MASARYKOVA UNIVERZITA

MASARYKOVA UNIVERZITA PEDAGOGICKÁ FAKULTA Katedra Technické a informační výchovy

Učební pomůcky pro výuky digitální techniky pro základní školy Bakalářská práce

Brno 2012

Vedoucí práce: Ing. Jiří Hrbáček, Ph.D.

Autor práce: Tomáš Podhrázký

Bibliografický záznam PODHRÁZKÝ, TOMÁŠ. Učební pomůcky pro výuky digitální techniky pro základní školy: bakalářská práce. Brno: Masarykova univerzita, Fakulta pedagogická, Katedra pedagogiky, 2012. 58 l., 9 l. příl. Vedoucí bakalářské práce Ing. Jiří Hrbáček, Ph.D.

Anotace Bakalářská práce „Učební pomůcky pro výuky digitální techniky pro základní školy“ se zabývá výukou digitální techniky pomocí učebních pomůcek. Cílem je vytvořit návrh metodiky ve výuce digitální techniky na základních školách pomocí učebních pomůcek. Právě na učebních pomůckách budou ţákům demonstrovány základní pojmy a příklady digitální techniky. Práce je rozdělena do dvou částí. První část je teoretická, ve které se zabýváme základy digitální techniky, jako jsou signály, logické funkce, atd.. Druhá část je věnována samotné výrobě učebních pomůcek. Druhá část práce se nezaobírá jen postupem výroby učebních pomůcek, ale také výrobou dřeva, řezáním, pájením nebo technickou dokumentací. Cílem není jen, zjednodušení výkladu učiva v předmětech digitální techniky, ale také se ţáci věnují základům elektrotechniky, základům nauky o materiálech, při výrobě učebních pomůcek se u ţáků rozvíjí i manuální zručnost.

Annotation Bachelor thesis "Teaching aids for teaching digital techniques for elementary school" deals with teaching techniques using digital teaching aids. The aim is to create a design methodology in the teaching of digital technology in elementary schools with teaching aids. It is on the teaching aids are pupils demonstrated basic concepts and examples of digital technology. The work is divided into two parts. The first part is theoretical, in which we deal with basics of digital technology, such as signals, logic functions, etc.. The second part is devoted to the actual production of teaching aids. The second part is a procedure nezaobírá production of teaching aids, but also the production of wood, cutting, soldering or technical documentation. The goal is not only simplify the interpretation of the curriculum in the subjects of digital technology, but also give students the basics of

electrical engineering, materials science fundamentals, production of teaching aids to pupils develops manual dexterity.

Klíčová slova Digitální technika, učební pomůcky, vyučovací metody, obrábění dřeva, technická dokumentace.

Keywords Digital

technology,

documentation.

teaching

aids,

teaching

methods,

woodworking,

technical

Prohlášení „Prohlašuji, že jsem závěrečnou bakalářskou práci vypracoval samostatně, s využitím pouze citovaných literárních pramenů, dalších informací a zdrojů v souladu s Disciplinárním řádem pro studenty Pedagogické fakulty Masarykovy univerzity a se zákonem č. 121/2000 Sb., o právu autorském, o právech souvisejících s právem autorským a o změně některých zákonů (autorský zákon), ve znění pozdějších předpisů.“

Brně dne 1. prosince 2011

Tomáš Podhrázký

Poděkování Děkuji panu Ing. Jiřímu Hrbáčkovi, Ph.D. za cenné připomínky a odborné rady, kterými přispěl k vypracování této bakalářské práce.

OBSAH ÚVOD ...................................................................................................................................................... 7 1. DIGITÁLNÍ TECHNIKA ............................................................................................................................ 8 1.1. SIGNÁLY .................................................................................................................................................... 8 1.2. ZPRACOVÁNÍ ANALOGOVÉHO SIGNÁLU NA DIGITÁLNÍ ........................................................................................ 11 1.3. ARITMETICKÉ OPERACE VE DVOJKOVÉ SOUSTAVĚ .............................................................................................. 13 1.4. SOUČIN A SOUČET ZOBRAZEN KONTAKTNÍMI SCHÉMATY .................................................................................... 14 1.5. LOGICKÉ OPERÁTORY NOT, OR, AND, NAND, NOR ...................................................................................... 17 2. UČEBNÍ POMŮCKY ............................................................................................................................. 25 2.1. PÁJENÍ .................................................................................................................................................... 25 2.2. TECHNICKÁ DOKUMENTACE ......................................................................................................................... 26 2.3. OBRÁBĚNÍ DŘEVA ...................................................................................................................................... 31 2.4. PRACOVNÍ POSTUP UČEBNÍCH POMŮCEK ........................................................................................................ 36 3. VYUČOVACÍ METODY ......................................................................................................................... 44 ZÁVĚR .................................................................................................................................................... 47 POUŽITÁ LITERATURA: ........................................................................................................................... 48 SEZNAM PŘÍLOH .................................................................................................................................... 50 PŘÍLOHA 1. BLOKOVÁ SCHÉMATA HRADEL (TABULKA).............................................................................................. 50 PŘÍLOHA Č. 2. TYPY ČAR A JEJICH VÝZNAM (TABULKA) ............................................................................................. 52 PŘÍLOHA Č. 3. MATERIÁLNÍ ROZLIŠENÍ DŘEVA V ŘEZU (TABULKA) ............................................................................... 53 PŘÍLOHA Č. 4. BINÁRNÍ SIGNÁL: OVLÁDACÍ DESKA (TECHNICKÝ VÝKRES) ...................................................................... 54 PŘÍLOHA Č. 5. KVANTOVACÍ A VZORKOVACÍ DESKA (TECHNICKÝ VÝKRES) ...................................................................... 55 PŘÍLOHA Č. 6. HRADLO NAND: OVLÁDACÍ DESKA (TECHNICKÝ VÝKRES) ...................................................................... 56 PŘÍLOHA Č. 7. HRADLO NAND: BUCHAR – MECHANIZMUS (TECHNICKÝ VÝKRES) .......................................................... 57 PŘÍLOHA Č. 8. HRADLO NOR: VRCHNÍ DESKA (TECHNICKÝ VÝKRES) ............................................................................ 58

