Dijagrami

Čemu služe blok dijagram, shema, crtež spajanja, dijagram toka i vremenski dijagram i kako pročitati shemu, na primjerima semafora i SoundLaba.

Kad gradimo elektronički uređaj, crtamo ga na više načina. Svaki crtež odgovara na drugo pitanje:

• blok dijagram: što uređaj radi i od kojih se većih dijelova sastoji;
• shema: kako su dijelovi električno spojeni, sve do zadnjeg pina;
• crtež spajanja: gdje na breadboardu ide koja komponenta i koja žica.

Za programe crtamo još dvije vrste dijagrama, dijagram toka i vremenski dijagram. Na ovoj stranici upoznat ćeš sve njih.

Blok dijagram

Blok dijagram prikazuje uređaj kao nekoliko velikih cjelina, blokova. Svaki blok je pravokutnik s imenom, a strelice pokazuju kamo putuje signal: od ulaza, preko obrade, do izlaza. Otpornike, žice i pinove ne crtamo.

Blok dijagram crtamo na početku projekta, dok ga planiramo. Pomaže nam odgovoriti na pitanja:

• koje ulaze imamo (tipke, senzori, potenciometri),
• tko obrađuje signale (najčešće Arduino ili micro:bit sa svojim programom),
• koji su izlazi (LED-ice, zvučnik, motor),
• odakle dolazi napajanje.

Isti smo obrazac već upoznali u micro:bit lekciji Pametni sustavi i povezani uređaji: ulaz ⇒ program odlučuje ⇒ izlaz.

Na našim blok dijagramima puna crna strelica je signal, a crtkana crvena strelica napajanje. Uz strelicu ponekad piše i na koje je pinove blok spojen.

Shema

Shema (shema elektroničkog sklopa) prikazuje svaku komponentu njezinim simbolom i sve električne veze među komponentama. Po shemi netko drugi može složiti isti sklop bez dodatnog objašnjenja, a mi po njoj provjeravamo je li naš spoj ispravan. Simbole komponenti upoznali smo na stranici Elektroničke komponente, simboli i sheme.

Kako čitati shemu

1. Crta je veza, a ne žica. Shema pokazuje što je spojeno s čim, a ne kako žica izgleda ni koliko je duga. Na breadboardu dijelovi mogu stajati sasvim drukčije nego na shemi.
2. Točka znači spoj. Kad se dvije crte sijeku i na sjecištu je točka, spojene su. Ako se sijeku bez točke, samo prelaze jedna preko druge i nisu spojene.
3. Simboli mase i napajanja zamjenjuju duge crte. Sve točke uz koje je nacrtan simbol mase (GND) međusobno su spojene, iako između njih nema crte. Isto vrijedi za VCC, napajanje (kod nas 5 V).
4. Svaka komponenta ima oznaku: slova za vrstu i redni broj. R1 je prvi otpornik, C1 prvi kondenzator, D1 prva dioda (i LED-ica je dioda), U1 čip ili modul (na primjer Arduino), SW1 tipka, RV1 potenciometar, LS1 zvučnik.
5. Uz oznaku piše vrijednost: 220 Ω, 10k (10 kΩ), 100 µF.

Pazi: oznaka D1 na shemi je prva dioda, a ne pin D1 Arduina. Pinove Arduina čitaš uz rub pravokutnika koji na shemi predstavlja Arduino.

Jedan sklop, tri crteža: semafor

Pogledajmo sklop iz lekcije Semafor za automobile i pješake, Vježba 4. Arduino Uno upravlja semaforom za automobile i pješačkim semaforom.

Blok dijagram ima samo četiri bloka. Računalo preko USB kabela napaja Arduino, a program u Arduinu pali svjetla obaju semafora:

Shema pokazuje svaki dio i svaku vezu:

Na ovoj shemi pronađi pravila čitanja:

• točke na desnoj okomitoj crti spajaju kraće nožice (katode) svih LED-ica;
• dva simbola GND pokazuju da su LED-ice i GND Arduina spojeni, iako crta između njih nije nacrtana;
• D1 do D5 su LED-ice, a ne pinovi Arduina.

Računala nema na shemi jer nije dio sklopa: ono samo napaja Arduino preko USB kabela.

Crtež spajanja pokazuje isti sklop onako kako izgleda na breadboardu. Po njemu slažeš sklop, a po shemi provjeravaš je li spoj ispravan. Kako su spojene rupice breadboarda, piše na stranici Breadboard.

Veći primjer: SoundLab

Što je projekt veći, to je blok dijagram korisniji, jer shema ima puno dijelova. Projekt SoundLab je mali glazbeni instrument. 17 tipki služi za odabir tonova, a 8 potenciometara mijenja zvuk, uključujući ADSR ovojnicu i FM modulaciju (pojmovi su objašnjeni na stranici projekta). Arduino Nano čita ulaze, računa zvuk i šalje audio signal na pin D9. Signal zatim prolazi kroz regulaciju glasnoće do pojačala LM386, a pojačalo pokreće zvučnik.

Arduino Nano je mala inačica Arduina Uno s istim čipom. Ima dva analogna ulaza više, A6 i A7, pa svih 8 potenciometara stane na A0–A7. Arduino Uno ima samo A0–A5.

Na shemi SoundLaba narančasti okviri označavaju dijelove iz blok dijagrama:

U bloku regulacije glasnoće otpornici R1 i R3 smanjuju signal s pina D9 na razinu koju pojačalo može primiti, kondenzator C1 propušta zvuk i zaustavlja istosmjerni napon, a RV9 je potenciometar za glasnoću. Kondenzatori C4 i C5 smiruju napon napajanja. Na blok dijagramu nema nijednog od tih dijelova, jer on pokazuje samo što blok radi.

Ostale vrste dijagrama

Prva tri crteža u tablici opisuju sklop, a zadnja dva program.

Zadaci

1. U lekciji Semafor za automobile i pješake, Vježba 5, semaforu dodajemo zujalicu. Nacrtaj blok dijagram tog sklopa. Koji blok dodaješ i na koji je pin spojen?
2. Na shemi SoundLaba pronađi dvije crte koje se sijeku bez točke. Jesu li spojene?
3. Odaberi sklop iz neke od ranijih lekcija i nacrtaj mu blok dijagram. Zatim na njegovoj shemi označi koji dijelovi pripadaju kojem bloku.

Što smo naučili?

• Blok dijagram pokazuje što uređaj radi, shema kako je spojen, a crtež spajanja gdje na breadboardu ide koja žica.
• Na shemi crta znači vezu, a točka na sjecištu znači spoj. Crte koje se sijeku bez točke nisu spojene.
• Sve točke sa simbolom GND spojene su međusobno, iako između njih nema crte.
• Svaka komponenta na shemi ima oznaku (R1, C1, D1, U1) i vrijednost.
• Projekt počinjemo blok dijagramom, a sklop slažemo i provjeravamo po shemi.

Mali kviz

Razgovaraj na Discord-u. (pridruži se)