Радиоэлектроника-с компьютером и паяльником

Сегодня в мире выпускаются тысячи типов микроконтроллеров и микропроцессоров. Основным классификационным признаком микроконтроллеров является разрядность данных, обрабатываемых арифметико-логическим устройством. По этому признаку микроконтроллеры делятся на 4-, 8-, 16-, 32- и 64-разрядные.

В однокристальных микроконтроллерах все аппаратные средства (микропроцессор, память, таймер, периферийные устройства и программное обеспечение) находятся в одном кристалле. Наружу выводятся только линии ввода/вывода (порты). Наиболее ценным качеством микроконтроллеров является наличие многократно программируемой памяти. Программирование выполняется на языке Ассемблер, позволяющем точно спрогнозировать время выполнения им команд (используются также языки СИ и Паскапь).

Наиболее распространенными в настоящее время являются микроконтроллеры семейства MCS-51. Это семейство поддерживается рядом фирм-производителей микросхем. Не менее распространенными в мире, но не в России, являются микроконтроллеры фирмы Motorolla. Это такие семейства, как НС05, НС07, НС11 и многие другие. Пожалуй, не менее популярными микроконтроллерами являются микроконтроллеры семейства AVR фирмы Atmel, например АТ89 с флэш-памятью программ, являющиеся функциональным аналогом семейства 8-разрядных микроконтроллеров фирмы Intel. Представляют интерес также так называемые PIC-контроллеры (Peripheral Interface Controller) фирмы Microchip, также являющиеся 8-разрядными устройствами. Эти микроконтроллеры имеют электрически программируемые пользователем ППЗУ: минимальное энергопотребление, высокую производительность, хорошо развитую RISC-архитектуру (Reduced Instruction Set Code), функциональную законченность и минимальные размеры. Они дают возможность программировать их после установки в изделие.

Впрочем, одно перечисление семейств микроконтроллеров может занять не один том, а как следствие закона Мура, их число и количество публикаций о них также будет расти по экспоненте.

Ограничимся кратким перечнем изделий, построенных на базе микроконтроллеров: микроАТС, автоответчики, АОНы, мобильные телефоны, зарядные устройства, факсы, модемы, пейджеры, таймеры, системы сигнализации, измерительные приборы, счетчики воды, газа и электроэнергии, дозиметры, приборы автосигнализации, системы управления зажиганием и впрыском топлива, приборные панели и радарные детекторы, интеллектуальные датчики, системы управления электродвигателями, промышленные роботы, регуляторы температуры, влажности, давления и т. д., схемы управления принтерами и плоттерами, сетевые контроллеры, сканеры, схемы управления аудиосистемами, системы синтеза речевых сообщений, видеоигры, системы дистанционного управления, кассовые аппараты и т. д.

Безусловно, этот впечатляющий список будет и расширяться, и углубляться, и читателям, после освоения основ электроники — начального старта, безусловно, придется окунуться в эту бурно развиваемую область.

1.3. Дополнительные компоненты

Электроакустические и электромеханические компоненты

Электроакустические устройства представляют собой преобразователи электрических колебаний в акустические (излучатели звука: наушники, громкоговорители и т. п.) или, наоборот, акустических колебаний в электрические (приемники звука: микрофоны, гидрофоны и т. п.). Как правило, это выходные или входные компоненты соответствующих аудиоустройств. Электроакустические преобразователи имеют различный принцип действия, конструктивные особенности и технические характеристики.

Микрофоны

История изобретений микрофонов тесно переплетается с историей рождения телефонов (телефонных аппаратов и телефонной связи), так как они являются обязательными компонентами этих систем.

Официальной датой рождения телефона считается 1876 г., когда американец Александр Грэхем Белл получил свой знаменитый патент. Однако первый телефонный разговор, как свидетельствует околонаучный фольклор, произошел за 16 лет до этого. «Лошади не лопают огуречный салат!» — прокричал в раструб своего замысловатого аппарата Филипп Рейс. «Это я и без тебя знаю, старый осел!», — отчетливо прозвучал в ответ голос его друга, говорившего в аппарат, но в другом помещении. Свое устройство Рейс назвал «телефон» от греческих слов tele — вдаль, далеко и phone — звук; правда, аппарат Белла был более совершенным.

В своем изобретении Рейс использовал то, что на современном языке называется бионикой, взяв за основу механизм восприятия звука ухом. Его «одноухий» звукоприемник представлял собой раструб, прикрепленный сбоку к отверстию в деревянной коробке, закрытому упругой диафрагмой из свиной кишки (аналог барабанной перепонки). В центре диафрагмы размещалась платиновая пластинка, соединенная с одним из полюсов батареи. Второй полюс батареи был соединен с другим аппаратом, и далее цепь замыкалась через платиновую иглу (аналог ушного молоточка), касающуюся углубления в центре пластинки. Внутри углубления помещалась капелька ртути. При попадании звука в раструб колебания диафрагмы приводили к изменению площади касания в системе «игла — ртуть — пластинка» и. следовательно, изменению величины контактного сопротивления. Таким образом, ток в цепи модулировался звуковыми колебаниями.

Излучающее устройство второго аппарата состояло из железной вязальной спицы, укрепленной горизонтально на деревянном резонаторном ящике, а вокруг спицы размещалась катушка, соединенная с первым аппаратом. Переменный ток в катушке возбуждал колебания спицы, и из резонатора раздавался звук, отчасти похожий на тот, который был послан в первый аппарат… Возвращаясь к фольклору, отметим, что в продолжение приведенной выше фразы там пишется: «Рейс так обрадовался удаче, что не обратил внимания на не слишком вежливый ответ». А он и не мог его услышать по этому телефону: его звукоприемник не обладал свойством обратимости, им обладал только второй аппарат. Если друг Рейса произнес ответ, то, в принципе, спица в его аппарате пришла в соответствующие колебания и промодулировала ими ток в цепи аппаратов (так работают электромагнитные адаптеры в электрогитарах). Однако у аппарата Рейса колебания тока не привели бы к синхронным колебаниям иглы и диафрагмы и последующему излучению звука. Для дуплексной связи необходимо было бы иметь второй комплект подобной аппаратуры, с обратными функциями. Поэтому друг Рейса, пока они не изготовили два комплекта, мог бы выразиться и более смачно…

Американский изобретатель Д. Юз в 1878 г. усовершенствовал звукоприемное устройство Рейса (и частично некоторые конструкции Эдисона), заменив, по сути, платиновую иглу на угольный стерженек (типа карандашного грифеля), заостренный с двух концов и опирающийся на углубления в угольных опорах, находящихся на деревянной деке. Переходное сопротивление в угольных опорах изменялось здесь гораздо больше, чем у Рейса. Это — «микрофон Юза», хотя приставка «микро» здесь пока и не очень уместна (если только не сравнивать с ушами слона).

Годом позже железнодорожный инженер из г. Львова Маврикий Махальский, «раскрошив» угольный стержень Юза, получает патент на конструкцию микрофона с чувствительным элементом из угольного порошка. Этот микрофон был усовершенствован и впоследствии превратился в капсюльный угольный микрофон. Увы, как всегда, «страна своих героев не помнит», и этот микрофон, доживший до наших дней, сплошь и рядом, называют именем Юза…

Вполне понятно, что чувствительность этого микрофона значительно превышала чувствительность прототипа, благодаря использованию громадного числа изменяемых под действием звукового давления контактных поверхностей и большой подвижности отдельных зерен порошка.