Устройство для обучения конструированию электронных схем и алгоритмов программирования

Изобретение относится к средствам обучения и может использоваться при индивидуальном и групповом обучении конструирования электронных схем и алгоритмов программирования, для проведения лабораторных работ и демонстрационных опытов по электро-, радиотехнике, электронике и программированию, а также может быть использовано при создании конструкции электронного светодинамического изделия, используемого в быту, например, как украшение и средство рекламы.

Известно учебное устройство по электротехнике, содержащее набор блоков, несущих элементы электрической цепи. Блоки собираются в объемную или плоскостную конструкцию (см. ЕР 0135633, 1986 г.).

Известен «Набор элементов для сборки электрических цепей», используемый как учебное устройство по электротехнике, которое также может использоваться в качестве игры для детей и состоит из набора стыкуемых между собой блоков, в которых расположены компоненты электрической цепи (см. RU 2101773, 1998 г.).

Известен «Прибор для учебной сборки электро- и радиосхем», который используется в качестве учебного пособия и включает основание с элементами крепления для вышерасположенных деталей, в свою очередь также снабженных средствами крепления для деталей следующего уровня, см. авторское свидетельство СССР №832575, кл. G09В 23/18, 1977 г.

Выполнение известных учебных устройств в виде стыкуемых между собой блоков не дает полного представления о процессе конструирования электронных схем и процесс программирования, связанном не только с выстраиванием элементов цепи в определенной последовательности, но и с подсоединением соединительных проводов, что приведет к увеличению габаритов устройств и снижению надежности устройств.

Ближайшим прототипом к заявляемому изобретению является «Универсальный прибор для проведения лабораторных работ и демонстрации опытов по электро- и радиотехнике», см. авторское свидетельство №173483, кл. G09В 23/18, 1969 г., который содержит изоляционную плиту с контактными гнездами. В гнезда плиты, которая является основанием нижнего уровня, устанавливаются посредством контактных штифтов основания, снабженные токонесущими пластинами, электро- и радиодеталями. Данный прибор позволяет собирать и исследовать различные электро- и радиосхемы. Однако данный прибор имеет ограниченное применение и не обеспечивает изучение и демонстрацию всего разнообразия разделов электро-, радиотехники и электроники. Кроме того, крепление радиодеталей не обеспечивает надежных их контактов друг с другом.

Заявляемое изобретение направлено на решение задачи по созданию такого универсального устройства для обучения конструированию схем с электрическими, электронными и радиоэлементами, которое позволило бы проводить опыты и демонстрационные эксперименты по всем темам учебного курса электричества, электроники, радиоэлектроники и программирования.

Технический результат, который может быть достигнут при осуществлении изобретения, заключается в расширении эксплуатационных возможностей устройства, в повышении надежности устройства и удобства в пользовании, в уменьшении плоскостных габаритов устройства, в обеспечении, благодаря этому, возможности размещения устройства на каждом рабочем месте учащегося и, как следствие, в повышении эффективности обучения как при участии преподавателя так в самостоятельном режиме, и в снижении сроков обучения.

Для достижения указанного технического результата предлагается устройство для обучения конструированию электронных схем и алгоритмов программирования, содержащее основания, соединенные посредством разъемных соединительных элементов и снабженные проводниками, электро- и радиоэлементами, согласно изобретению оно состоит, по крайней мере, из двух оснований, выполненых в виде снабженных токопроводящими контактами и проводниками печатных плат, установленных в несколько уровней одна над другой и соединенных соединительными многоконтактными разъемными соединенными элементами, причем каждая плата является держателем платы соседнего уровня, при этом одно из оснований выполнено в виде отдельных удлиненных плат лучеобразной формы, которые расположенны в одной горизонтальной плоскости, а многоконтактные разъемные соединительные элементы на каждой из них расположены в торцевой зоне и подсоединены к многоконтактным разъемным соединительным элементам платы соседнего уровня, соединительные элементы которой расположены по радиусам на поверхности основания, выполненного либо в виде круга, либо в виде любой плоской геометрической фигуры, причем удлиненные платы лучеобразной формы расположены либо по окружности, либо сконцентрированы в одном или нескольких секторах. Устройство снабжено электронными элементами, в том числе программируемыми, а электро-, радиоэлементы и электронные элементы на каждой плате могут быть установлены как на верхней, так и на нижней ее поверхности. Печатные платы изготовлены из фольгированного материала, например стеклотекстолита. Устройство снабжено колпаком, закрепленным на плате одного из уровней.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 изображено предлагаемое устройство, вид спереди; на фиг.2 - то же, вид сверху, на фиг.3 - вид по стрелке А фиг.1 со снятыми удлиненными платами лучеобразной формы.

