RU2029381C1

RU2029381C1 - Electric circuit simulator

Info

Publication number: RU2029381C1
Authority: RU
Inventors: Николай Викторович Анисимов
Original assignee: Николай Викторович Анисимов
Priority date: 1991-07-08
Filing date: 1991-07-08
Publication date: 1995-02-20

Abstract

FIELD: test technique. SUBSTANCE: simulator has plotting board, jacks, detachable members, mimic plotting board, four information panels, control unit, mimic panel, counter, single-pulse generator, comparison unit, logical zero generator. EFFECT: improved design. 2 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к техническим средствам обучения, в частности к устройствам, предназначенным для выполнения лабораторных занятий по предметам электрорадиотехнического профиля. The invention relates to teaching aids, in particular to devices designed to perform laboratory studies in subjects of electro-radio engineering profile.

Известно устройство, содержащее блок-реле, табло-указатель места ошибок, штепсельный коммутатор, набор карт-заданий со схемами. Карта-задание с нанесенной на ее поверхности учебной схемой накладывается на штепсельный коммутатор. В прорези карты вставляются штыри, которые становятся контактами тех элементов схемы, которые предварительно набраны на лицевой панели устройства. После этого производят монтаж схемы. Видоизменить схему или их количество в данном устройстве невозможно, так как коммутатор жестко соединен на определенное количество схем (а.с. СССР N 316115, кл. G 09 B 9/00, 1971). A device is known that contains a block relay, a display board indicating the place of errors, a plug switch, a set of task cards with circuits. The task card with the training circuit printed on its surface is superimposed on the plug-in switch. Pins are inserted into the card slot, which become the contacts of those circuit elements that are previously dialed on the front panel of the device. After this, the circuit is mounted. It is impossible to modify the circuit or their number in this device, since the switch is rigidly connected to a certain number of circuits (AS USSR N 316115, class G 09 B 9/00, 1971).

Недостаток этого устройства - низкая эффективность обучения с ограниченными возможностями. The disadvantage of this device is the low efficiency of learning with disabilities.

Известен тренажер, содержащий генератор, распределитель импульсов, блок ввода ответных действий оператора, информационное табло и блок-задание. Тренажер представляет собой устройство, состоящее из двух коммутаторов, один из которых является заданием, а на втором выполняют задание. При выполнении задания необходимо проводом прошить соответствующее кольцо и осуществить припайку данного проводника. При этом будут загораться соответствующие светодиоды. Устройство предназначено для монтажа схем с применением паяльника, что не позволяет его использовать для выполнения лабораторных работ. При монтаже схем на данном тренажере тратится очень много времени, что резко снижает его дидактические возможности (а.с. СССР N 1015415, кл. G 09 B 9/00, 1983. A known simulator containing a generator, a pulse distributor, an input unit for the response of the operator, an information board and a block task. The simulator is a device consisting of two switches, one of which is a task, and on the second they perform a task. When completing the task, it is necessary to flash the corresponding ring with a wire and solder this conductor. The corresponding LEDs will light up. The device is intended for mounting circuits using a soldering iron, which does not allow it to be used for laboratory work. When installing circuits on this simulator, a lot of time is spent, which dramatically reduces its didactic capabilities (A.S. USSR N 1015415, class G 09 B 9/00, 1983.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство для имитации электрических схем, содержащее электрические соединительные проводники и съемные элементы, планшеты с расположенными в полюсах равномерной прямоугольной координатной сетки электрическими гнездами, из которых размещенные в двух крайних смежных рядах по сторонам прямоугольника соединены последовательно, соединенный с электрическими гнездами планшетов блок формирования управляющих сигналов, включающий узел генерации импульсов, узел сравнения и узел индикации. Closest to the proposed device is a device for simulating electrical circuits, containing electrical connecting conductors and removable elements, tablets with electrical sockets located at the poles of a uniform rectangular coordinate grid, of which placed in two extreme adjacent rows on the sides of the rectangle are connected in series, connected to electrical sockets tablets, a control signal generating unit including a pulse generating unit, a comparison unit, and an indicator unit tion.

