RU2821430C1 - Method of visualizing operation of electrical circuit and system for its implementation - Google Patents
Method of visualizing operation of electrical circuit and system for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2821430C1 RU2821430C1 RU2023116264A RU2023116264A RU2821430C1 RU 2821430 C1 RU2821430 C1 RU 2821430C1 RU 2023116264 A RU2023116264 A RU 2023116264A RU 2023116264 A RU2023116264 A RU 2023116264A RU 2821430 C1 RU2821430 C1 RU 2821430C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- contact
- contacts
- electrical
- electrical circuit
- layouts
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims abstract description 19
- 238000005094 computer simulation Methods 0.000 claims description 6
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 4
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims description 4
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 3
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 3
- 238000012800 visualization Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 230000007787 long-term memory Effects 0.000 description 1
- 230000005389 magnetism Effects 0.000 description 1
- 230000015654 memory Effects 0.000 description 1
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 1
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 1
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Изобретение относится к области электротехники, а именно к способу визуализации работы электрической цепи и системе визуализации работы электрической цепи. Изобретение может быть использовано в образовательной и досуговой деятельности в качестве учебного устройства, игрового конструктора, стенда для обучения схемотехнике.The invention relates to the field of electrical engineering, namely to a method for visualizing the operation of an electrical circuit and a system for visualizing the operation of an electrical circuit. The invention can be used in educational and leisure activities as an educational device, a game constructor, or a stand for teaching circuit design.
Уровень техникиState of the art
Известно моделирующее электрическую схему интеллектуальное игровое устройство, раскрытое в патенте РФ на полезную модель № RU174016 (опубл. 25.09.2017). Известное моделирующее электрическую схему интеллектуальное игровое устройство содержит источник электропитания, состоящий из подложки, на верхней стороне которой расположены крепежные штыри, а на нижней - крепежные отверстия, и корпуса с установленным в нем процессором и разъемом USB. Упомянутые штыри и отверстия, размещенные на подложке, и разъем USB электрически связаны с процессором. Устройство размещают на макетной плате, снабженной установочными штифтами для закрепления на нем источника питания и проводящих и оконечных компонентов. Эти компоненты также имеют крепежные штыри и отверстия, позволяющие присоединять их к штырям и отверстиям подложки с образованием электрического контакта. Разъем USB предназначен для передачи и записи в процессор рабочей программы, отредактированной на внешнем электронном устройстве, например, персональном компьютере.An intelligent gaming device that simulates an electrical circuit is known, disclosed in the RF patent for utility model No. RU174016 (published on September 25, 2017). A known smart gaming device that simulates an electrical circuit contains a power supply consisting of a substrate, on the top side of which there are mounting pins, and on the bottom side there are mounting holes, and a housing with a processor and a USB connector installed in it. Said pins and holes placed on the substrate and the USB connector are electrically coupled to the processor. The device is placed on a breadboard equipped with locating pins to secure the power supply and conductive and termination components to it. These components also have mounting pins and holes that allow them to be attached to the pins and holes of the substrate to form electrical contact. The USB connector is designed for transferring and recording to the processor a working program edited on an external electronic device, for example, a personal computer.
Известен способ создания макета для обучения программированию, раскрытый в патенте РФ на изобретение № RU2763108 (опубл. 27.12.2021). Известный способ создания макета для обучения программированию включает в себя размещение на плате для программирования и подключение к контактным ячейкам логических элементов, последовательный опрос пар контактных ячеек для определения идентификаторов логических элементов, расшифровку идентификаторов и запись в память программного кода, соответствующего расположению логических элементов, компиляцией программного кода и определения корректности его выполнения.There is a known method for creating a layout for teaching programming, disclosed in the Russian Federation patent for invention No. RU2763108 (published on December 27, 2021). A known method for creating a layout for teaching programming includes placing logic elements on a programming board and connecting them to contact cells, sequentially polling pairs of contact cells to determine the identifiers of the logical elements, decoding the identifiers and writing into memory the program code corresponding to the location of the logical elements, compiling the program code and determining the correctness of its execution.
Общим недостатком представленных аналогов является их функциональная неполнота, обусловленная отсутствием средств для визуализации работы электрической цепи. A common disadvantage of the presented analogues is their functional incompleteness, due to the lack of means for visualizing the operation of the electrical circuit.
Известен способ симуляции электрической схемы, раскрытый в патенте РФ на изобретение № RU2715794 (опубл. 03.03.2020) - прототип. Известный способ симуляции электрической схемы включает в себя обеспечение электромагнитных связей между симулирующими компонентами, один из которых электрически связан с вычислительным комплексом; установление соответствия между каждым связываемым симулирующим компонентом и симулируемым элементом электрической схемы; компьютерное моделирование симулируемой электрической схемы; воспроизведение пользователю результатов проведенного компьютерного моделирования.There is a known method for simulating an electrical circuit, disclosed in the Russian Federation patent for invention No. RU2715794 (published on 03/03/2020) - prototype. A known method for simulating an electrical circuit includes providing electromagnetic connections between simulating components, one of which is electrically coupled to a computing system; establishing a correspondence between each associated simulation component and the simulated element of the electrical circuit; computer modeling of the simulated electrical circuit; reproduction to the user of the results of the computer simulation.
Прототип обладает следующими недостатками. В известном изобретении все симулирующие компоненты размещены на одной диэлектрической пластине, при этом контактные блоки делятся на контактные блоки первого и второго рода, однако на каждом контакте симулирующего компонента не предусмотрено контактных блоков и первого, и второго рода, что снижает количество вариантов электрических схем (цепей), которые возможно воспроизвести с использованием известного изобретения. При этом электротехническая реализация известной системы, предполагающей применение контактов одного рода, значительно усложняется, так как возникает необходимость наделить однородный контактный блок обоими упомянутыми свойствами (возможность и измерять, и изменять напряжение или ток).The prototype has the following disadvantages. In the known invention, all simulating components are placed on one dielectric plate, while the contact blocks are divided into contact blocks of the first and second kind, however, at each contact of the simulating component there are no contact blocks of both the first and second kind, which reduces the number of options for electrical circuits (circuits) ), which can be reproduced using a known invention. At the same time, the electrical implementation of the known system, which involves the use of contacts of the same type, becomes significantly more complicated, since it becomes necessary to endow a homogeneous contact block with both mentioned properties (the ability to both measure and change voltage or current).
Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the invention
Техническая задача, положенная в основу настоящего изобретения, заключается в расширении арсенала технический средств, предназначенных для визуализации работы электрической цепи.The technical problem underlying the present invention is to expand the arsenal of technical tools designed to visualize the operation of an electrical circuit.
Технический результат, достигаемый настоящим изобретением, заключается в обеспечении возможности визуализации работы электрической цепи, составленной из макетов, изображающих электронные компоненты указанной электрической цепи и расположенных на едином основании.The technical result achieved by the present invention is to provide the ability to visualize the operation of an electrical circuit composed of models depicting the electronic components of the specified electrical circuit and located on a single base.
Дополнительный технический результат - увеличения количества вариантов соединения макетов электронных компонентов, входящих в состав визуализируемой электрической цепи.An additional technical result is an increase in the number of options for connecting models of electronic components that are part of the visualized electrical circuit.
Указанный технический результат достигается заявленным способом визуализации работы электрической цепи. Заявленный способ предназначен для выполнения с использованием макетов электронных компонентов, связанных с вычислительным модулем. Каждый такой макет на каждом своем участке, который соответствует контакту изображаемого электронного компонента, имеет группу электрических контактов, каждая из которых имеет по меньшей мере два электрических контакта, представленных контактами первого или второго рода. По меньшей мере часть групп электрических контактов имеет по меньшей мере один контакт первого рода и по меньшей мере один контакт второго рода. Заявленный способ визуализации работы электрической цепи включает следующие шаги:The specified technical result is achieved by the claimed method of visualizing the operation of an electrical circuit. The claimed method is intended to be performed using prototypes of electronic components associated with a computing module. Each such layout in each of its sections, which corresponds to the contact of the depicted electronic component, has a group of electrical contacts, each of which has at least two electrical contacts, represented by contacts of the first or second kind. At least part of the groups of electrical contacts has at least one contact of the first kind and at least one contact of the second kind. The claimed method for visualizing the operation of an electrical circuit includes the following steps:
- установление по меньшей мере одного электрического соединения между макетами электронных компонентов с использованием соединительных элементов, причем каждое упомянутое электрическое соединение устанавливается между одним контактом первого рода одного из макетов электронных компонентов и одним контактом второго рода другого макета электронного компонента;- establishing at least one electrical connection between the electronic component layouts using connecting elements, wherein each said electrical connection is established between one first type contact of one of the electronic component layouts and one second type contact of another electronic component layout;
- определение наличия установленного электрического соединения с использованием вычислительного модуля и связанной с ним периферической схемы;- determining the presence of an established electrical connection using the computing module and associated peripheral circuitry;
- определение с использованием вычислительного модуля физических величин на участках визуализируемой электрической цепи, состоящей из электронных компонентов, макеты которых соединены, при этом соединения между макетами, изображающими электронные компоненты, соответствуют соединениям этих электронных компонентов в визуализируемой электрической цепи;- determination, using a computing module, of physical quantities in sections of a visualized electrical circuit consisting of electronic components, the layouts of which are connected, and the connections between the layouts depicting the electronic components correspond to the connections of these electronic components in the visualized electrical circuit;
- воспроизведение с использованием вычислительного модуля пользователю результатов определения физических величин на участках визуализируемой электрической цепи.- reproduction, using a computing module, to the user of the results of determining physical quantities in sections of the visualized electrical circuit.
Дополнительные преимущества и существенные признаки настоящего изобретения могут быть представлены в следующих частных вариантах осуществления.Additional advantages and essential features of the present invention can be presented in the following particular embodiments.
В частности, макет изображаемого электронного компонента является участком диэлектрической пластины, содержащим по меньшей мере две группы электрических контактов и условное обозначение такого электронного компонента, или отдельным трехмерным изделием, содержащим по меньшей мере две группы электрических контактов и условное обозначение такого электронного компонента.In particular, the layout of the depicted electronic component is a section of a dielectric plate containing at least two groups of electrical contacts and a symbol for such an electronic component, or a separate three-dimensional product containing at least two groups of electrical contacts and a symbol for such an electronic component.
В частности, контакт первого рода является контактом, на котором изменяют напряжение или ток.In particular, a contact of the first kind is a contact at which voltage or current is changed.
В частности, контакт второго рода является контактом, на котором измеряют напряжение или ток.In particular, a contact of the second type is a contact at which voltage or current is measured.
В частности, определение наличия соединения между макетами электронных компонентов осуществляют путем изменения напряжения или тока на контактах первого рода упомянутых макетов и измерения напряжения или тока на контактах второго рода упомянутых макетов.In particular, determining the presence of a connection between the layouts of electronic components is carried out by changing the voltage or current on the contacts of the first kind of the mentioned layouts and measuring the voltage or current on the contacts of the second type of the mentioned layouts.
В частности, каждый соединительный элемент или каждый контакт первого рода или каждый контакт второго рода снабжен выпрямительным элементом.In particular, each connecting element or each contact of the first type or each contact of the second type is provided with a rectifying element.
В частности, в способе определяют физические величины на участках визуализируемой электрической цепи путем компьютерного моделирования на вычислительном модуле.In particular, in the method, physical quantities are determined in sections of the visualized electrical circuit by computer modeling on a computing module.
