Dataassistert konstruksjon og produksjon

223 Pages·1995·112.977 MB·Norwegian

by  Flyum, Gunnbjørn

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