Предлагаемое устройство содержит основания 1, 2, 3, 4, выполненные в виде плат, которые установлены в несколько уровней, одна над другой. Каждое основание выполнено в виде печатной платы и снабжено токопроводящими контактами, проводниками и многоконтактными разъемными соединительными элементами 5. Одно из оснований 1 выполнено в виде отдельных удлиненных плат 6 лучеобразной формы, при этом на каждой из этих лучеобразных плат многоконтактные разъемные соединительные элементы 5 расположены в их торцевой зоне 7. Остальные основания 2, 3, 4 выполнены монолитными, в виде монолитного круга. Однако возможно и выполнение этих оснований в виде любой плоской геометрической фигуры. На поверхности каждой платы с любой стороны устанавливаются электро-, радиоэлементы, электронные элементы 8, такие как конденсаторы, сопротивления, фотоэлементы, светодиоды, индуктивности, микрофоны и другие, включая аналоговые и цифровые микросхемы, в том числе программируемые.

Кроме того, на каждой плате установлены многоконтактные разъемные соединительные элементы 5, посредством которых они формируются во многоуровневую фигуру. Так для соединения удлиненных плат 6 лучеобразной формы с платой 2 соседнего уровня многоконтактные разъемные соединительные элементы 5 на этой плате 2 расположены по радиусам, см. фиг 3, вид по стрелке А фиг.1. Как удлиненных плат лучеобразной формы, так и других плат соседнего уровня может быть неограниченное количество, но для удобства работы с элементами программирования практично использовать восемь или шестнадцать удлиненных плат, а по высоте практичным является использование не более четырех уровней.

Плат любого уровня может быть несколько вариантов, например, устанавливаются определенные платы уровня 1, 2, 3, а устанавливаемых плат уровня 4 может быть несколько вариантов, при этом платы уровня 4 взаимозаменяемы и каждая из них используется в соответствии со своей учебной задачей согласно методическим указаниям. С появлением новых учебных задач могут создаваться новые варианты плат каждого из уровней.

Каждая плата является держателем (носителем), т.е. местом установки плат соседнего уровня посредством многоконтактных разъемных соединительных элементов.

Печатные платы изготовлены из фольгированного материала, например стеклотекстолита.

В комплект устройства входит также преимущественно прозрачный колпак 9, который устанавливается сверху в центральной части устройства и закрепляется на одном из оснований.

Устройство собирается следующим образом. В соответствии с методическим указаниями и соответствующим набором количества плат с проводниками, токопроводящими контактами, многоконтактными разъемными соединительными элементами учащиеся производят установку необходимых электронных, электро-, радиоэлементов на печатные платы или используют платы с уже установленными элементами. Посредством многоконтактных разъемных соединительных элементов собирают общую конструкцию в общую электронную схему, производят ее настройку, и в случае необходимости устанавливают (записывают) необходимые элементы программирования. О правильности сборки и работы схемы судят по правильному срабатыванию элементов индикации. Из плат лучеобразной формы можно получать различные варианты устройства, например, устанавливая их равномерно распределенными по окружности или концентрируя их в определенном секторе, т.е. благодаря различному конструктивному выполнению оснований в виде плат и различному размещению их относительно друг друга, можно менять общую получаемую фигуру устройства.

После сборки и проверки схемы для получения вида законченного электронного изделия устанавливают колпак 9, закрывающий центральную часть устройства. Плата любого уровня может иметь несколько вариантов схемных решений. Набор плат может расширяться при конструировании новых схем или при появлении новых электронных, электро-, и радиоэлементов, в том числе при появлении новых программируемых микросхем.

Использование предложенного устройства позволяет посредством последовательных и простых соединений различных элементов на плате, являющейся частями общей конструкции, заинтересовать учащихся процессом создания различных электронных и электрорадиосхем, значительно увеличить количество собираемых рабочих схем, получить навыкы программирования, создания простых и сложных алгоритмов программирования, при этом одной из целей этого может быть получение законченного электронного изделия.

1. Устройство для обучения конструированию электронных схем и алгоритмов программирования, содержащее основания, соединенные посредством разъемных соединительных элементов и снабженные проводниками, электро- и радиоэлементами, отличающееся тем, что оно состоит, по крайней мере, из двух оснований, выполненных в виде снабженных токопроводящими контактами и проводниками печатных плат, установленных в несколько уровней одна над другой и соединенных соединительными многоконтактными разъемными соединенными элементами, причем каждая плата является держателем платы соседнего уровня, при этом одно из оснований выполнено в виде отдельных удлиненных плат лучеобразной формы, которые расположены в одной горизонтальной плоскости, а многоконтактные разъемные соединительные элементы на каждой из них расположены в торцевой зоне и подсоединены к многоконтактным разъемным соединительным элементам платы соседнего уровня, соединительные элементы которой расположены по радиусам на поверхности основания, выполненного либо в виде круга, либо в виде любой плоской геометрической фигуры, причем удлиненные платы лучеобразной формы расположены либо по окружности, либо сконцентрированы в одном или нескольких секторах.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено электронными элементами, в том числе программируемыми, а электро-, радиоэлементы и электронные элементы на каждой плате могут быть установлены как на верхней, так и на нижней ее поверхности.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что печатные платы изготовлены из фольгированного материала, например стеклотекстолита.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено колпаком, закрепленным на плате одного из уровней.