Úvod Práce je zaměřena na základy digitální techniky, pro výuku na základní škole a k zasvěcení dítěte do její problematiky. Výklad základů digitální techniky v hodinách je zaměřen na vyuţívání učebních pomůcek, pro srozumitelnější pochopení dané problematiky v digitální technice. Cílem není pouze zjednodušení výuky, ale také rozvoj ţáka v manuální zručnosti, mezipředmětová spolupráce s předměty jako jsou výtvarná výchova, praktické činnosti, fyzika, elektronika, a další. Práce je členěna do dvou oddílů. Prvním část se nezabývá celou digitální technikou, ale pouze jejími základy. Do základů digitální techniky jsou zařazeny druhy signálů, převod analogového signálu na digitální, logické operace. Druhá část se zaměřuje na praktickou část a na výrobu učebních pomůcek k předchozí teoretické části. Celkem v této práci se nachází čtyři výrobky, které jsou domeček se zvonkem (hradlo NOR), buchar (hradlo NAND), autíčko a semafor (binární digitální signál), deska na vzorkování a kvantování analogového signálu.

7

1. Digitální technika Následující část bakalářské práce je věnována základům bakalářské práce.

1.1. Signály Veškerá data mohou být zobrazena dvojím způsobem, a to buď analogově (spojitě) nebo číslicově (digitálně). Analogové zobrazení: je takové zobrazení, při kterém je informace reprezentována spojitým signálem, tj. signálem, který spojitě nabývá všech hodnot všech svých funkčních hodnot (obr. 1). [1] Fyzikální veličiny, které se vyskytují v našem okolí, jako je např. elektrické napětí, proud, teplota, tlak, atd., jsou spojité. Příroda, která nás obklopuje, je analogová. Proto bylo přirozené, ţe se analogové signály zpracovaly analogovými obvody a přístroji. [3]

Obr. 1 Analogový (spojitý) signál

Signál, který nabývá svých hodnot skokem, je nespojitý signál (digitální) (obr.2). V případě, kdy signál nabývá pouze dvou hodnot (úrovní), mluvíme o binárním (dvouhodnotovém) signálu (obr. 3).

Obr. 2 Digitální signál

Obr. 3 Binární signál

8

Číslicový signál je nejrozšířenějším prostředkem přenosu, směrování a spojování informace. Ve srovnání s analogových signálem vynikají zejména jeho přenosové vlastnosti a snadnost jeho zpracování. Číslicový signál vzniká kódováním spojité nebo nespojité informace. Kódy respektují způsob vyuţití signály a dělí se na kódy pro přenos a kódy pro zpracování informace. Skupina kódů pro zpracování musí umoţňovat snadné provádění především aritmetických a logických operací s prvky. Tyto kódy jsou dvoustavové s odlišením stavu v oblasti amplitud. Další ţádoucí vlastností číslicového signálu jsou: Odolnost proti rušení Nezávislost signálu na druhu informace, nebo sluţby uţivateli Nezávislost na přenosovém mediu Nezávislost na délce trasy Pomoci při detekci výsledku se uplatňují rozhodovací procesy, a to v amplitudě a v čase. Poslední okolnost zdůrazňuje důleţitost taktování při jakékoliv práci s číslicovým signálem. V amplitudové oblasti jsou stanoveny meze dolní úrovně (L) a horní úrovně (H) signálu.[5] Analogová či digitální technika Mnohá elektronická zařízení pracují na základě analogových obvodů. Někteří zastánci číslicové techniky tuto analogovou techniku jednoznačně odmítají a povaţují ji za zastaralou. Jsou přesvědčeni, ţe číslicové technika analogovou všude nahradí. Některé příklady nám ukáţou, ţe mohou existovat výhody i nevýhody analogového či číslicového systému. Podívejme se třeba na způsob zobrazení některých veličin. Příklad: Velikost měření napětí zobrazuje buď výchylka ručky na stupnici měřidla, nebo číselný údaj na displeji. Mnozí si v této souvislosti pokládají otázku, jestli starší analogový způsob měření elektrických veličin má ještě opodstatnění, kdyţ si můţeme vybrat z bohaté nabídky digitálních měřidel. Nabízí se i další otázka: jak je to s přesností měření obou typů měřidel?