Недостаток этого устройства - низкая эффективность обучения. The disadvantage of this device is the low efficiency of training.

Цель изобретения - повышение дидактических возможностей устройства. The purpose of the invention is to increase the didactic capabilities of the device.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве содержащем электрические соединительные проводники и съемные элементы, планшеты с расположенными в полюсах равномерной прямоугольной координатной сетки электрическими гнездами, из которых размещенные в двух крайних смежных рядах по сторонам прямоугольника соединены последовательно, соединенный с электрическими гнездами планшетов блок формирования управляющих сигналов, включающий узел генерации импульсов узел сравнения и узел индикации, блок формирования управляющих сигналов снабжен счетчиком, узел генерации импульсов имеет генератор одиночного импульса и генератор логического нуля. Узел индикации имеет табло правильной сборки, индикации первого шага сборки схемы, количества ошибок и неправильной сборки. Расположенные во внутреннем поле прямоугольной равномерной координатной сетки электрические гнезда сгруппированы по четыре и короткозамкнуты в виде прямоугольника. Выход генератора одиночного импульса соединен с первым входом счетчика и электрическими гнездами планшетов, другие электрические гнезда которых подключены ко второму входу счетчика и первому входу табло индикации первого шага сборки схемы. Выход генератора логического нуля соединен со вторым входом табло индикации первого шага сборки схемы, первым входом табло количества ошибок и третьим входом счетчика, который выходами через узел сравнения подключен ко второму входу табло количества ошибок и входом табло правильной и неправильной сборки схемы. Сгруппированные короткозамкнутые гнезда соединены посредством электрических соединительных проводников. Электрические съемные элементы выполнены в виде реальных электрических элементов, а один из планшетов имеет мнемоэлементы. This goal is achieved by the fact that in a device containing electrical connecting conductors and removable elements, tablets with electrical sockets located at the poles of a uniform rectangular coordinate grid, of which control unit forming blocks connected in series with two electrical adjacent sockets of the rectangle are connected in series signals, including a pulse generation unit, a comparison unit and an indication unit, a control signal generating unit With a counter, the pulse generation unit has a single pulse generator and a logic zero generator. The display unit has a panel for correct assembly, an indication of the first step of assembly of the circuit, the number of errors and incorrect assembly. The electrical sockets located in the internal field of a rectangular uniform coordinate grid are grouped in four and are short-circuited in the form of a rectangle. The output of a single pulse generator is connected to the first input of the counter and the electrical sockets of the tablets, the other electrical sockets of which are connected to the second input of the counter and the first input of the display panel of the first step of the circuit assembly. The output of the logic zero generator is connected to the second input of the display panel of the first step of circuit assembly, the first input of the error count panel and the third counter input, which is connected through the comparison node to the second input of the error count panel and the input of the correct and incorrect circuit assembly panel. Grouped short-circuit sockets are connected via electrical connecting conductors. The removable electric elements are made in the form of real electric elements, and one of the tablets has mnemonic elements.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявленное устройство имеет новые блоки: блок формирования управляющих сигналов, снабженный счетчиком, узел генерации импульсов с генератором одиночного импульса, генератор логического нуля. Узел индикации имеет табло правильной сборки, индикации первого шага сборки схемы количества ошибок и неправильной сборки. Новые связи характеризуются тем, что расположенные во внутреннем поле прямоугольной равномерной координатной сетки электрические гнезда сгруппированы по четыре и короткозамкнуты в виде прямоугольника. Выход генератора одиночного импульса соединен с первым входом счетчика и электрическими гнездами планшетов, другие электрические гнезда которых подключены ко второму входу счетчика и первому входу табло индикации первого шага сборки схемы. Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию изобретения "новизна". Comparative analysis with the prototype shows that the claimed device has new blocks: a control signal generation unit equipped with a counter, a pulse generation unit with a single pulse generator, a logic zero generator. The display unit has a panel for correct assembly, indication of the first step of assembly of the circuit of the number of errors and incorrect assembly. New connections are characterized by the fact that the electrical sockets located in the internal field of a rectangular uniform coordinate grid are grouped in four and short-circuited in the form of a rectangle. The output of a single pulse generator is connected to the first input of the counter and the electrical sockets of the tablets, the other electrical sockets of which are connected to the second input of the counter and the first input of the display panel of the first step of the circuit assembly. Thus, the claimed device meets the criteria of the invention of "novelty."

Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия". Comparison of the proposed solution not only with the prototype, but also with other technical solutions in this technical field did not allow us to identify in them the features that distinguish the claimed solution from the prototype, which allows us to conclude that the criterion of "significant differences".

На фиг.1 изображена лицевая панель, которая состоит из основания 1, на котором расположены планшет 2 с установленными в нем гнездами 3, в которые вставляются съемные элементы 4, мнемопланшет 5, где можно моделировать сборку схем, информационные табло 6-9 программные и блок управления 10. Figure 1 shows the front panel, which consists of a base 1, on which there is a tablet 2 with sockets 3 installed in it, into which removable elements 4 are inserted, a mimic plate 5, where you can simulate the assembly of circuits, information boards 6-9 program and block management 10.

На фиг.2 изображен планшет 2; на фиг.3 - съемный двухполюсный (резистор постоянный, полупроводниковый диод, конденсатор и т.д.) элемент; на фиг.4 - трехполюсный (полупроводниковый триод, переменный резистор, катушка с отводами и др.) съемный элемент; на фиг.5 - мнемоэлемент; на фиг.6 - сборка электрической схемы поэлементно; на фиг. 7 - сборка параллельных ветвей поэлементно; на фиг.8 - блок формирования управляющих сигналов, включающий табло индикации правильной сборки 6, табло количества шагов 7, табло количества ошибок и неправильной сборки 8, 9. Figure 2 shows the tablet 2; figure 3 - removable bipolar (constant resistor, semiconductor diode, capacitor, etc.) element; figure 4 - three-pole (semiconductor triode, variable resistor, coil with taps, etc.) removable element; figure 5 - mnemonic; figure 6 - Assembly of the electrical circuit element by element; in FIG. 7 - assembly of parallel branches element by element; on Fig - block generating control signals, including a display panel indicating the correct assembly 6, a display of the number of steps 7, a display of the number of errors and incorrect assembly 8, 9.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

На планшете 2 расположены гнезда 3, закрытые диэлектрическим основанием, предназначенные для коммутации и подключения различных элементов физической схемы. Все гнезда пронумерованы и соединены между собой группами. Данный способ соединения гнезд позволяет использовать одни и те же гнезда для сборки различных схем. Параллельные ряды гнезд (1...10; 11...20; 121... 130; 131. ..140; 21, 31 и т.д.; 22, 32 и т.д.) в различных частях планшета можно использовать для подачи на них питания, соединения с блоком управления и сборки схемы имеющей параллельные ветви. Средняя группа гнезд (23, 24, 33, 34 и т.д.) предназначена для различных соединений в схеме и ответвлений. On the tablet 2 there are nests 3, closed by a dielectric base, designed for switching and connecting various elements of the physical circuit. All nests are numbered and interconnected in groups. This method of connecting sockets allows you to use the same sockets to assemble different circuits. Parallel rows of nests (1 ... 10; 11 ... 20; 121 ... 130; 131. ..140; 21, 31, etc.; 22, 32, etc.) in different parts of the tablet can be used to supply power to them, connect to a control unit and assemble a circuit with parallel branches. The middle group of nests (23, 24, 33, 34, etc.) is designed for various connections in the circuit and branches.

Сборка схемы на среднем планшете 2 осуществляется с применением съемных элементов 4, которые состоят из диэлектрического основания, в котором просверлены отверстия и вставлены токопроводящие вилки. К вилкам припаян физический реальный элемент (резистор, конденсатор, диод и т.д.). Сверху элемент закрывается крышкой из прозрачного диэлектрического материала. The circuit assembly on the middle tablet 2 is carried out using removable elements 4, which consist of a dielectric base, in which holes are drilled and conductive plugs are inserted. A physical real element is soldered to the forks (resistor, capacitor, diode, etc.). On top of the element is closed by a lid of transparent dielectric material.

