Автор(и):
- Уца Микола Олександрович, ORCID: https://orcid.org/0009-0009-1134-6721
- Когдась Максим Григорович, ORCID: https://orcid.org/0000-0001-7208-2680
DOI: https://doi.org/10.32782/2307-9770.2025.13.03.03
Мова статті: UKR
Анотація
Метою роботи є вдосконалення навчального процесу в закладах вищої та передвищої освіти шляхом розширення лабораторно-технічної бази для проведення практичних та лабораторних занять для курсу цифрової електроніки. Методологія дослідження включала аналітичний огляд сучасного лабораторного обладнання, визначення функціональних і технічних вимог до системи, вибір елементної бази, схемотехнічне та програмне моделювання в середовищі Proteus, а також інтеграцію з інтерфейсом LabView для візуалізації та керування. Здійснено моделювання базових логічних елементів, симуляцію роботи аналого-цифрових та цифро-аналогових перетворювачів, а також реалізовано інтерфейс USB для обміну даними з персональним комп’ютером. Результати дослідження підтвердили працездатність системи в режимі емуляції: стенд успішно відтворює логіку функціонування цифрових елементів, здійснює вимірювання аналогових сигналів, формує та оброблює ШІМ-сигнали, а також передає інформацію в LabView для подальшої обробки та відображення. Проведено розрахунок споживаної потужності та оптимізацію схемних рішень для забезпечення стабільної роботи системи. Оригінальність проєкту полягає в поєднанні простих і доступних апаратних компонентів (Arduino Nano, X9C102, LM317, LC-LM358-PWM2V) з сучасними методами схемотехнічного та програмного моделювання, що дозволяє значно знизити вартість реалізації без втрати функціональності. Інтеграція з LabView надає додаткові можливості для аналізу, візуалізації та взаємодії з системою у реальному часі. Практичне значення розробки полягає в можливості використання створеного комплексу як інструмента для проведення лабораторних робіт, практичних занять і дослідницької діяльності в галузі цифрової електроніки. Стенд дозволяє студентам отримати практичні навички роботи з мікроконтролерними системами, логічними елементами та перетворювачами, а викладачам – ефективно організувати навчальний процес.
Ключові слова
цифрова електроніка, Arduino Nano, LabView, мікроконтролер, логічні елементи, навчальний процес.
Бібліографічні посилання
1. Бех І. І., Левитський С. М. Цифрові пристрої: навчальний посібник. Київ: Видавнича лабораторія радіофізичного факультету Київського національного університету імені Тараса Шевченка, 2016. 336 c.
2. Оксанич А. П., Притчин С. Е., Волохов С. О. Проектування мікроконтролерних систем: навчальний посібник для студентів вищих навчальних закладів. Кривий Ріг: Мінерал, 2010. 282 с.
3. Оксанич А. П., Притчин С. Е., Когдась М. Г. Програмні засоби мікроконтролерних систем малої автоматизації. Кременчук: ПП Щербатих О. В., 2022. 202 с.
4. Шульга А. В., Кравченко В. І. Методика викладання цифрової електроніки з використанням мікроконтролерних платформ. Проблеми інженерно-педагогічної освіти. 2020. № 67. С. 101–108. DOI: https://doi.org/10.32820/2074-8922-2020-67-101-108
5. Ковальчук Р. М., Бойко І. С. Навчальні апаратно-програмні комплекси для вивчення мікроконтролерів у ЗВО. Інформаційні технології та комп’ютерна інженерія. 2020. № 2. С. 87–93. DOI: https://doi.org/10.31649/1999-9941-2020-2-87-93
6. Федоренко В. Г., Левченко Д. М. Організація лабораторних робіт з цифрової схемотехніки на основі Arduino Nano. Технічна електродинаміка. 2022. № 4. С. 92–98. DOI: https://doi.org/10.15407/techned2022.04.092
7. Марченко О. Ю. Формування компетентностей з цифрової електроніки засобами мікроконтролерних технологій. Системи управління, навігації та зв’язку. 2021. № 1(63). С. 141–146. DOI: https://doi.org/10.26906/SUNZ.2021.1.141
8. Бондаренко М. Ф., Шевченко І. В. Навчальні стенди на базі мікроконтролерів для дослідження логічних елементів. Наукові праці Одеської національної академії харчових технологій. 2020. Т. 84, № 1. С. 112–118. DOI: https://doi.org/10.15673/swonaft.v84i1.1765
9. Гончаренко І. С., Пилипенко О. М. Інтеграція Arduino Nano в навчальні лабораторні роботи з цифрової електроніки. Вісник Кременчуцького національного університету імені Михайла Остроградського. 2021. Вип. 6(131). С. 54–60. DOI: https://doi.org/10.30929/1995-0519.2021.6.54-60
10. Костенко О. В., Коваленко С. М. Використання платформи Arduino у навчанні цифрової електроніки майбутніх інженерів. Вісник Черкаського державного технологічного університету. Серія: Технічні науки. 2021. № 2. С. 72–79. DOI: https://doi.org/10.24025/2306-4412.2.2021.233489
11. Кузьменко В. А., Лисенко О. П. Застосування середовища LabVIEW у лабораторному практикумі з цифрової схемотехніки. Вісник Національного технічного університету «ХПІ». Серія: Інформатика та моделювання. 2019. № 28. С. 45–51. DOI: https://doi.org/10.20998/2411-0558.2019.28.06
12. Proteus Design Suite: навчальний посібник. URL: https://labcenter.s3.amazonaws.com/downloads/Tutorials.pdf (дата звернення 03.08.2024).
13. Павленко М. О., Савченко О. В. Використання LabVIEW для моделювання та дослідження цифрових пристроїв. Вісник Національного технічного університету «ХПІ». Серія: Автоматизація та приладобудування. 2021. № 3. С. 33–39. DOI: https://doi.org/10.20998/2411-0558.2021.3.05
14. Сидоренко Ю. В., Ткаченко Д. В. Дослідження цифрових логічних схем з використанням апаратно-програмних платформ. Системи обробки інформації. 2020. № 4(163). С. 98–104. DOI: https://doi.org/10.30748/soi.2020.163.12
15. Руденко О. Г., Мельник А. О. Мікроконтролерні системи в освітньому процесі підготовки фахівців з електроніки. Електротехніка і електромеханіка. 2022. № 1. С. 63–69. DOI: https://doi.org/10.20998/2074-272X.2022.1.10
16. Стаття про широтно-імпульсну модуляцію (PWM). URL: https://control.com/technical-articles/understanding-the-basicsof-pulse-width-modulation-pwm/ (дата звернення 11.08.2024).
17. Дяченко О. П. Формування практичних навичок роботи з мікроконтролерами у студентів інженерних спеціальностей. Проблеми інженерно-педагогічної освіти. 2019. № 62. С. 134–140. DOI: https://doi.org/10.32820/2074-8922-2019-62-134-140
18. Бабенко О. С., Нікітін В. О. Реалізація логічних елементів і тригерів у навчальних макетах на базі Arduino. Наукові праці ДонНТУ. Серія: Електротехніка і енергетика. 2019. № 2(21). С. 56–62. DOI: https://doi.org/10.31474/1996-1588-2019-2-56-62