9

Analogové vyjádření: Měřidlo s ručkou je typickým představitelem analogového systému a kvůli rozlišení jej nazýváme analogovým voltmetrem. Měří tak, ţe výchylka ručky je přímo úměrná velikosti měřeného napětí. Elektrické napětí se mění spojitě – je to analogové veličina, jako ostatně velká většina fyzikálních veličin, které nás obklopují. Číslicové vyjádření: Číslicový voltmetr udává velikost napětí prostřednictvím číslic zobrazených na displeji. Dosahuje zpravidla vyššího komfortu, jako je např. automatické nastavování řádů. Jinak řečeno sám přepíná polarity připojeného napětí a sám polaritu na displeji vyznačuje. Charakteristické je, ţe údaj zobrazený číslicemi, se mění v určitých krátkých intervalech. Odpověď na shora poloţené otázky nemůţe být proto jednoznačná, jelikoţ oba způsoby mají své přednosti, ovšem i nevýhody. Čím podrobněji se oběma systémy budeme zabývat, tím snáze odhalíme některé slabiny. Zabývali jsme se příkladem se zaměřením posoudit vlastnosti zmiňovaných metod. Podobněji i v mnoha dalších situacích není jednoduché rozhodnout se pro analogový či číslicový systém. Přesto je třeba uznat, ţe součastný vývoj zcela jednoznačně směřuje k číslicovým systémům. A je to právě schopnost automatického řízení mnoha činností součastně, sledovaní probíhajících pochodů, okamţitého vyhodnocování a zapracování zjištěných údajů do dalšího procesu, včetně uschování dat. [4] Číslicová filtrace Filtrací

nazýváme

proces

změn

frekvenčního

spektra

signálu

v některém

z poţadovaných směrů. Tento proces můţe vést k zesílení nebo k ztrátě frekvencí v některém frekvenčních pásem. Filtrace našla mnohé uplatnění, např. při odstranění šumu, pro demodulaci signálu, pro převod diskrétních signálů na analogové atd. Číslicovým filtrem se nazývá číslicový systém, který je moţno pouţít pro filtraci diskrétních signálů. Číslicový filtr můţe být realizován programově na číslicovém počítači nebo s pomocí speciálních přístrojů. Realizace číslicových filtrů programově se objevila zároveň s prvními číslicovými počítači ve čtyřicátých letec, vlastní pojem “ číslicový filtr ” se však začal pouţívat aţ v šedesátých letech. [6]

10

1.2. Zpracování analogového signálu na digitální Převod z analogového signálu na digitální vyuţíváme dvou diskretizací. Digitalizaci provádíme: Diskretizace definičního oboru – vzorkování: rozdělení definičního oboru na konečný počet podmnoţin. Diskretizace oboru hodnot – kvantování: náhrada funkčních hodnot zaokrouhlených hodnotami. [16]

Obr.4. Zpracování analogového signálu na digitální [15]

Vzorkování Podle Shannon-Kotelníkova vzorkovacího teorému (někde uváděno i jako Nyquistův teorém) by vzorkovací frekvence měla být nejméně dvakrát větší, neţ nejvyšší přenášená frekvence. Jen tak lze zajistit její věrný převod. [15]. Vzorkovací vzorec:

fvz 2 fmax 11

Obr.5. Ovzorkovaný analogový signál [15]

Kvantování Je operace, při které se převádí ovzorkovaný signál na kvantovaný signál, který je charakterizován konečným počtem moţných diskrétních hodnot. To znamená, ţe přesné hodnoty vzorku x(n) jsou vyjádřeny se zvolenou konečnou přesností kvantovanými hodnotami xq(n). Kvantování na rozdíl od vzorkování, vţdy způsobuje pokles kvality signálu, neboť zpětně jiţ nelze určit původní hodnoty vzorku. Pro kvantování vzorku signálů je význé zaokrouhlování.[17]

Obr.6. Princip kvantování [17]

12

1.3. Aritmetické operace ve dvojkové soustavě Provádění operací ve dvojkové soustavě je jednodušší neţ v desítkové, protoţe pracujeme jen se dvěma číslicemi 0 a 1. Sčítání dvojkových čísel se provádí v logických obvodech, tzv. sčítačkách. [1] Sčítání dvojkové soustavy součet 0 1 1 10

