Computer- og El-teknik

Fra Kommunikation-IT Holstebro HTX
Skift til: navigering, søgning

Når man arbejder med at tilegne sig viden inden for faget Computer- og El-teknik, så er det præcist det samme som inden for ethvert andet fag, at man gradvist tilegner sig færdigheder der gør at man får en dybere og bredere forståelse af faget.

Faget set som et landskab

Ser man faget langt oppe fra, så kan man betragte det som et land, hvor der sker en masse ting, men man kan slet ikke se detaljerne.

Kommer man tættere på, så kan man genkende nogle forskellige områder i landet, der er analog, digital og noget programmering. Bevæger man sig lidt tættere på, så kan man se at nogle af disse områder overlapper hinanden lidt, og der er nogle ting der er fælles for områderne. Man kan faktisk også se at der er nogle specielle områder som AD, DA, transducer og aktuatorer, som har deres egne egenskaber.

Kommer man så tæt på, at man kan begynde at se detaljer i områderne, så opdager man at der f.x. er forskellige komponenter inden for analog-området, som hedder modstande, kondensatorer og transistorer. Det gør at man er nødt til at finde sammenhængen mellem komponenterne, så man skal anvende et diagram for at kunne overskue det.

Kommer man så tæt på at man kun ser på transistoren, så kan man se at den kan opføre sig forskelliget, alt efter om den arbejder som switch, eller den fungerer som forstærker.

Hvis man så går ultra tæt på, og kigger på transistoren som forstærker, så opdager man at man er nødt til at behandle den forskelligt, om man anvender den til HF-forstærker, eller man anvender den til LF-forstærker.

Forsøger man at illustrere dette landskab kan man forme det som følgende figur, som godt nok viser hele landet, men som også illustrerer hvordan de forskellige landskaber lapper ind over hinanden, da en del af forklaringer virker på flere områder:

Landskabs-model.png

Hvis man kommer tættere på et område, så vil man opdage, at området kan opdeles i forskellige dele, der igen indeholder nye del-områder. Kigger man på transistorer, så kan man betragte dem som DC og AC forstærkere, og hvis man kigger på AC, så kan man dele det op i Lavfrekvens (LF) og Højfrekvens (HF) forstærkere, hvor man som HF-forstærker kan kigge tættere på jordet Base koblingen, som illustreret herunder, og hvis man ville kunne man grave sig dybere i den del.

Landskabs-del.png

Dette kan man selvfølgelig gøre i større eller mindre grad i de forskellige dele af området, alt efter hvor detaljeret man kan gøre det, og hvor dybt man ønsker at forstå det.

Hele denne wiki er organiseret ud fra denne måde at betragte Computer- og El-teknik på, og det er det undervisningen også er organiseret efter. Faget kræver at man har et nogenlunde klart overblik over landet, og at man kan orientere sig i de forskellige områder, men at man ikke nødvendigvis kender alle detaljer i dybden af de forskellige områder.

Den elektriske del af faget

En måde at betragte faget på er ved at opstille en model der beskriver hvad man arbejder med i faget, og hvordan det man arbejder med hænger sammen. Modellen er til dels inspireret af kolbs læringscirkel, men har ikke det samme trinvise forløb, men derimod at alle dele i modellen spiller sammen. Dette kan også hænge sammen med at man faktisk i læringssammenhæng ikke følger kolbs læringscirkel fuldstændigt slavisk, men at man faktisk også springer lidt frem og tilbage imellem elementerne.

Denne model kan illustreres med følgende figur:

El-model.png

Teorien er alt det der er beskrevet om hvordan komponenter fungerer, og hvordan de opfører sig over for spændinger og strømme i forhold til tid og frekvenser. Denne teori kan man til dels finde i wikien her, men også i analog-bogen og digital-bogen.

Elektronik består af kredsløb, altså den aktuelle opstilling man opbygger.

Den bedste måde at beskrive et elektrisk kredsløb på er ved hjælp af et diagram, der er en standardiseret måde at beskrive komponenterne og forbindelserne mellem komponenterne.

Det der tit kan gøre elektronik til et abstrakt fag, der gør det svært at forstå, er ikke så meget teorien, men det at man faktisk ikke kan se direkte hvad elektronikken laver, med mindre man foretager en måling på kredsløbet, og man foretager en fortolkning af denne måling i forhold til diagrammet og teorien.

Computerdelen af faget

På samme måde som ved den elektriske del af faget kan man se på computerdelen af faget, ved at opstille en model der beskriver hvad man arbejder med i faget, og hvordan det man arbejder med hænger sammen. På Holstebro HTX undervises computerdelen ved hjælp mikrocontrollere, hvilket har indflydelse på modellen.

Denne model kan illustreres med følgende figur:

Computer-model.png

Teorien er alt det der er beskrevet om hvordan koden fungerer, og hvordan den opfører sig i forhold til afvikling af enkelte kodelinjer og strukturer, både hvad der sker af påvirkninger fra input og hvad det resulterer i af output, både set statisk og over tid. Denne teori kan man til dels finde i wikien her, men også andre steder på nettet.

Mikrocontrolleren med koden brændt ind er det aktuelle kredsløb i computer-sammenhængen, som så indgår i den aktuelle elektriske opstilling man opbygger.

Der er mange forskellige måder at beskrive software på, som afhænger af kompleksiteten, hvordan softwaren er skrevet, og hvilke strukturer man har anvendt til softwaren. I de simple tilfælde kan man kigge direkte i koden, og hvor det bliver mere kompliceret kan man kigge på flowcharts, blok-diagrammer, struktur-diagrammer, pseudokode eller state-machine beskrivelser, men tit i sammenhæng med den aktuelle kode.

Det der tit kan gøre det svært at få forståelsen af hvad der sker inde i mikroconterolleren, er ikke så meget teorien om hvad koden laver, men det at man faktisk ikke kan se direkte hvad koden udfører, med mindre man foretager en måling på mikrocontolleren eller en struktureret test af hvordan koden opfører sig. Normalt er man også nødt til at foretage en fortolkning af de målinger og tests i forhold til koden, dokumentationen og teorien.

De fælles områder

Når man arbejder med konstruktioner, der indeholder både programmerbar elektronik og elektriske kredsløb, så er man nødt til at udnytte viden fra begge områder. Det er så heldigt at områderne til dels understøtter hinanden, da det er samme måleteknikker man anvender, og en del af begreberne der andvendes er de samme.

Med kendskab til digital-teknikken, så er der mange dele af programmeringen der giver god mening, og omvendt. Begreberne er tit de samme, og kombinatorikken fra det digitale område kan man gøre god brug af i programmeringen. De sekventielle kredsløb giver også god mening, når man kender den måde en processor arbejder sekvenstielt på.

Den anden overgang mellem programmering og elektronik sker ofte gennem AD- og DA-konvertering, hvor man kan måle en analog værdi ved hjælp af en indbygget AD-konverter i mikrocontrolleren. Ud fra dette kan man i programmet beregne sig frem til det man ønsker og vise det, eller evt. foretage en styring af digitale eller analoge komponenter via udgange på mikrocontrolleren, hvor de analoge kan styres af enten en intern DA-konverter (findes normalt ikke i de mindre mikrocontrollere), eller via PWM-princippet, der angiver en analog værdi ved hjælp at en digital udgang.