В частности, в визуализируемой электрической цепи определяют физические величины, выбранные из группы, включающей по меньшей мере уровень электрического потенциала, силу тока, заряд конденсатора, состояние переходов в полупроводниковых приборах.In particular, in the visualized electrical circuit, physical quantities selected from the group including at least the level of electrical potential, current strength, capacitor charge, and state of transitions in semiconductor devices are determined.
В частности, воспроизведение пользователю результатов определения физических величин осуществляют с использованием мультимедийного устройства, на экране которого отображают визуализируемую электрическую цепь и значения физических величин на участках указанной цепи.In particular, the results of determining physical quantities are reproduced to the user using a multimedia device, the screen of which displays a visualized electrical circuit and the values of physical quantities in sections of the specified circuit.
В частности, воспроизведение пользователю результатов определения физических величин осуществляют с использованием вычислительного модуля путем управления индикаторными, электросветовыми, электрозвуковыми, электромеханическими и иными устройствами, являющимися частью макетов электронных компонентов.In particular, the results of determining physical quantities are reproduced to the user using a computing module by controlling indicator, electric light, electrosound, electromechanical and other devices that are part of the layouts of electronic components.
В частности, по меньшей мере один макет снабжен датчиком и определение физических величин на участках визуализируемой электрической цепи производят с учетом показаний такого датчикаIn particular, at least one model is equipped with a sensor and the determination of physical quantities in sections of the visualized electrical circuit is carried out taking into account the readings of such a sensor
В частности, для электронных компонентов визуализируемой электрической цепи задают состояние и/или свойства, которые используют при определении физических величин на участках визуализируемой электрической цепи.In particular, for the electronic components of the visualized electrical circuit, the state and/or properties are specified, which are used in determining physical quantities in sections of the visualized electrical circuit.
Указанный технический результат также достигается системой визуализации работы электрической цепи. Система визуализации работы электрической цепи состоит из макетов электронных компонентов, связанных с вычислительным модулем через связанную с ним периферическую схему. Причем каждый упомянутый макет на каждом своем участке, который соответствует контакту изображаемого электронного компонента, имеет группу электрических контактов, каждая из которых имеет по меньшей мере два электрических контакта, представленных контактами первого или второго рода. Причем по меньшей мере часть групп электрических контактов имеет по меньшей мере один контакт первого рода и по меньшей мере один контакт второго рода. Причем вычислительный модуль способен определять наличие электрических соединений между макетами электронных компонентов, определять физические величины на участках визуализируемой электрической цепи, состоящей из электронных компонентов, макеты которых соединены, и воспроизводить пользователю результаты определения физических величин на участках упомянутой электрической цепи.The specified technical result is also achieved by a system for visualizing the operation of an electrical circuit. The system for visualizing the operation of an electrical circuit consists of mock-ups of electronic components connected to the computing module through an associated peripheral circuit. Moreover, each mentioned layout in each of its sections, which corresponds to the contact of the depicted electronic component, has a group of electrical contacts, each of which has at least two electrical contacts, represented by contacts of the first or second kind. Moreover, at least part of the groups of electrical contacts has at least one contact of the first kind and at least one contact of the second kind. Moreover, the computing module is capable of determining the presence of electrical connections between layouts of electronic components, determining physical quantities in sections of a visualized electrical circuit consisting of electronic components, the layouts of which are connected, and reproducing to the user the results of determining physical quantities in sections of the said electrical circuit.
Дополнительные преимущества и существенные признаки настоящего изобретения могут быть представлены в следующих частных вариантах осуществления.Additional advantages and essential features of the present invention can be presented in the following particular embodiments.
В частности, периферическая схема включает в себя передающую часть, которая способна устанавливать напряжение или силу тока на контактах первого рода и представляет собой электронный блок, образованный электрическими линиями, к каждой из которых подключен переключатель, который переключает указанную линию между двумя полюсами источника питания, при этом каждый контакт первого рода соединен через резисторы с по меньшей мере двумя указанными линиями.In particular, the peripheral circuit includes a transmission part that is capable of setting voltage or current on contacts of the first kind and is an electronic unit formed by electrical lines, each of which is connected to a switch that switches said line between two poles of the power supply, when In this case, each contact of the first kind is connected through resistors to at least two specified lines.
В частности, периферическая схема включает в себя принимающую часть, которая способна измерять силу тока на контактах второго рода и представляет собой электронный блок, образованный электрическими линиями, к каждой из которых подключена схема на основе операционного усилителя, поддерживающая постоянное напряжение на указанных линиях и определяющая силу идущего по ним тока, при этом каждый контакт второго рода соединен через резисторы с по меньшей мере двумя указанными линиями.In particular, the peripheral circuit includes a receiving part that is capable of measuring the current on the contacts of the second type and is an electronic unit formed by electrical lines, each of which is connected to an operational amplifier circuit that maintains a constant voltage on these lines and determines the force current flowing through them, with each contact of the second type connected through resistors to at least two specified lines.
В частности, периферическая схема включает в себя часть взаимодействия с установленными на макетах, изображающих электронные компоненты, радиоэлектронными устройствами.In particular, the peripheral circuit includes part of the interaction with radio-electronic devices installed on breadboards depicting electronic components.
В частности, вычислительный модуль способен определять физические величины на участках визуализируемой электрической цепи путем удаленных запросов к другим вычислительным модулям.In particular, the computing module is capable of determining physical quantities in sections of the visualized electrical circuit through remote queries to other computing modules.
Краткое описание чертежейBrief description of drawings
Настоящее изобретение поясняется с ссылками на следующие фигуры:The present invention is illustrated with reference to the following figures:
ФИГ. 1 иллюстрирует функциональную схему визуализации работы электрической цепи;FIG. 1 illustrates a functional diagram for visualizing the operation of an electrical circuit;
ФИГ.2 иллюстрирует блок-схему способа визуализации работы электрической цепи;FIG. 2 illustrates a flow diagram of a method for visualizing the operation of an electrical circuit;
ФИГ.3 иллюстрирует схематическое изображение системы визуализации работы электрической цепи;FIG. 3 illustrates a schematic representation of a system for visualizing the operation of an electrical circuit;
ФИГ.4 иллюстрирует принимающую часть периферической схемы;FIG. 4 illustrates the receiving portion of the peripheral circuit;
ФИГ.5 иллюстрирует передающую часть периферической схемы.FIG. 5 illustrates the transmission portion of the peripheral circuit.