При сборке электрической схемы съемные элементы 4 вставляются вилками в гнезда физического планшета 2. Соединение между элементами осуществляется перемычкой или проводами с вилками. Сборка схемы может осуществляться следующими способами: 1-й способ - метод проб и ошибок, когда учащийся собирает электрическую схему, вставляя элементы в гнезда планшета и соединяя эти элементы между собой, а затем преподаватель проверяет сборку схемы. Если схема собрана правильно учащийся проводит с ней исследования, если неправильно то учащемуся предлагается снова проверить схему; 2-й способ - сборка схемы по алгоритму. Такой способ сборки схем стал возможным, так как применен планшет, на котором гнезда расположены по углам координатной сетки и пронумерованы, что позволяет электрическую схему разбить на определенное количество шагов. Применяя составленный при этом алгоритм, можно собирать электрическую схему с использованием мнемопланшета и блока формирования управляющих сигналов. When assembling the electrical circuit, the removable elements 4 are inserted with plugs into the sockets of the physical tablet 2. The connection between the elements is carried out by a jumper or wires with plugs. Assembly of the circuit can be carried out in the following ways: 1st method - the trial and error method, when the student collects the electrical circuit by inserting the elements into the slots of the tablet and connecting these elements with each other, and then the teacher checks the assembly of the circuit. If the scheme is assembled correctly, the student conducts research with it, if it is incorrect, the student is invited to check the scheme again; 2nd method - assembly of the circuit according to the algorithm. This method of assembling circuits has become possible, since a tablet is used on which the nests are located at the corners of the grid and are numbered, which allows the electrical circuit to be divided into a certain number of steps. Applying the algorithm compiled with this, it is possible to assemble an electrical circuit using a mimic plate and a block for generating control signals.

Например: сборка электрической схемы (фиг.6) по алгоритму. Вся схема разбивается на определенные шаги. Каждый шаг это участок схемы. Элементы схемы (резисторы, конденсаторы, диоды и др.) - это те шаги, которые вставляются в гнезда. Гнезда между собой соединяются перемычками. Эти перемычки также являются участками схемы, т.е. определенным шагом. Алгоритмическая инструкция имеет вид: 1 шаг - гнездо 23 соединить с плюсом источника питания; 2 шаг - в гнезда 33 и 43 вставить съемный элемент (резистор R1); 3 шаг - в гнезда 53 и 63 вставить съемный элемент (резистор R2); 4 шаг - гнездо 73 соединить с минусом источника питания. Для подключения измерительных приборов алгоритмическая инструкция имеет вид: вольтметр PV1 вставить в гнезда 34 и 44; вольтметр PV2 вставить в гнезда 54 и 64. Для измерения тока необходимо вытащить перемычку из гнезда 73 и вставить ее в гнездо 76, а в гнезда 74 и 75 вставить амперметр. For example: the assembly of the electrical circuit (Fig.6) according to the algorithm. The whole scheme is divided into certain steps. Each step is a section of the circuit. Circuit elements (resistors, capacitors, diodes, etc.) are those steps that are inserted into the sockets. Nests are interconnected by jumpers. These jumpers are also parts of the circuit, i.e. a certain step. The algorithm instruction has the form: 1 step — connect socket 23 to the plus of the power source; 2 step - insert a removable element (resistor R1) into slots 33 and 43; 3 step - insert a removable element (resistor R2) into sockets 53 and 63; 4 step - connect socket 73 to the negative of the power source. To connect measuring instruments, the algorithmic instruction has the form: insert a PV1 voltmeter into sockets 34 and 44; insert a PV2 voltmeter into sockets 54 and 64. To measure current, pull out the jumper from socket 73 and insert it into socket 76, and insert an ammeter into sockets 74 and 75.

