Table Of Content

Gunnbjørn Flyum Dataassistert konstruksjon og produksjon Bokmål Universitetsforlaget © UNIVERSITETSFORLAGET AS 1995 ISBN 82-00-41644-5 Det må ikke kopieres fra denne boka i strid med ånds verkloven og fotografiloven eller i strid med avtaler om kopiering inngått med Kopinor, interesseorgan for rettig hetshavere til åndsverk. Godkjent av Nasjonalt læremiddelsenter april 1995 til bruk i den videregående skole. Spørsmål om denne boka kan rettes til: Universitetsforlaget Postboks 2959 Tøyen 0608 Oslo 6 Tegning: Flemming Jacobsen Omslag: Tor Berglie Trykk: PDC Printing Data Center as, Aurskog 1995 Forord Denne boka er beregnet for bruk på VK1 elektronikk. Den inne holder emner om dataassistert konstruksjon og produksjon som beskrevet i den generelle og den fagspesifikke delen av lærepla nen. Boka er skrevet etter intensjonene i læreplanene og dekker alle punktene for fagområdet. Boka er en naturlig videreføring av emnene som blir behandlet i grunnkursboka Elektromekanisk arbeid og apparatmontasje. Det er ikke nødvendig å ha gått igjennom grunnkursboka for å følge emnene i dataassistert konstruksjon og produksjon. Det kan like vel være en fordel å kjenne innholdet i grunnkursboka. Begge bøkene er prosjektorienterte. Boka er ment for elever som har kunnskap i digital og analog elektronikk som tilsvarer grunnkurs elektrofag. Ifølge læreplanen skal læringsprosessen bygge på det kjente og bruke det til å forstå nytt stoff. Boka begynner med å forklare oppbyggingen av en elektronisk konstruksjon på en slik måte at elever som har fulgt grunnkurset, kan forstå det. Kapittel 2 i boka beskriver forarbeidet til et prosjekt, som blir brukt som eksempel gjennom hele boka. Boka begynner med helheten - systemforståelse av faget - og blir mer detaljert etter hvert. På den måten kan elever og lærere selv bestemme hvor mye de vil gå i dybden av hvert enkelt emne. Arbeidsmåten er anbefalt i den generelle læreplanen. Etter hvert kapittel følger kontrollspørsmål som er direkte for bundet med teorien. Slik kan du kontrollere at du kan stoffet, eller du kan repetere det ved en senere anledning. Det kan være en fordel å bruke støttelitteratur når du arbeider med kontroll- spørsmålene, men det er ingen betingelse. Svar på spørsmålene finner du i boka. Etter hvert kapittel følger det også øvinger. Alle øvingene i boka er aktiviteter i ett og samme prosjekt - å konstruere et elektro nisk apparat ved bruk av dataassistert konstruksjon og produk sjon. Øvingene er lagt opp slik at elevene møter de fleste arbeidsoppgavene som en konstruktør møter når han bruker dataassistert konstruksjon og produksjon. Det er selvsagt mulig å lese kapitlene i en annen rekkefølge enn det vi har lagt opp til her. Ønsker du for eksempel mer detalj kunnskap om teknologi før du tar i bruk datamaskinen, er det lurt å begynne med å lese kapitlene bak i boka. Boka tar opp tverrfaglige aspekter ved flere emner. Felles mål for studieretningsfagene inngår som en naturlig del av lærestof fet. Det er en forutsetning at du har tilgang til tilleggslitteratur. For å utdype det som står i læreboka, er det nødvendig å bruke både håndbøker for maskin- og programvare og databøker for kompo nenter. Kvalitet og kvalitetssikring har fått en relativt bred plass i lærestoffet, og det kan være en fordel å ha støttelitteratur for det te fagområdet tilgjengelig. Boka tar ikke for seg et spesielt dataverktøy, men er utformet