Sähköpajan elektroniikkaa Kimmo Silvonen (X)
Pajan aukioloajat I periodilla Pajalla tehdään Arduino-harjoituksia ja projetia! Kimmolta voi pyytää pääsyä Pajalle ennen virallista alkamisaikaa. Aikoja voidaan tarvittaessa venyttää. Ma klo 12 14 & 16 18 AIT 1 9 Ti klo 10 12 & 12 14 AIT 1 9 Ke klo 12 14 AIT 1,8,9 To klo 12 18 AIT 1 9 Pe klo 10 14 AIT 1,5,6,7,8,9 Tätä tai muita ryhmäjakoja ei tarvitse noudattaa! Pyytäkää ryhmällenne nimikkoassari heti, kun ryhmä on kasassa! Nimikkoassari perehtyy projektiinne hyvin ja pystyy auttamaan tehokkaasti. Aiemmin meni muutama projekti (ja vaarallinen akku) kokemattomuuden takia pilalle, kun opiskelijat eivät olleet yhteydessä assistenttiin. Page 2 (12)
"Virtalähde", teholähde, verkkolaite (wall-wart) Elektroniikkapiirit vaativat toimiakseen käyttöjännitteen. Paristot noin 1,5 V tai 3 V / kenno Ladattavat NiMH-akut 1,25 V /kenno LiPo-akut 3,7 V /kenno, vaarallisia väärin käytettyinä! USB-liitäntä 5 V. USB3: 900 ma (150 ma), USB2: 500 ma Energiankeräimet: pieni teho tai lyhyt käyttöaika, IC-toteutus Verkkolaitteet, esim. 5 V tai 12 V, on liittimessä keskellä Napaisuus! Osien rikkoutuminen on tavallista, jos 1,25 3,75 1,25 Page 3 (12)
Arduinon käyttöjännite Neljä akkua 5 V, mutta neljä paristoa 6 V UNO: V CC = 5 V. Liitin (V IN ): 7 12 (6 20) V Akut olisi liitettävä 5 V liittimeen Max I OUT = 40 ma (3,3 V DC-out: 50 ma) GND (ground) on käyttöjännitteen miinusnapa Lepovirta yli 40 ma (ilman kuormaa) Teensy 2.0: 2,7 5,5 V (6 V?, akut, ei paristot!) Max I OUT = 40 ma (output) Max I IN = 200 ma (syöttöjännite) Lepovirta 6 15 ma (ilman kuormaa) Akkujen ja paristojen kapasiteetti (AA, LR6, myös sarjaankytkentä) on tyypillisesti yli 2000 mah; suurella virralla pienempi. Page 4 (12)
Anturit ja toimilaitteet Anturit (sensor) mittaavat mm. lämpötilaa, kiihtyvyyttä, etäisyyttä, kaasun tai nesteen virtausta, ym. Digitaalisia ja analogisia (luento ja harjoitus tulossa!) Toimilaitteet (actuator) toimivat usein sähkömekaanisesti. Esim. moottorit, servot, kaiuttimet, ym. Lisäkortit (shield) mahdollistavat erikoistoimintoja. Arduinolla voi mitata tai säätää mitä tahansa! sensors Arduino? actuator Page 5 (12)
Displays In general, displays are acquired when needed LCD displays require low dc operation power Alphanumeric or pixel matrices TV sets and computer monitors available Touch screens are rather expensive Resistive touchpads without a display are much cheaper (5 $) Page 6 (12)
Polaarisuus ja terminaalit GND U MAX =? Oikea napaisuus on tärkeä! Vältä ylijännitettä! signaali Tyypillisesti miinus on kytketty "maahan", laitteen kuoreen? Maa ground on erikseen määritelty johdin virtapiirissä. Signaalijännite (analoginen tai digitaalinen) kytketään yleensä "kuuman" navan ja maan väliin. Signaalin kuljettamiseen tarvitaan kaksi johdinta tai johdin ja maa (sama asia). Page 7 (12)
Erilliskomponentit ja regulaattorit (luento tulossa) anodi katodi C B G E D S i Regul. Vältä ylijännitettä ja liikaa virtaa tai tehoa! Tunnista liitäntänavat Googlen kuvahaulla! Vain harvat passiiviset komponentit (R, kuiva C, L) voidaan kytkeä kummin päin tahansa. Transistoreilla (BJT) on 3 terminaalia: kollektori (c), kanta (b, base), emitteri (e). Kanavatransistoreilla (MOSFET, JFET) nielu (d, drain), hila (g, gate), lähde (s, source). Regulaattoreilla on myös 3 terminaalia: input, output, common (usein maa). c o Page 8 (12)
Mikropiirit, esim. operaatiovahvistin IC, Integrated Circuit in in DC output DC u IN u OUT Yksittäisissä (single) operaatiovahvistimissa on 8 liitäntää, vähintään 5 tarvitaan: ja input, output, DC, DC. Silti opari on helpoimpia komponentteja soveltaa käytäntöön! Usein kaksikko (dual) tai nelikko (quad), jos ei single MOSFETit ja CMOS IC:t ovat herkkiä staattiselle sähkölle älä koske liitäntäjohtoihin! Lähtöjen (output) puskurointi: transistoreista saa suurempia virtoja kuin esim. digitaalilähdöistä Page 9 (12)
Käytännön ohjeita floating 1? 0 Digital Kelluvien (floating) tulojen (input) tilaa ei ole määritelty Digitaalitulot pitää kytkeä nollaan (maa) tai ykköseen (käyttöjännite) open R 1 0 closed 0 1 R i 0 i 0 Digital Digital Joskus tarvitaan ylösveto (pull-up) tai alasveto (pull-down) -vastus (R 10 kω) Page 10 (12)
Rakenne Printti, (paino)piirilevy (PCB, printed circuit board) PCB-suunnittelu: Fritzing, Eagle, ym. Radiaalinen komp. vs. pintaliitos (SMD, surface mount device) Leipälauta, koekytkentälevy (breadboard), ei juotoksia Mikropiiri (IC) vs. (diskreetit) erilliskomponentit Kytkimiä on digitaalisia ja analogisia, mekaanisia tai sähköisesti ohjattuja, painonappi, on-off tai npole mthrow (SPDT, 2P4T) on/off SP3T Page 11 (12)
Binääri ja heksadesimaaliluvut 2-järjestelmä, 10- järjestelmä ja 16-järjestelmä: "10" on aina kantaluku Bitti: "1" tai "0"; jännitetasot tapauskohtaisia. Positiivinen logiikka: "1" = jännite, "0" = alempi tai negatiivinen jännite, yleensä noin nolla. Viiden voltin logiikka: "1" 5 V. 8 4 2 1 8a 4b 2c d a b c d 10-järj. Heksa 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 0 2 2 0 0 1 1 3 3 0 1 0 0 4 4 0 1 0 1 5 5 0 1 1 0 6 6 0 1 1 1 7 7 8 4 2 1 8a 4b 2c d a b c d 10-järj. Heksa 1 0 0 0 8 8 1 0 0 1 9 9 1 0 1 0 10 A 1 0 1 1 11 B 1 1 0 0 12 C 1 1 0 1 13 D 1 1 1 0 14 E 1 1 1 1 15 F 16 10 Page 12 (12)