Для сборки параллельных ветвей (фиг.7) можно использовать другие группы гнезд. Таким образом, осуществляются унификация и ускорение процесса сборки. To assemble parallel branches (Fig.7), you can use other groups of nests. Thus, unification and acceleration of the assembly process are carried out.

В устройстве (фиг.8) предусмотрен блок формирования управляющих сигналов, включающий узел генерации импульсов (13, 15), узел сравнения 14 и узел индикации - с цифровыми табло (6, 7, 8, 9). Табло 6 индицирует состояние сборки "Правильно" с зеленым подсветом, табло 7 индицирует количество шагов собираемой схемы, табло 8 индицирует количество допускаемых ошибок в процессе сборки схемы в виде цифр. Табло 9 загорается в том случае, если один из шагов схемы собран неправильно. Это табло красного цвета и за ним надпись "Неправильно". In the device (Fig. 8), a control signal generating unit is provided, including a pulse generation unit (13, 15), a comparison unit 14, and an indication unit with digital displays (6, 7, 8, 9). Scoreboard 6 indicates the state of the “Correct” assembly with a green backlight, scoreboard 7 indicates the number of steps of the circuit being assembled, scoreboard 8 indicates the number of errors made during the circuit assembly in the form of numbers. Scoreboard 9 lights up if one of the steps in the circuit is not assembled correctly. This is a red panel followed by the word "Wrong."

При включении устройства имитации электрических схем блок формирования управляющих сигналов (фиг. 8) подготавливается к работе, что достигается установкой в 0 всех узлов схемы. С генератора 15 подается одиночный импульс, который устанавливает в исходное состояние всю схему блока формирования управляющих сигналов, а именно: двухразрядный счетчик 12, табло индикации количества шагов 7, табло индикации количества ошибок 8. При установке индикационных табло в "нулевое состояние", табло 6 "Правильно" светится, а табло 9 "Неправильно" не светится. When you turn on the device for simulating electrical circuits, the control signal generation unit (Fig. 8) is prepared for operation, which is achieved by setting all circuit nodes to 0. A single pulse is supplied from the generator 15, which sets the entire circuit of the control signal generating unit to its initial state, namely: a two-digit counter 12, an indication board for the number of steps 7, an indication board for the number of errors 8. When the indication boards are set to “zero”, a board 6 “Correct” is on, and scoreboard 9 “Wrong” is off.

Сборка электрической схемы осуществляется по шагам (фиг.6). После сборки первого шага схемы с генератора 13 через первый участок мнемосхемы подается одиночный импульс. Если участок собран правильно, импульс проходит через мнемосхему 14 на индикационное табло 7, где в виде цифр индицируется первый шаг сборки схемы. Одновременно импульс с генератора 13 подается на двухразрядный счетчик 12, который меняет свое состояние. Импульс прошедший через мнемосхему 14 возвращает счетчик 12 в исходное состояние. Состояние счетчика расшифровывается схемой сравнения 11, которая включает табло 6 "Правильно". Если один из шагов мнемосхемы собран неправильно, импульс с генератора 13 не проходит через мнемосхему 14. Сигнал с генератора подается прямо на счетчик 12, который меняет свое состояние. Это расшифровывается схемой сравнения 11, с которой сигнал поступает на информационные табло 8 и 9. Табло 8 фиксирует допущенную ошибку, которая индицируется в виде цифры 1. Осуществляется также подсветка табло 9, на котором высвечивается надпись "Неправильно". Визуальная информация позволяет сразу же исправить допущенную ошибку. Ошибка шага исправляется и проверка сборки схемы продолжается. Этот блок позволяет не только контролировать правильность сборки схемы, но и быть репетитором. The assembly of the electrical circuit is carried out in steps (Fig.6). After assembling the first step of the circuit from the generator 13, a single pulse is supplied through the first section of the mnemonic diagram. If the section is assembled correctly, the pulse passes through the mimic diagram 14 to the display panel 7, where the first step of the circuit assembly is displayed in the form of numbers. At the same time, a pulse from the generator 13 is supplied to a two-digit counter 12, which changes its state. The pulse passed through the mimic 14 returns the counter 12 to its original state. The status of the counter is decrypted by the comparison circuit 11, which includes a scoreboard 6 "Correct". If one of the steps of the mnemonic diagram is not assembled correctly, the pulse from the generator 13 does not pass through the mnemonic 14. The signal from the generator is fed directly to the counter 12, which changes its state. This is decoded by the comparison circuit 11, with which the signal goes to the information displays 8 and 9. The display 8 captures the error that is indicated in the form of the number 1. The display 9 also lights up, on which the message "Wrong" is displayed. Visual information allows you to immediately correct the mistake. The step error is corrected and the circuit assembly verification continues. This block allows you not only to control the correct assembly of the circuit, but also to be a tutor.