Описание вариантов осуществления изобретенияDescription of Embodiments of the Invention
В соответствии с ФИГ.1, макеты 101 электронных компонентов электрически связаны с вычислительным модулем 102. Каждый макет 101 содержит по меньшей мере две группы 102 контактов. Группы 102 предназначены для электрического соединения макетов 101 и размещены на макетах 101 в тех же позициях, где соединительные контакты размещены у реальных электронных компонентов, которые изображаются макетами 101. Количество групп 102 на макете 101 зависит от конструкции реального электронного компонента, изображенного макетом 101. В частности, если макет 101 изображает резистор, то макет выполнен с двумя группами 102 контактов. В частности, если макет 101 изображает транзистор, то макет 101 выполнен с тремя группами 102 контактов. Referring to FIG. 1, electronic component layouts 101 are electrically coupled to computing module 102. Each layout 101 includes at least two groups of contacts 102. The groups 102 are intended for electrical connection of the breadboards 101 and are placed on the breadboards 101 in the same positions where the connecting contacts are placed on the actual electronic components that are represented by the breadboards 101. The number of groups 102 on the breadboard 101 depends on the design of the actual electronic component represented by the breadboard 101. B In particular, if the layout 101 represents a resistor, then the layout is made with two groups of contacts 102. In particular, if the layout 101 depicts a transistor, then the layout 101 is configured with three groups of contacts 102.
Каждая группа 102 содержит по меньшей мере один контакт первого рода 103 и по меньшей мере один контакт второго рода 104. По существу, контакты 103 и контакты 104 являются электропроводящими контактами с различающейся функцией и, в частности, с различающимся конструктивным выполнением. В частности, контакт первого рода 103 является контактом, на котором при осуществлении действий заявленного способа изменяют напряжение или ток. В частности, контакт второго рода 104 является контактом, на котором при осуществлении действий заявленного способа измеряют напряжение или ток. Each group 102 contains at least one contact of the first kind 103 and at least one contact of the second kind 104. Essentially, the contacts 103 and contacts 104 are electrically conductive contacts with a different function and, in particular, with a different design. In particular, the first type contact 103 is a contact at which the voltage or current is changed when performing the actions of the claimed method. In particular, the contact of the second type 104 is a contact at which, when carrying out the actions of the claimed method, the voltage or current is measured.
Различающееся конструктивное выполнение контактов 103 и 104 имеет целью ограничить пользователя при составлении электрической цепи на основе макетов электронных компонентов так, чтобы он не мог соединить однородные контакты, например, соединить между собой два контакта первого рода 103 или соединить между собой два контакта второго рода 104. Составление упомянутой электрической цепи включает в себя действия пользователя по физическому соединению контактов 103 и 104 соединительными элементами, являющимися электропроводящими элементами. В частности, соединительный элемент 105 является электрическим проводом. The different design of contacts 103 and 104 is intended to limit the user when constructing an electrical circuit based on electronic component layouts so that he cannot connect homogeneous contacts, for example, connect two contacts of the first type 103 or connect two contacts of the second type 104. Constructing said electrical circuit involves the user physically connecting the contacts 103 and 104 with connecting elements that are electrically conductive elements. Specifically, the connecting member 105 is an electrical wire.
В частности, каждый контакт 103 может иметь конструктивное выполнение, представляющее собой отверстие, а каждый контакт 104 может иметь конструктивное выполнение, представляющее собой штырь, комплиментарный упомянутому отверстию. При этом возможна противоположная реализация, в которой каждый контакт 103 имеет конструктивное выполнение, представляющее собой штырь, а каждый контакт 104 имеет конструктивное выполнение, представляющее собой отверстие. Для упомянутых выше частных вариантов предусмотрено конструктивное выполнение соединительного элемента с оконечными частями, одна из которых выполнена в виде отверстия, а другая оконечная часть выполнена в виде штыря, комплиментарного такому отверстию. Такой частный вариант осуществления предполагает составление электрический цепи путем физического соединения разнородных контактов 103 и 104, при этом каждое соединение фиксируется механически за счет силы трения, возникающей при касании штырем внутренних поверхностей отверстия.In particular, each contact 103 may have a hole configuration, and each contact 104 may have a pin configuration complementary to the hole. In this case, the opposite implementation is possible, in which each contact 103 has a pin design, and each contact 104 has a hole design. For the above-mentioned particular variants, a structural design of the connecting element is provided with end parts, one of which is made in the form of a hole, and the other end part is made in the form of a pin, complementary to such a hole. This particular embodiment involves constructing an electrical circuit by physically connecting dissimilar contacts 103 and 104, with each connection being fixed mechanically due to the frictional force generated when the pin touches the internal surfaces of the hole.
В частности, каждый контакт 103 может иметь фигурную форму, не совпадающую с фигурной формой контакта 104. Для упомянутых выше частных вариантов предусмотрено конструктивное выполнение соединительного элемента с оконечными частями, одна из которых имеет фигурную форму, совпадающую с фигурной формой контакта 103, а другая оконечная часть имеет фигурную форму, совпадающую с фигурной формой контакта 104.In particular, each contact 103 may have a shaped shape that does not coincide with the shaped shape of the contact 104. For the above-mentioned particular variants, a structural design of a connecting element with end parts is provided, one of which has a shaped shape that matches the shaped shape of the contact 103, and the other is terminal the part has a shaped shape that matches the shaped shape of contact 104.