0+0= 0+1= 1+0= 1+1=

Zapsání součtu 0 1 1 0

Carry (přenos) 0 0 0 1

Tab. 1. Součet dvojkové soustavy (dvě čísla)

součet 0 1 1 10 1 10 10 11

0+0+0= 0+0+1= 0+1+0= 0+ 1 + 1 = 1+0+0= 1+0+1= 1+1+0= 1+1+1=

Zapsání součtu 0 1 1 0 1 0 0 1

Carry (přenos) 0 0 0 1 0 1 1 1

Tab. 2. součet dvojkové soustavy (tři čísla)

Příklad: Sečtěte tři dvojková čísla – A = 100112; B = 10112; C = 11112 Řešení: V nejniţším (prvním) řádu se nachází součet tří jedniček. Výsledkem tohoto součtu v tomto řádu je 112, takţe do výsledku píšeme jedničku a součastně nastává přenos do vyššího řádu, kam opět přenášíme jedničku. 10011 1011 1111 101101 Výsledek:

Součet čísel A + B + C = 1011012

Dvojkové násobení Násobení ve dvojkové soustavě se provádí podobně jako v desítkové soustavě postupnými součty a posuny částečných násobků násobence, výhodou je, ţe násobíme jen 0 nebo 1. [1] 13

0.0= 0.1= 1.0= 1.1=

součet 0 0 0 1

Tab. 3. součin dvojkové soustavy

Příklad: Sečtěte tři dvojková čísla – A = 1111112; B = 1012 Řešení: Násobitel má tři řády. Kaţdým řádem násobíme násobence zvlášť a posléze uděláme součet dvojkové soustavy. 111111 x

100

000000 000000 111111 11111100 Výsledek: Součin A x B = 111111002

1.4. Součin a součet zobrazen kontaktními schématy Logické obvody mohou být realizovány jako kontaktní tj. pomocí tlačítek, spínačů, stykačů, relátek, apod., nebo také bezkontaktně, výhradně jsou realizovány pomocí číslicových integrovaných obvodů. Při návrhu kombinačně logického obvodu je jeho schéma, které je podkladem pro jeho technickou realizaci. Východiskem pro jeho nakreslení je minimalizovaný algebraický výraz. Nejstarší, ale stále pouţívané je kontaktní schéma. [2] Pro realizaci logických obvodů se dají vyuţít I blokové schémata. Opět při jeho realizaci se vychází z minimálního algebraického výrazu. V praxi se kreslí bloková schemata typu: AND, NAND, OR, NOR, NOT (bloková schémata těchto hradel najdeme v příloze č.1). Příklad na kontaktní schéma zapojení Máme čtyři vstupy A, B, C, D a výstup Z. Zjednodušíme to pomocí algebraického výrazu a uděláme zapojení pomocí kontaktního zapojení a blokového.

14

Vytvoříme si pravdivostní tabulku A 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1

B 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1

C 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1

D 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1

Z 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0 0 0

Tab. 4. pravdivostní tabulka

Kde se na výstupu Z nachází jednička, vypíšeme všechny čtyři vstupy. Kde na vstupu je nula je vstup negovaný. Zjednodušení pomocí Karnaughovy mapy.

Tab. 5. Kargnaughova mapa

Pro zjednodušení výrazu, veškeré jedničky dáme do smyček. Ve smyčce se mohou nacházet pouze jedničky 2n (1, 2, 4, 8, 16, 32….). Pro zjednodušení vypíšeme smyčky. Z = ACD + ABD+ ABD + ABC

15

Toto je výsledek zjednodušení. Zjednodušit se výraz můţe i pomocí disjunktivního nebo konjunktivního výrazu, ale je to těţší neţ pomocí Karnaughovy mapy. Kontaktní schéma zjednodušeného výrazu:

Obr. 7. kontaktní schéma

Blokové schéma tohoto zapojení: Z = ACD + ABD+ ABD + ABC Blokové schéma složeno z hradel AND a OR.

Obr. 8. Blokové schéma z AND a OR

16

Z tohoto zjednodušeného algebraického výrazu vytvoříme blokové schéma. Prve musíme udělat dvojitou negaci (pro hradla NAND), která zachová stejný význam výrazu, ale usnadní nám tvorbu blokového schématu. Z = ACD + ABD+ ABD + ABC Z = ACD * ABD * ABD * ABC Po rozdělení spodní negace z dvojité negace, se znaménko „„+„„ změní na znaménko„„*„„ (krát).