Предложенное устройство имитации электрических схем позволяет упростить и ускорить процесс сборки электрических схем лабораторной работы. Время сборки, проверки и подготовки лабораторной работы сокращается в 10-15 раз. Варьирование элементами в самой работе позволяет индивидуализировать задания в бригадах одной группы учащихся. Работа по алгоритмическим инструкциям с применением программного блока и информационных табло позволяет исключить метод проб и ошибок широко распространенный в существующем лабораторном оборудовании. Наличие специального мнемопланшета и блока формирования управляющих сигналов позволяет использовать лабораторное оборудование так же, как репетиторы и экзаменаторы. The proposed device for simulating electrical circuits allows us to simplify and speed up the assembly process of laboratory electrical circuits. The time of assembly, inspection and preparation of laboratory work is reduced by 10-15 times. Varying elements in the work itself allows you to individualize tasks in teams of one group of students. Work on algorithmic instructions using a software unit and information boards allows you to exclude the trial and error method, which is widespread in existing laboratory equipment. The presence of a special mimic plate and a block for generating control signals allows the use of laboratory equipment in the same way as tutors and examiners.

Унификация съемных элементов позволяет их применять в других лабораторных работах, а также при постановке лабораторных работ по другим предметам (электротехника, промышленная электроника, радиоэлектроника, телевидение, импульсная техника и др.) электротехнического профиля. Унификация конструкции позволяет это оборудование использовать по предмету физики, а также как демонстрационный стенд по предметам энергетического профиля. The unification of removable elements allows them to be used in other laboratory work, as well as in setting up laboratory work in other subjects (electrical engineering, industrial electronics, radio electronics, television, pulse technology, etc.) of an electrical profile. The unification of the design allows this equipment to be used in the subject of physics, as well as a demonstration stand in subjects of energy profile.

Claims

1. DEVICE FOR SIMULATING ELECTRICAL CIRCUITS, containing electrical connecting conductors and removable elements, tablets with electrical sockets located in the poles of a uniform rectangular coordinate grid, of which the control unit is connected to the electrical sockets of the tablets in two extreme adjacent rows on the sides of the rectangle signals, including a pulse generation unit, a comparison unit and an indication unit, characterized in that, in order to increase the didactic In accordance with the technical possibilities, the control signal generating unit is equipped with a counter, the pulse generating unit has a single pulse generator and logical zero generator, and the display unit has a panel for correct assembly, indication of the first step of circuit assembly, number of errors and incorrect assembly, and the rectangular uniform coordinate located in the internal field grid electrical sockets are grouped in four and short-circuited in the form of a rectangle, while the output of a single pulse generator is connected to the first input of the count sensor and electrical sockets of tablets, other electrical sockets of which are connected to the second input of the counter and the first input of the display panel of the first step of circuit assembly, the output of the logic zero generator is connected to the second input of the display panel of the first step of circuit assembly, the first input of the error count panel and the third counter input, which is connected through outputs of the comparison node to the second input of the error counting board, and to the input of the correct assembly circuit board, and the grouped short-circuited sockets are connected by electrical connecting conductors.

2. The device according to claim 1, characterized in that the removable electrical elements are made in the form of real electrical elements, and one of the tablets has mnemonics.