В частности, вне зависимости от конструктивного выполнения контактов 103 и 104, и оконечных частей соединительного элемента, контакты 103 и 104, и оконечные части соединительных элементов снабжены магнитными элементами. Такой вариант осуществления обеспечивает фиксирование соединений между контактами 103 и 104, и оконечными частями соединительных элементов за счет магнетизма.In particular, regardless of the design of the contacts 103 and 104, and the terminal portions of the connecting element, the contacts 103 and 104, and the terminal portions of the connecting elements are provided with magnetic elements. This embodiment ensures that the connections between the contacts 103 and 104 and the terminal portions of the connecting members are secured by magnetism.
Во всех описанных выше частных вариантах осуществления выполнение контактов 103 и 104, и оконечных частей соединительных элементов не позволяет пользователю соединить между собой однородные контакты при помощи соединительного элемента.In all of the above-described particular embodiments, the implementation of the contacts 103 and 104, and the end portions of the connecting elements does not allow the user to connect homogeneous contacts together using the connecting element.
Наиболее простой в осуществлении является реализация, в которой каждая группа 102 содержит один контакт первого рода 103 и один контакт второго рода 104. Чаще всего, этого достаточно для того, чтобы дать возможность пользователю соединить между собой два или три макета электронных компонентов соединительными элементами.The simplest implementation is in which each group 102 contains one contact of the first type 103 and one contact of the second type 104. Most often, this is sufficient to allow the user to connect two or three layouts of electronic components with connecting elements.
Контакты первого рода 103 и контакты второго рода 104 электрически связаны с вычислительным модулем 106 при помощи периферической схемы 107.The first type contacts 103 and the second type contacts 104 are electrically coupled to the computing module 106 using a peripheral circuit 107.
Периферическая схема 107 включает в себя передающую часть 108, принимающую часть 109 и часть взаимодействия 110 с установленными на макетах радиоэлектронными устройствами.The peripheral circuit 107 includes a transmitting part 108, a receiving part 109 and a part of interaction 110 with radio-electronic devices installed on the prototypes.
Вычислительный модуль может подключаться к мультимедийному устройству 111, позволяющему отображать на экране информацию о визуализируемой электрической цепи.The computing module may be connected to a multimedia device 111 that allows information about the visualized electrical circuit to be displayed on a screen.
В соответствии с ФИГ.2, способ визуализации работы электрической цепи включает в себя следующие шаги.Referring to FIG. 2, a method for visualizing the operation of an electrical circuit includes the following steps.
На шаге 201 осуществляют установление по меньшей мере одного электрического соединения между макетами 101 электронных компонентов с использованием соединительных элементов, причем каждое упомянутое электрическое соединение устанавливается между одним контактом первого рода 103 одного из макетов 101 электронных компонентов и одним контактом второго рода 104 другого макета 101 электронного компонента.At step 201, at least one electrical connection is established between the electronic component layouts 101 using connecting elements, each said electrical connection being established between one first type contact 103 of one of the electronic component layouts 101 and one second type contact 104 of the other electronic component layout 101 .
В частности, макет 101 изображаемого электронного компонента может являться участком диэлектрической пластины, содержащим по меньшей мере две группы электрических контактов и условное обозначение такого электронного компонента. В частности, диэлектрическая пластина может являться одной общей пластиной для всех макетов 101. В частности, диэлектрических пластин может быть несколько, и каждая из них может являться общей пластиной по меньшей мере для двух макетов 101 либо одной пластине может соответствовать только один макет 101. В частности, макет 101 изображаемого электронного компонента может являться отдельным трехмерным изделием, содержащим по меньшей мере две группы электрических контактов и условное обозначение такого электронного компонента. In particular, the layout 101 of the depicted electronic component may be a section of a dielectric plate containing at least two groups of electrical contacts and a symbol for such an electronic component. In particular, the dielectric plate can be one common plate for all layouts 101. In particular, there can be several dielectric plates, and each of them can be a common plate for at least two layouts 101, or only one layout 101 can correspond to one plate. In particular, the layout 101 of the depicted electronic component may be a separate three-dimensional product containing at least two groups of electrical contacts and a symbol for such an electronic component.
В частности, визуализируемая электрическая цепь может быть составлена из двух макетов 101 электронных компонентов с установлением одного электрического соединения между ними. Такое электрическое соединение обеспечено физическим подключением одного контакта первого рода 103 одного из макетов 101 электронного компонента к одному контакту второго рода 104 другого макета 101 электронного компонента. Для установления одного соединения используется один соединительный элемент. Для фиксации оконечных частей соединительного элемента в сегменте макета 101, снабженного контактами 103 и 104 может быть использовано конструктивное выполнение упомянутых контактов. В частности, конструктивное выполнение макетов 101 может характеризоваться использованием магнитов или штырей и комплиментарных им отверстий, но не ограничиваться лишь этими частными вариантами осуществления.In particular, the visualized electrical circuit can be composed of two electronic component layouts 101 with one electrical connection between them. This electrical connection is provided by physically connecting one first type contact 103 of one of the electronic component layouts 101 to one second type contact 104 of the other electronic component layout 101. One connecting element is used to establish one connection. To fix the end parts of the connecting element in the segment of the layout 101, equipped with contacts 103 and 104, the design of the mentioned contacts can be used. In particular, the design of the layouts 101 may be characterized by the use of magnets or pins and their complementary holes, but is not limited to these particular embodiments.
В частности, визуализируемая электрическая цепь может быть составлена из большего количества макетов 101: трех, четырех и более, без каких-либо ограничений. В таком случае макет 101 оказывается электрически соединен по меньшей мере с одним из других макетов 101. Как было отмечено выше, одному электрическому соединению соответствует один соединительный элемент.In particular, the visualized electrical circuit can be composed of more layouts 101: three, four or more, without any restrictions. In such a case, the layout 101 is electrically connected to at least one of the other layouts 101. As noted above, one electrical connection corresponds to one connecting element.