for å kunne brukes sammen med all vanlig moderne programvare. Den enkelte må selv velge løsninger og utstyr for å arbeide prak tisk med dataassistert konstruksjon og produksjon. Selv om boka primært er skrevet for videregående kurs i elektro nikk, kan den være nyttig for andre. Deler av boka bør også kun ne brukes ved teknisk fagskole. Surnadal 1995 Gunnbjørn Flyum Innhold Veiledning til boka 9 1 Introduksjon til elektroniske konstruksjoner 15 Innledning 16 Kretskortet 17 Komponentene 20 Simulering 21 Apparatet 23 Kontrollspørsmål 25 øvinger 26 2 Forarbeidet til et konstruksjonsarbeid 29 Innledning 30 Problemoversikt 31 Analyse av problemet 32 Kretsbeskrivelse 41 Brukergrensesnitt 42 Materialliste 43 Kontrollspørsmål 44 Øvinger 44 3 DAK/DAP 47 Innledning 48 Hva er programmerbare logiske kretser? 50 Dataassistert konstruksjon og produksjon - DAK/DAP 53 Problemdefinisjonen 53 Konstruksjonsprosessen 55 Produksjonsprosessen 57 Avhengighetsforhold mellom konstruksjon og produksjon 59 Kvalitetssikring 61 Kontrollspørsmål 61 Øvinger 63 4 Programvare og utstyr 67 Innledning 68 Klassifisering av verktøy 68 DAK-arbeidsplassen 70 Utstyr for brenning av programmerbare kretser 71 Standardformater og konstruksjonoverføring 74 Konstruksjonsteknologi 76 Kontrollspørsmål 76 Øvinger 78 5 Skjemategning og symboler 81 Innledning 82 Skjema 82 Symboler 85 Attributter 88 Hierarkiske skjema 89 Kontrollspørsmål 91 Øvinger 92 6 Utlegg av kretskort 95 Innledning 96 Kretskortprogrammene 97 Utforming av kretskort 100 Konstruksjonsregler 101 Praktisk konstruksjon 104 Kontrollspørsmål 108 Øvinger 110 7 Programmerbar logikk 113 Innledning 114 Beskrivelse av konstruksjonsmetoder 114 Valg av konstruksjonsmetode 116 Konkrete konstruksjonsmetoder 117 Gangen i en konstruksjon for programmerbar logikk 123 Arkitekturegenskaper 124 Kontrollspørsmål 126 Øvinger 127 8 Simulering 131 Innhold 132 Simulering av PUD-baserte konstruksjoner 133 Digital simulering 134 Analog simulering 136 Kontrollspørsmål 140 Øvinger 141 9 Arkitekturer for programmerbare logiske komponenter 143 Innledning 144 Sum-av-produkter 145 PROM, PLA og PAL 146 Kombinatoriske komponenter 147 Sekvensielle komponenter 149 Konfigurerbare komponenter 150 Komplekse komponenter 152 Andre arkitekturer 154 Alternative arkitekturer 155 Kontrollspørsmål 159 Øvinger 160 10 Tilfeldigheter og testbarhet 163 Innledning 164 Reduksjon av støy 164 Tilfeldige tilstander 167 Metastabilitet 168 Testbarhet 169 Kontrollspørsmål 170 Øvinger 171 11 Historie 173 Innledning 174 De første kommersielle komponentene 175 Programmeringsenheter 175 Brukerkonfigurerbare komponenter 176 PAL-komponenter 176 Programmeringsstandard 177 Nye komponenter og nye verktøy 178 Mer komplekse teknikker 178 Veien videre 180 Kontrollspørsmål 181 Øvinger 182 Ord og uttrykk 184 Tillegg 192 Stikkord 193 Veiledning til boka Dataassistert konstruksjon og produksjon - DAK/DAP - er nye fagområder for opplæringsinstitusjoner som arbeider med elekt ronikk. Den generelle utviklingen innenfor elektronikk og utvik lingen av datateknologien, med økt omfang av avansert pro gramvare, gir nye måter å konstruere og lage elektronikk på. Det får også følger for service og vedlikehold av elektronisk utstyr. Boka Dataassistert konstruksjon og produksjon dekker behovet for læremateriale på disse fagområdene, slik de beskrives i lære planene for videregående kurs i elektronikk i den videregående skolen. I