a szoftverben. A fejlesztőkörnyezet lehetőséget biztosít számunkra, hogy a programunk működésén sorról sorra végig menjünk és ellenőrizzük a végrehajtott utasításokat, illetve a mikrovezérlő belső regisztereinek tartalmát. Ezáltal könnyen fel tudjuk deríteni a nem várt, rejtett hibákat.
A fejezethez tartozó példakódot itt találod
13 DC motorok
A fejezetben arról esik szó, hogy a DC motorok milyen fizikai törvényszerűségek folytán hozzák létre a mechanikai mozgást az elektromos áramból. Ehhez kapcsolódóan részletesen megvizsgáljuk a motorok fő részeit, úgymint az állórészt, forgórészt, és a DC motorok egyik legfontosabb elemét, a kommutátort. Végül két másik motortípus is bemutatásra kerül, melyekkel gyakran találkozhattok a háztartásban.
14 Alkonykapcsoló, egyszerű szenzorok, komparátor
Ebben a fejezetben átismételjük a FET-ek működését, és bemutatjuk a legalapvetőbb szenzorokat, melyek segítségével a legkülönfélébb fizikai mennyiségeket alakíthatjuk át villamos jelekké. A szenzorokkal megvalósítunk különböző vezérelt analóg áramköröket, mint például az alkonykapcsolót. Az utolsó szakaszban pedig megvizsgáljuk hogyan hasonlíthatunk össze különböző jeleket egyszerű áramköri elemekkel, illetve a mikrovezérlő segítségével.
A fejezethez tartozó példakódot itt találod
15 PWM
A PWM, azaz az impulzusszélesség moduláció szinte az összes körülöttünk lévő számítástechnikai eszközben megtalálható valamilyen formában. Ebben a fejezetben megmutatjuk, hogy miként lehet ezt a módszert a világítás fényerejének, vagy akár egy DC motor fordulatszámának beállítására használni.
16 Pontos időzítés - Timerek
A pontos időzítésnek óriási szerepe van mindennapjaikban. Megismerkedhetsz a mikrovezérlőben használt időzítőkkel, és megépítheted saját digitális órádat. Mindeközben mélyítheted szoftveres tudásod, és néhány jó gyakorlatias tanácsot is kapsz a tervezéshez.
A fejezethez tartozó példakódot itt találod
17 PWM mikrovezérlővel
A korábban megszerzett PWM és timer ismereteinket felhasználva megismerhetjük, hogy a mikrovezérlővel hogyan tudunk impulzusszélesség modulált jeleket előállítani. Természetesen ezt gyakorlati példákon keresztül tesszük, így megtanuljuk hogyan lehet pulzáló fényforrást létrehozni, majd néhány ismerős dallamot is megszólaltatunk.
A fejezethez tartozó példakódot itt találod
18 USB kapcsolat
Ma már szinte el sem tudjuk képzelni az életünket USB azaz az univerzális soros busz nélkül. Ebben a részben bemutatjuk, hogy miként tudunk kommunikációt létrehozni egy mikrovezérlő és a számítógépünk között USB portot használva. Nem csak a soros porton végbemenő kommunikáció módját és az üzenetek felépítését ismerhetitek meg, hanem azt is megmutatjuk, hogyan tudtok különböző szövegeket, parancsokat küldeni az eszközöknek. A fejezet végén egy PC-ről vezérelt futófényt is készítünk.
A fejezethez tartozó példakódot itt találod
19 Az EEPROM nemfelejtő memória használata
A különféle típusú memóriák gyors összegzése után belemerülünk az EEPROM memóriák világába. Már egész egyszerű esetekben is szükségünk van nem felejtő memória használatára, ilyen a lépésszámlálás, vagy egy beállítás megőrzése (pl.: TV hangerő, csatornalista). Az amúgy is érdekes elméleti ismereteket praktikus tanácsokkal, gondolatkisérlettel és gyakorlati példával is kiegészítettük.
A fejezethez tartozó példakódot itt találod
20 Feszültség stabilizátorok, tranzisztoros áramkorlát
A legtöbb áramkörnek állandó értékű, azaz stabil tápfeszültségre van szüksége a helyes működéshez, továbbá a váratlan külső hatások miatt az áramfelvétel korlátozása is célszerű. Ebben a részben különféle megoldásokat ismerhettek meg mindkét problémára, és azokat kipróbálhatjátok magatok is a példakapcsolások, vagy az elsajátított ismeretek alapján.
21 Megszakítások a szoftverben - interruptok
A megszakítások lehetővé teszik, hogy egyes eseményekre azonnal tudjunk reagálni, ez lehetővé teszi számunkra, hogy ne maradjunk le semmiről. Azonban felvet néhány új problémát is. Egy egyszerű nyomógombos példán keresztül bemutatjuk az interruptok működését és speciális tulajdonságait. Beágyazott rendszerekben nagyon sok megszakítással fogtok találkozni a jövőben, érdemes rá felkészülni.
A fejezethez tartozó példakódot itt találod
22 Analóg jelek feldolgozása, ADC
A világ, amiben élünk analóg, de a programozható áramköreink digitálisak. A külvilágot érzékelni tudó szenzoraink analóg módon érzékelnek, a mikrovezérlő pedig csak digitális értékekkel tud számolni. Erre nyújtanak megoldást az analóg-digitális átalakítók, azaz az ADC-k. Közérthető példákon keresztül megmutatjuk, hogy mire kell figyelni egy ilyen átalakítás során, és hogyan tudjátok használni a mikrovezérlő ADC perifériáját.
A fejezethez tartozó példakódot itt találod
23 További hasznos szenzorok
Az érzékelés nagyon fontos a mai gépesített világban, hiszen a gépeknek valahogy információt kell szerezniük a külvilágról, és reagálniuk kell rá (legyen az akár egy mosógép, vagy Optimus Fővezér). Néhány szenzorral már megismerkedhettünk korábban, de csak kapargattuk a jéghegy csúcsát. Most kicsit mélyebbre ásunk, és megismerkedünk rengeteg új szenzorral, és osztályozásukkal. Részletesen bemutatjuk a robotikában előszeretettel alkalmazott érzékelőket, azoknak legkülönfélébb típusait, tulajdonságait, illetve működési elvüket.
A fejezethez tartozó példakódot itt találod
24 Vezérlés és szabályozás
Ez a tananyag utolsó része, és itt szükségünk lesz az összes korábban megszerzett tudásra. A szabályozással csak érintőlegesen foglalkozunk, mivel ahhoz komolyabb matematikai ismeretekre is szükség lenne, a vezérlés témakörébe viszont rendesen beleássuk magunkat! A példa projektben egy digitálisan állítható termosztátot fogunk megvalósítani. A kapcsolási hőmérsékletet USB-n keresztül állítjuk be, a mikrovezérlő ADC-jével egy NTC hőmérőn eső feszültséget mérünk, majd abból visszaszámoljuk a hőmérsékletet, végezetül pedig egy FET-en keresztül kapcsoljuk szükség szerint ki/be a 12V-os ventilátorunkat.
A fejezethez tartozó példakódot itt találod
25 Eszköz- és alkatrészjegyzék
Ebben a jegyzékben megtalálható a tananyagban használt összes eszköz és alkatrész.