Obr. 9. Blokové schéma z hradel NAND

1.5. Logické operátory NOT, OR, AND, NAND, NOR Polovodičová technika realizuje obvody, kterými jsou vytvářeny logické signály reprezentujících funkční hodnoty dvouhodnotových logických funkcí. Ze základů binární logiky plyne, ţe realizace libovolné funkce lze vyuţít soustavy logických členů, které plní funkce logického součinu a negace. Jsou to operátory AND, OR, NAND, NOR. Pro realizaci libovolné funkce vybíráme takové členy, které vedou na jednodušší zapojení logického systému. Předchozí podkapitola. [3]

17

Logický operátor provádí se vstupními proměnnými logickou operaci. Logický člen je jednoduchý elektronický obvod, zabudovaný v pouzdře integrovaného obvodu. Logický člen se vyznačuje logickou funkcí, podle které pracuje. Úplný systém logických funkcí umoţňuje realizovat jakékoliv funkce vstupních proměnných. [4] Příklad některých IO Typ 7400 7402 7408 7432

Funkce 4x2vstupové hradlo NAND 4 x 2vstupové hradlo NOR 4x2vstupové hradlo AND 4 x 2vstupové hradlo OR

Tab. 6. IO hradel NAND. NOR? AND, OR

Napěťové úrovně logické 1 a 0

Obr.10. Vstupní a výstupní napěťové úrovně log. 1a 0

Logický operátor OR Také se označuje jako logický operátor nebo, jedná se o součtový operátor. Logickou funkcí představuje logický součet, vyjádřený vztahem Y = A + B + C. Počet proměných odpovídá, kolik vstupů hradlo OR má. [4] 18

Schematické značky hradla OR se nachází v příloze č. 1. Charakteristickým znakem symbolu OR v normě ČSN je v pravém horním rohu napsána malá jednička. Vstupní veličiny zakreslujeme k levému okraji obdélníku (hradla), výstupní veličinu na opačnou stranu. [4] Zakreslení operátoru OR v kontaktním schématu je paralelní řazení spínačů, vypínačů, relátek, atd.

Obr. 11. Kontaktní zapojení operátoru OR

Pravdivostní tabulka 3vstupového hradla OR A 0 0 0 0 1 1 1 1

B 0 0 1 1 0 0 1 1

C 0 1 0 1 0 1 0 1

Y 0 1 1 1 1 1 1 1

Tab. 7. Pravdivostní tabulka hradla OR

19

Logický operátor AND Označení tohoto logického operátoru obsahuje spojku převzatou z angličtiny. Je to operátor vyjadřující logický součin, jehoţ funkci vyjadřuje rovnice Y = A * B * C. Znamená to, ţe výstup má logickou 1 jen v tom případě, ţe na vstupu jsou součastně logické jedničky. Charakteristickým znakem symbolu AND v normě ČSN je v pravém horním rohu napsán malý znak anglického and „„&„„. [4] Schematickou značku naleznete v příloze č. 1. Příkladem, na kterém se dá vyjádřit operátor AND v běţné praxi je např. buchar. Pro spuštění z bezpečnostních důvodů, se vyuţívají dvě tlačítka. Kdyţ vypíšeme pravdivostní tabulku pro buchar. Vstupní veličina A = jedno tlačítko, B = druhé tlačítko, Z = výstup, tato veličina vyjadřuje i buchar. Jedná se tedy o 2vstupové hradlo AND. A 0 0 1 1

B 0 1 0 1

Z 0 0 0 1

Tab. 8. Pravdivostní tabulka AND (buchar)

Z pravdivostní tabulky je vidět, ţe buchar bude spuštěn pouze, kdyţ budou obě tlačítka stisknutá, neboli budou vstupní hodnoty rovny logické jedničce. Kontaktní schéma pro náš příklad je zobrazeno na obrázku 8. Využití dvou vstupů nebo-li dvou tlačítek.

Obr. 12. Kontaktní schéma hradla AND (buchar)

20

Pro konstrukci integrovaných obvodů se uplatňuje poţadavek, co nejvíce zmenšit počet operátorů k vytvoření úplného systému logických funkcí. Takto vznikly další dva operátory a to NOR A NAND. [4] Logický operátor NOR NOR představuje úplný logický systém. Znamená to, ţe umoţňuje realizovat tři základní operátory: logický součin, logický součet a negaci. Základ logického operátoru NOR tvoří operátor OR, k jehoţ výstupu je připojen invertor (negace). Ke znaku operátoru OR připojujeme na výstupní straně malý krouţek. Negace se objeví i v názvu prostřednictvím N na začátku názvu:[4] NOT OR

NOR

Schematickou značku naleznete v příloze č. 1. Stručný popis hrabal NOR

Obr. 13. Vnitřní zapojení 2vstupového hradla NOR [3]

21

Pokud jsou na výstupech A a B napětí, odpovídá to úrovni logická 0. Tranzistory T1 a T2 nasyceny a tranzistory T3 T4 uzavřeny a na výstupu je logická hodnota 1. Jestliţe se na jediném výstupu objeví napěťová úroveň odpovídající se hodnotě 1, uzavře se přechod bázeemitor tranzistoru T1 nebo T2 a otevře se tranzistor T3 nebo T4. Nasycení tohoto tranzistoru dojde k otevření tranzistoru T6 a na výstupu se objeví napěťová úroveň logické 0. [3] OR B 0 1 0 1