При осуществлении способа на контактах первого рода 103 изменяют напряжение или ток. На контактах второго рода 104 измеряют напряжение или ток.When implementing the method, the voltage or current is changed on the contacts of the first kind 103. Voltage or current is measured at the second type contacts 104.
На шаге 202 осуществляют определение наличия установленного электрического соединения с использованием вычислительного модуля.At step 202, a determination is made of the presence of an established electrical connection using the computing module.
Вычислительный модуль 106 представляет собой микроконтроллер или иное вычислительное устройство. Вычислительный модуль имеет долговременную память, в которой сохранены программные инструкции для взаимодействия с макетами 101 и определения параметров визуализируемой электрической цепи, а также оперативную память для загрузки упомянутых программных инструкций, временной записи служебных данных, полученных при взаимодействии с макетами 101 и определении параметров визуализируемой электрической цепи , и процессор, способный исполнять упомянутые инструкции и обрабатывать упомянутые служебные данные. В частности, упомянутые инструкции отражают алгоритмы определения наличия установленного электрического соединения между макетами 101. В частности, упомянутые инструкции отражают алгоритмы определения физических величин на участках визуализируемой электрической цепи. В частности, вычислительный модуль 106 подключен к мультимедийному устройству, позволяющему воспроизводить пользователю результаты определения физических величин на участках упомянутой электрической цепи. Вычислительный модуль электрически связан с контактами 103 и 104 посредством периферической схемы 107. Определение наличия установленного электрического соединения включает в себя последовательное изменение напряжения или тока на контактах первого рода 103 и одновременного измерения напряжения или тока на контактах второго рода 104. Если при изменении напряжения или тока на одном из контактов первого рода 103 происходит изменение напряжения или тока на одном из контактов второго рода 104 то принимается решения о том, что такие контакты соединены. В частности, каждый соединительный элемент может быть снабжен выпрямительным элементов. В частности, каждый контакт первого рода 103 может быть снабжен выпрямительным элементом. В частности, каждый контакт второго рода может быть снабжен выпрямительным элементом. В качестве такого выпрямительного элемента может быть использован выпрямительный диод. Указанный выпрямительный элемент может использоваться для отсечения паразитных токов.Computing module 106 is a microcontroller or other computing device. The computing module has a long-term memory in which software instructions are stored for interacting with the layouts 101 and determining the parameters of the visualized electrical circuit, as well as RAM for loading the mentioned program instructions, temporary recording of service data obtained when interacting with the layouts 101 and determining the parameters of the visualized electrical circuit , and a processor capable of executing said instructions and processing said overhead data. In particular, said instructions reflect algorithms for determining the presence of an established electrical connection between layouts 101. In particular, said instructions reflect algorithms for determining physical quantities in sections of a visualized electrical circuit. In particular, the computing module 106 is connected to a multimedia device that allows the user to reproduce the results of determining physical quantities in sections of the said electrical circuit. The computing module is electrically coupled to pins 103 and 104 via a peripheral circuit 107. Determining the presence of an established electrical connection involves sequentially changing the voltage or current at the first type of contacts 103 and simultaneously measuring the voltage or current at the second type of contacts 104. If the voltage or current changes On one of the contacts of the first kind 103, a change in voltage or current occurs on one of the contacts of the second kind 104, then a decision is made that such contacts are connected. In particular, each connecting element can be provided with rectifying elements. In particular, each first-type contact 103 may be provided with a rectifier element. In particular, each contact of the second type can be equipped with a rectifying element. A rectifying diode can be used as such a rectifying element. The specified rectifier element can be used to cut off parasitic currents.
На шаге 203 осуществляют определение с использованием вычислительного модуля 106 физических величин на участках визуализируемой электрической цепи, состоящей из электронных компонентов, макеты которых соединены. При этом соединения между макетами 101, изображающими электронные компоненты, соответствуют соединениям этих электронных компонентов в визуализируемой электрической цепи.At step 203, a determination is made using the computing module 106 of physical quantities in sections of the visualized electrical circuit, consisting of electronic components, the layouts of which are connected. In this case, the connections between the layouts 101 representing electronic components correspond to the connections of these electronic components in the visualized electrical circuit.
В частности, определение физических величин на участках визуализируемой электрической цепи может осуществляться путем компьютерного моделирования на вычислительном модуле 106. В частности, определение физических величин на участках визуализируемой электрической цепи может осуществляться путем компьютерного моделирования на другом вычислительном модуле, при этом передаваться на вычислительный модуль 106. In particular, the determination of physical quantities in sections of the visualized electrical circuit can be carried out by computer modeling on the computing module 106. In particular, the determination of physical quantities in sections of the visualized electrical circuit can be carried out by computer modeling on another computing module, and transmitted to the computing module 106.
В частности, определение физических величин может включать в себя определение величин, выбранных из группы, включающей уровень электрического потенциала, силу тока, заряд конденсатора, состояние переходов в полупроводниковых приборах, однако не ограничивается лишь этими примерами физических величин.In particular, the determination of physical quantities may include the determination of quantities selected from the group including electrical potential level, current strength, capacitor charge, state of transitions in semiconductor devices, but is not limited to these examples of physical quantities.
На шаге 204 осуществляют воспроизведение с использованием вычислительного модуля пользователю результатов определения физических величин на участках визуализируемой электрической цепи.At step 204, the results of determining physical quantities in sections of the visualized electrical circuit are reproduced to the user using the computing module.