de nye læreplanene som er kommet i forbindelse med Reform 94, inngår også programmerbare logiske kretser. Utviklingen av brukerprogrammerbare integrerte kretser har ført til en dramatisk endring, på samme måte som mikroprosessoren gjorde det for et par tiår siden. Bruk av slike komponenter inngår i lærestoffet. Læreplanene beskriver også felles mål for elektrofagene. Det er mål som det er vanskelig å konkretisere, men som naturlig kom mer inn med en helhetlig undervisningsform. Dataassistert konstruksjon og produksjon er laget med utgangs punkt i læreplanene og dekker de målene og hovedmomentene som læreplanene beskriver i forbindelse med DAK/DAP og pro grammerbare logiske kretser. Måten boka er organisert på, gjør at den dekker flere av fellesmålene for elektrofaget. Dersom læreren er uvant med å undervise etter en helhetlig undervisningsmodell, bør han eller hun lese boka fra perm til perm før undervisningen begynner. Boka beskriver skisser til et prosjekt i kapittel 2, og øvingsoppgavene utover i boka knytter seg til dette prosjektet. Hvert kapittel gjennomgår den teorien som er nødvendig for å kunne gjennomføre øvingene. Alle 9 øvingene utover i boka bygger på hverandre. Når alle øvingene er gjort, har klassen gått igjennom et prosjekt i praktisk arbeid i dataassistert konstruksjon og produksjon, slik det utøves i prak sis i industrien. Flere av øvingene forutsetter at elevene har tilgang til moderne datautstyr og programvare i DAK/DAP for elektronikk. Boka kan selvsagt gjennomgås uten slik programvare, men noe av læreeffekten vil da være borte. Boka er ikke noen lærebok i ett eller flere spesifikke programmer for DAK/DAP, men er skrevet uavhengig av programvare og beskriver prinsippene for bruk av dataassistert konstruksjon og produksjon. Lærestoffet og øvingene tar utgangspunkt i en helhetlig oversikt og beveger seg etter hvert mot mer teori og detaljkunnskap. Boka begynner med systemforståelse i de første kapitlene og ender med detaljbeskrivelser i de siste kapitlene. Selv om vi anbefaler at klassen følger boka fra perm til perm, er det ikke noe i veien for å lese hvert kapittel uavhengig av de andre. De som velger å bruke boka på denne måten, bør være klar over at de da kan miste en del av helhetsprinsippet for fag områdene som boka dekker, spesielt fellesmålene for elektrofa gene. Kapittel 1 - Introduksjon til elektroniske komponenter - gir en helhetlig beskrivelse av hva en elektronisk konstruksjon består av. Kapitlet forklarer hvordan et apparat er satt sammen både av elektroniske komponenter og kretskort og av en apparatkasse og andre komponenter. I konstruksjon og produksjon generelt og dataassistert konstruksjon og produksjon spesielt blir det vist hvordan de forskjellige delene påvirker hverandre både i kon struksjonsprosessen og produksjonsprosessen. Kapitlet gir den helhetlige systemforståelsen som er nødvendig i konstruksjon og produksjon. Kapittel 2 - Forarbeidet til et konstruksjonsarbeid - beskriver hvordan et apparat blir til. Konstruktørens tverrfaglige samar beid med andre blir belyst. Dette samarbeidet er nødvendig for å kunne lage elektronikkprodukter som er brukervennlige, og bru ke DAK/DAP. Når konstruktører begynner på en utviklingsjobb, er den alltid basert på en eller annen form for spesifikasjoner. Spesifikasjonene kan være detaljerte og lette å følge, men kan også bestå av noen få setninger som er skrevet ned på et papir. 10