A 0 0 1 1

Z 0 1 1 1

A 0 0 1 1

NOR B 0 1 0 1

Z 1 0 0 0

Tab. 9. Porovnání pravdivostních tabulek OR a NOR

V levé tabulce je vidět pravdivostní tabulka hradla OR a v pravé NOR. Z tabulky je vidět, ţe u operátoru OR je na výstupu logická jednička, kdyţ na vstupu je minimálně jedna jednička. A u operátoru NOR je na výstupu 1 kdyţ na vstupu není ani jedna jednička, takţe na vstupu musí být pouze logický 0. Logický operátor NAND NAND je další operátor, jehoţ existenci ovlivnila snaha o zmenšení počtu vyráběných logických členů. Při negování operátoru AND pomocí NOT získáme NAND, jehoţ značka se nachází v příloze č. 1. [4]

NOT AND

NAND

Logické hradlo TTL bylo prvním logickým členem. Nejtypičtějším vnitřním uspořádáním hradla je NAND v technologii TTL standart. Toto hradlo existuje v praktické realizaci pod označením 7400. Důleţitou součástí NAND je TTL víceemitorový tranzistor, pomocí něhoţ je logický součin realizován. [3]

22

Obr. 14. Vnitřní zapojení 2vstupového hradla NAND [3]

Je-li na jednom ze vstupu A, B na úrovni logické 0, je přechod báze - emitor tranzistoru T1 otevřen a prochází ním ze zdroje napětí přes rezistor R1 proud do vnějšího vstupního obvodu. Tranzistor T1 je nasycen a na kolektoru se nachází napětí přibliţně shodné s napětím emitoru. Tranzistor T2 je proto uzavřen, na rezistoru R3 je nulové napětí a je tedy uzavřen i tranzistor T4. Přes R2 prochází do báze tranzistoru T3 proud a na výstupu je napětí odpovídající úrovni logická 1. Jeho hodnota je dána napájecím napětím U=5V, sníţeným o úbytek napět na přechodu báze-emitor tranzistoru T3 a o úbytek napětí na diodě D. [3] AND A 0 0 1 1

B 0 1 0 1

Z 0 0 0 1

NAND A 0 0 1 1

B 0 1 0 1

Z 1 1 1 0

Tab. 10. Porovnání pravdivostních tabulek AND a NAND

Funkci negovaného operátoru ukazuje pravdivostní tabulka 11, kde můţeme obě funkce porovnat. Třebaţe tabulka obsahuje pouze dvě proměnné, stejná pravidla platí pro více proměnných. Z tabulky je vidět, ţe výrok Z je funkce NAND opačný neţ u funkce AND. Aby 23

se u AND objevila na vstupu jednička, musí být na obou vstupech logický 1. U funkce NAND je to opačné, pokud chceme na výstupu logickou 1, nesmí být na vstupu samé logické 1. [4]

24

2. Učební pomůcky Tato kapitola se zaměřuje na výrobu a funkci učební pomůcky. Taktéţ se kapitola zaměřuje na základy správného pájení, obrábění dřeva a základy technické dokumentace.

2.1. Pájení Pájení patří k nejstarším způsobům spojování za tepla. Nejvýhodnější pouţití pájení je v sériové a hromadné výrobě drobných a středně velkých součástí, kde se vyţaduje vysoká produktivní práce. [8] Pájedel a páječek se pouţívá při měkkém pájení k ohřátí spojování materiálů a k nanášení pájky. Pájedla se ohřívají v peci nebo jiném topném zařízení. Páječky mají vlastní zdroj tepla pro ohřátí pájecího hrotu. Výjimkou je ultrazvukové pájecí zařízení, u kterého je nutno při pájení pouţít pro ohřátí spojovacích součástí zvláštního zdroje tepla. Rozeznáváme tyto druhy pájedel a páječek: [7] Obyčejná pájedla Elektrické páječky s odporovými topnými články Elektrická transformátorová páječka Klempířské páječky Plynové páječky Ultrazvukové pájecí zařízení [7] Vlastní pájení vyţaduje dodrţení těchto pracovních podmínek: Čistotu a vhodnou úpravu pájených ploch Výběr vhodné kombinace základních materiálů – pájka – tavidlo Zajištění polohy dílů před pájením Volba vhodného způsobu ohřevu Vytvoření optimálních podmínek tečení pájky ve spoji [8] 25