В частности, воспроизведение пользователю результатов определения физических величин осуществляют с использованием мультимедийного устройства, на экране которого отображают визуализируемую электрическую цепь и значения физических величин на участках указанной цепи. В частности, воспроизведение пользователю результатов определения физических величин осуществляют с использованием вычислительного модуля 106 и периферической схемы 107 путем управления индикаторными, электросветовыми, электрозвуковыми, электромеханическими и иными устройствами, являющимися частью макетов электронных компонентов. В частности, в случае если по меньшей мере один макет снабжен датчиком, и определение физических величин на участках визуализируемой электрической цепи производят с учетом показаний такого датчика. Показания датчика также могут быть визуализированы для пользователя. В частности, для электронных компонентов визуализируемой электрической цепи могут быть заданы исходные состояния и/или свойства, которые используют при определении физических величин на участках визуализируемой электрической цепи. Установленные на макетах 101 устройства могут быть представлены светодиодами, датчиками, механическими приборами, которые срабатывают при управлении визуализируемой электрической цепью, но не ограничиваются лишь этими примерами устройств.In particular, the results of determining physical quantities are reproduced to the user using a multimedia device, the screen of which displays a visualized electrical circuit and the values of physical quantities in sections of the specified circuit. In particular, the results of determining physical quantities are reproduced to the user using the computing module 106 and the peripheral circuit 107 by controlling indicator, electric light, electrosound, electromechanical and other devices that are part of the electronic component layouts. In particular, if at least one layout is equipped with a sensor, and the determination of physical quantities in sections of the visualized electrical circuit is carried out taking into account the readings of such a sensor. The sensor readings can also be visualized to the user. In particular, for the electronic components of the visualized electrical circuit, initial states and/or properties can be specified, which are used to determine physical quantities in sections of the visualized electrical circuit. The devices installed on the prototypes 101 can be represented by LEDs, sensors, mechanical devices that are triggered when controlling the visualized electrical circuit, but are not limited to these examples of devices.
В соответствии с ФИГ.3, система визуализации работы электрической цепи состоит их макетов 101 электронных компонентов, размещенных на одной или нескольких диэлектрических пластинах, образующих диэлектрическое основание 301 для макетов 101. Каждый макет 101 снабжен по меньшей мере двумя группами 102 контактов. Группы 102 контактов размещены на участках макетов 101, которые соответствуют расположению контактов у реальных электронных компонентов. Каждая группа 102 контактов включает по меньшей мере один контакт первого рода 103 и по меньшей мере один контакт второго рода 104. В частности, макеты 101, изображающие резисторы 302, конденсаторы 303, катушку индуктивности 304 и диоды 305 имеют по две группы контактов, каждая из которых содержит по два контакта первого рода 103 и по два контакта второго рода 104. В частности, макет, изображающий транзистор 306 имеет три группы контактов 102, каждая из которых содержит по два контакта первого рода 103 и по два контакта второго рода 104. Помимо этого, система визуализации работы электрической цепи снабжена макетом 101, изображающим источник питания 307. Такой макет имеет две группы контактов 102, каждая из которых состоит из множества контактов первого рода 103 и множества контактов второго рода 104.Referring to FIG. 3, the electrical circuit visualization system consists of electronic component layouts 101 placed on one or more dielectric plates forming a dielectric base 301 for the layouts 101. Each layout 101 is provided with at least two sets of contacts 102. Groups of contacts 102 are placed on areas of the layouts 101 that correspond to the arrangement of contacts on real electronic components. Each group of contacts 102 includes at least one contact of the first type 103 and at least one contact of the second type 104. In particular, the layouts 101 representing resistors 302, capacitors 303, inductor 304 and diodes 305 have two groups of contacts, each of which contains two contacts of the first kind 103 and two contacts of the second kind 104. In particular, the layout depicting the transistor 306 has three groups of contacts 102, each of which contains two contacts of the first kind 103 and two contacts of the second kind 104. In addition, , the system for visualizing the operation of an electrical circuit is equipped with a layout 101 depicting a power source 307. This layout has two groups of contacts 102, each of which consists of a plurality of contacts of the first kind 103 and a plurality of contacts of the second kind 104.
Контакты 103 и 104 электрически связаны с вычислительным модулем 106. В частности, контакты 103 и 104 связаны с вычислительным модулем 106 посредством периферической схемы 107. Contacts 103 and 104 are electrically coupled to compute module 106. Specifically, contacts 103 and 104 are coupled to compute module 106 via peripheral circuitry 107.
Вычислительный модуль 106 может быть связан с другими вычислительными модулями, на которых частично или полностью выполняется моделирование электрических цепей.Compute module 106 may be coupled to other compute modules on which some or all of the electrical circuit simulation is performed.
Периферическая схема 107 состоит из передающей части 108, принимающей части 109 и части взаимодействия 110 с установленными на макетах 101 устройствах. Передающая часть 108 выполнена таким образом, чтобы иметь возможность устанавливать напряжение или силу тока на контактах первого рода 103. Принимающая часть 109 выполнена таким образом, чтобы иметь возможность измерять напряжение или силу тока на контактах второго рода 104. The peripheral circuit 107 consists of a transmitting part 108, a receiving part 109 and a part of interaction 110 with devices installed on the prototypes 101. The transmitting part 108 is designed in such a way as to be able to set the voltage or current on the contacts of the first type 103. The receiving part 109 is designed in such a way as to be able to measure the voltage or current on the contacts of the second type 104.
В соответствии с ФИГ.4, передающая часть 108 представляет собой электрический блок, образованный электрическими линиями 401, к каждой из которых подключен переключатель 402, который переключает линии 401 между двумя полюсами источника питания 403, при этом каждый контакт первого рода 103 соединен через резисторы 404 с по меньшей мере двумя указанными линиями 401. Переключатель 402 может представлять собой прибор, выбранный из следующей группы: механическое или полупроводниковое реле, транзисторный полумост, мультиплексор. Передающая часть 108 работает следующим образом. При подключении двух линий 401 к положительному полюсу источника питания 403 на контакте, подключенному к обеим этим линиям, напряжение становится равным напряжению на положительном полюсе источника питания 403 (Vcc), на всех остальных контактах первого рода 103 напряжение становится равным Vcc/2 или 0. In accordance with FIG. 4, the transmitting part 108 is an electrical unit formed by electrical lines 401, each of which is connected to a switch 402, which switches the lines 401 between two poles of the power source 403, with each contact of the first kind 103 connected through resistors 404 with at least two of these lines 401. The switch 402 may be a device selected from the following group: mechanical or solid-state relay, transistor half-bridge, multiplexer. The transmitting part 108 operates as follows. When two lines 401 are connected to the positive pole of the power supply 403 on the contact connected to both these lines, the voltage becomes equal to the voltage at the positive pole of the power supply 403 (Vcc), on all other contacts of the first kind 103 the voltage becomes equal to Vcc/2 or 0.
В соответствии с ФИГ.5, принимающая часть 109 представляет собой электрический блок, образованный электрическими линиями 501, к каждой из которых подключена схема на основе операционного усилителя 502, поддерживающая постоянное напряжение на линиях 501 и определяющая силу идущего по ним тока. При этом каждый контакт второго рода 104 соединен через резисторы 503 с по меньшей мере двумя указанными линиями 501. Принимающая часть работает следующим образом. На всех линиях операционными усилителями поддерживается напряжение Vcc/2. При подключении к одному из контактов второго рода контакта первого рода, на котором установлено напряжение равное Vcc, две линии, подключенные к указанному контакту второго рода, оказываются подключенными к более высокому напряжению, поэтому на выходах операционных усилителей напряжение снижается.In accordance with FIG. 5, the receiving portion 109 is an electrical unit formed by electrical lines 501, each of which is connected to an operational amplifier circuit 502 that maintains a constant voltage on the lines 501 and determines the strength of the current flowing through them. In this case, each contact of the second kind 104 is connected through resistors 503 to at least two of the specified lines 501. The receiving part operates as follows. On all lines, the operational amplifiers maintain the voltage Vcc/2. When connecting to one of the contacts of the second kind a contact of the first kind, on which the voltage is set equal to Vcc, the two lines connected to the specified contact of the second kind are connected to a higher voltage, therefore the voltage at the outputs of the operational amplifiers decreases.
Таким образом, иллюстрируется техническая возможность визуализации работы электрической цепи.Thus, the technical possibility of visualizing the operation of an electrical circuit is illustrated.
При этом стоит отметить, что представленное выше описание приведено в качестве примера, и не должно быть истолковано как ограничивающее объем охраны настоящего изобретения, определяемым исключительно объемом приложенной формулы изобретения.It is worth noting, however, that the above description is given by way of example and should not be construed as limiting the scope of protection of the present invention to be determined solely by the scope of the appended claims.
Несмотря на то, что описанные выше частные случаи осуществления приведены со ссылкой на конкретные шаги, выполняемые в определенном порядке, и программно-аппаратные средства, осуществляющие выполнение этих шагов, должно быть очевидно, что эти шаги, средства на практике могут быть дополнены какими-либо иными признаками, без отклонения от сущности настоящего изобретения.Although the particular implementation cases described above are given with reference to specific steps performed in a certain order, and the software and hardware that implement these steps, it should be obvious that these steps and tools in practice can be supplemented by any other features, without deviating from the essence of the present invention.
Claims (17)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2821430C1 true RU2821430C1 (en) | 2024-06-24 |
Family
ID=
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1228081B (en) * | 1965-05-07 | 1966-11-03 | Intertrading Corp Establishmen | Electronics kit |
| RU2715794C1 (en) * | 2019-07-25 | 2020-03-03 | Денис Александрович Давыдов | Electrical circuit simulation method, system for its implementation and a simulation component |
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1228081B (en) * | 1965-05-07 | 1966-11-03 | Intertrading Corp Establishmen | Electronics kit |
| RU2715794C1 (en) * | 2019-07-25 | 2020-03-03 | Денис Александрович Давыдов | Electrical circuit simulation method, system for its implementation and a simulation component |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN114556457B (en) | Circuit simulation method, system for implementing the method, and simulation component | |
| AU2001236325B2 (en) | Breadboard used for educational purposes | |
| US20060069837A1 (en) | Docking alignment sensor | |
| Zhabbor et al. | STAGES OF DESIGNING A TWO-CASCADE AMPLIFIER CIRCUIT IN THE “MULTISIM” PROGRAMM | |
| US20150248846A1 (en) | Construction kit for module type circuit elements | |
| AU2001236325A1 (en) | Breadboard used for educational purposes | |
| NL2024200B1 (en) | A method for debugging a printed circuit board. | |
| US20020107679A1 (en) | Virtual model generation via physical components | |
| RU2821430C1 (en) | Method of visualizing operation of electrical circuit and system for its implementation | |
| Williams | Microcontroller projects using the Basic Stamp | |
| US20170363678A1 (en) | Self-contained reconfigurable personal laboratory | |
| RU186799U1 (en) | ELECTRONIC DESIGNER | |
| CN106997710A (en) | A kind of building block type electronic experiment teaching aid | |
| JP2019531545A (en) | Breadboard and electronic equipment experiment system | |
| US3546793A (en) | Educational apparatus | |
| CN100523856C (en) | Electronic component simulated fixture and power supply abnormity detection method | |
| CN215575495U (en) | Wearable equipment mainboard test fixture | |
| KR101128400B1 (en) | Digital Electric Experiment Kit For Education | |
| KR100336420B1 (en) | Logic testing apparatus using breadboard | |
| RU174016U1 (en) | MODELING ELECTRICAL CIRCUIT INTELLIGENT GAME DEVICE | |
| CN201886673U (en) | Electronic control test device | |
| CN209217361U (en) | A kind of entity command programming module | |
| CN217563852U (en) | Modular singlechip development system | |
| US20230096858A1 (en) | Tile based logical teaching device | |
| CN113777533B (en) | Wiring test method and wiring test system |