2.2. Technická dokumentace Nejen pro práci se dřevem, ale i s ostatními materiály, je důleţitá technická dokumentace. Pro výrobu výrobků je důleţitý koncept, který výrobci udá jak má daný výrobek vypadat, jaké má mít rozměry a můţe udat i z jakého materiálu má být vyroben. Návrh výrobku můţe být nakreslen od ruky, tzv. náčrt, nebo narýsován. V této podkapitole se zaměříme na zásady kreslení od ruky, typy čar, řezy a průřezy, kótování. Kresba od ruky je základním prostředkem vyjádření technika a měla by být vţdy provedena pomocí tuţky. Nikdy by technik neměl kreslit náčrty perem nebo fixem, tyto kresby jiţ není moţné dále upravovat. Kreslení tuţkou od ruky je poněkud odlišné od práce s kreslícími pomůckami. [9] Pár zásad pro kreslení od ruky: Správné drţení tuţky při kreslení svislých a vodorovných čar. Kruţnice kreslit pomocí pomocné osy a několika bodů oblouku. Čerchovaná čáry musí mít na konci čárky, nikoliv tečky. Vţdy dbát na to, abych se pohybem ruky nerozmazávaly čáry. Vţdy pracujeme s čistými kreslícími pomůckami, nezapomínáme i na čistotu rukou a rukávů svého oděvu. Předpokladem dobré práce je správné drţení těla a správné drţení kreslících pomůcek. Správné osvětlení pracovní plochy, pro praváky osvětlena z leva, zepředu a se shora. Pro leváky zprava, zepředu a se shora. Poskytnout očím krátký odpočinek a několikrát se zhluboka nadechnout. [9] Čáry Čára je základním prostředkem pro zobrazování na výkrese. Kreslí se buď od ruky, nebo pomocí technických pomůcek. Kaţdá čára je charakterizována svým uspořádáním, tedy jednotlivými prvky, kterými je čára tvořena, a tloušťkou. Tloušťky čar se rozdělují podle vzájemného poměru na čáry tenké, tlusté a velmi tlusté, při čemţ platí [9]: Tenká čára: tlustá čára: velmi tlustá čára = 1 : 2 : 4 26

Příklad: tenká čára = 0,25mm : tlustá čára = 0,5 mm : velmi tlustá čára = 1 mm. [9] Typy čar nalezneme v seznamu příloh, příloha č. 2. Technické zobrazování Existují dva typy technického zobrazování objektů. Velmi nejpouţívanější metodou je plošné zobrazení 2D, kdy nahlíţíme na těleso v určitém směru a výsledný pohled promítneme na určitou rovinu. Názornější, ale těţší na kreslení je 3D prostorové znázornění. [9]

Obr. 15. Typy čar a jejich význam [9]

Pravoúhlé promítání Nejpouţívanější promítání ve strojírenském kreslení. Objekt je promítán na tři aţ šest kolmých průměten. Existují dvě metody pravoúhlého promítání. Metoda promítání 1, nebo-li ISO –E (promítání evropské). Metoda promítání 3, nebo-li ISO – A (promítání americké). [9] Evropská metoda promítání:

U evropské metody promítání se kreslený pohled z jakékoliv straněna protější stranu, jako by jsme na objekt svítili světlem a obkreslovali na protější straně jeho stín v měřítku 1:1. Např. Kdyţ kreslíme objekt z pravé strany, musíme ho nakreslit na levou stranu.

27

Obr. 16. Evropské promítání [9]

Americká metoda promítání:

Obr. 17. Evropské promítání [9]

U americké metody promítání se kreslený pohled z jakékoliv strany, kreslí na tu stranu, z které se díváme. Např. Kdyţ kreslíme objekt z levé strany, musíme ho nakreslit na levou stranu.

28

Řezy a průřezy Správné pouţití průřezů a řezů ba výkresech zvyšuje názornost obrazu, usnadňuje kótování vnitřních dutin součástí a často ušetří kreslení dalších průmětů. U součástí, ve kterých se nachází vnitřní dutiny nebo díry se vyuţívá řezu a průřezu. Materiál v řezu či průřezu se vyznačuje šrafováním. [9] Řez: zobrazuje ty části tělesa, která leţí v rovině řezu a za ní. [9]

Obr. 18. řez součástí [10]

Průřez: zobrazuje pouze části leţící v rovině průřezu. [9]

Obr. 19. řez součástí [10]

29

Rozlišení plochy řezu podle druhu materiálu

Obr. 20. Rozlišení plochy řezu podle druhu materiálu [10]

Většina učebních pomůcek je vyrobena ze dřeva, takţe materiální rozlišení dřeva v řezu nalezneme v příloze č. 3. Kotování Kóta je číslo určující poţadovanou nebo skutečnou velikost rozměrů nebo polohu předmětů a jeho částí, bez zřetele na měřítko, ve kterém je předmět zakreslen. Kaţdý prvek se ve výkrese kótuje jen jednou a převáţně se udává v milimetrech. Kóty se umisťují v tom pohledu nebo řezu, v němţ je jasný jejich vztah ke kótovanému prvku. Kóty téhoţ prvku se umisťují pokud moţno do jednoho obrazu. Formální uspořádání kót musí odpovídat stanoveným pravidlům tak, aby byla zajištěna jednoznačnost a přehlednost celé soustavy kót. Kóta, kótovací čára i hraniční značky mají při zobrazení přednost, ostatní čáry se v jejich okolí přeruší. [9] Kótovací čáry – kreslí se rovnoběţně s kótovaným rozměrem nebo jako kruhový oblouk se středem ve vrcholu úhlu. Kótovací čáry se nemají vzájemně protínat, nesmí splynout s jinou čarou. [9] Pomocné čáry – kreslí se kolmo na kótovaný prvek nebo směřují do vrcholu úhlu. Jestliţe by takto nakreslená kóta byla nejasná, nakreslí se pomocné čáry šikmo. [9] Odkazové čáry – kreslí se převáţně lomené tak, aby zapsání kóty bylo rovnoběţné s dolním okrajem výkresu. [9]

30

2.3. Obrábění dřeva Dřevo – je velmi důleţitá surovina, která se tvoří uvnitř dřevin (stromovitých a keřovité rostliny). Jeho vyuţití je velmi rozsáhlé. Pouţívá se na stavbu domů, k výrobě nábytků, podlah, hudebních nástrojů, rýsovacích desek. Z brusných dříví se vyrábí obalový a novinový papír. Dřevovina je velmi cenná surovina zpracovávaná na celulózu, z níţ se zhotovují jakostní papíry, umělá vlákna a jiná materiály. Jako výrobní materiál má dřevo mnoho cenných vlastností, neboť se snadno opracovává, dobře spojuje a klíţí, natírá, dále je dobrý izolant. [11] Řezivo, jeho druhy a rozměry- podélným rozřezáním kulatiny na pilách (katrech) rámovou nebo pásovou pilou vzniká: Řezivo deskové (prkna, fošny a krajiny), Řezivo hraněné (hranoly a hranolky), Řezivo polohraněné (polštáře a trámy) Řezivo drobné (lišty a latě). [11]

Vyráběné řezivo je možné dělit do následujících kategorií: Dřevo na stavební konstrukce – svým významem patří k důleţitým produktům ve výrobě řeziva a pilařských produktů. Zahrnuje jehličnaté tak i listnaté řezivo, které má vhodné fyzikální vlastnosti pro dřevěné stavební konstrukce. Zpravidla jsou nejpouţívanější smrk, jedle a borovice. [12] Neopracované přířezy řeziva[12]:  na nábytkové dílce – běţně se vyrábějí v tloušťkách 22 aţ 60 mm a v šíři od 200 do 2500 mm. ,  na ohýbaný nábytek – vyrábí se do maximální délky 3000 mm s odstupňováním po 10 mm.

31

 na vlisy – jsou to materiály na výrobu parketových vlisů a mozaikových lamel. Vyrábějí se z dubu a ostatních tvrdých listnatých dřevin. Opracované přířezy – vyrábí se opracováním ploch, boků a čel povrchu přířezu řeziva. Vyuţívá se i strojů na frézování na hrubé a čisté frézování vyráběného materiálu. [12] Dýhy a překližky – dýhy jsou tenké listy dřev vyráběné loupáním nebo krájením na loupacích nebo krájecích strojích z vybraného dřeva, jehličnaté (borovice, smrk, modřín) a listnaté stromy (dub, buk, jasan, topol). [11]

Obr. 21. Krájení dýhy vlevo, loupání dýhy vpravo. A – nůţ, b- tlačná lišta. [11]

Překliţované desky jsou sloţeny ze tří nebo vice vrstev dřeva lepených na sebe tak, aby se jejich vlákna kříţila v pravém úhlu. Dělí se na překliţky a laťovky. Překliţky mají všechny vrstvy z loupané nebo krájené dýhy. Překliţky se vyrábějí v tloušťkách 3, 4, 5 aţ 12 mm. Lícová strana překliţek bývá opatřena překliţovačkou (vrchní dýha) lepší jakosti neţ rubová strana. Laťovky jsou konstrukční desky vyrobené oboustranným překlíţením laťového středu. [11]

Obr. 22 sloţení třívrstvé překliţky (vlevo) a třívrstvé laťovky (vpravo). A – překliţovala, b – překliţkový střed, c – značené překliţky, d – značení laťovky. [11]

32

Ruční opracování dřeva Mezi základní opracování dřeva patří řezání, hoblování, vrtání, dlabaní, soustruţení a broušení. Spojování součástí nebo dílců se provádí lepením, hřebíky, vruty, šrouby nebo je ještě zajišťujeme vhodnou vazbou, jako jsou čepy, rozpory, dlaby, kolíky, ozuby, atd..). Důleţitou součástí, před kaţdým opracováním dřeva i jiných materiálů, je důleţité měření a rýsování. Na dřevo rýsujeme pomocí pravítka nebo úhelníku, obyčejnou měkkou tuţkou. Čáry rýsované inkoustovou tuţkou se při úpravě povrchu rozpíjejí. A veškeré rozměry měříme pomocí metrů. Metry máme skládací, tyčové, svinovací. [11] Řezání dřeva Řezání je základní operací při opracování dřeva. Podle směru řezání se rozlišují pily pro příčné řezaní, pro podélné řezání a pro řezání v libovolném směru. Tyto typy pil se liší rozměry, úpravou, tvarem a velikostí rubů. Rozeznáváme pily s trojúhelníkovitým ozubením nesouměrným (pro řezání v jednom směru) a pily s trojúhelníkovitým ozubením souměrným (pro řezání v obou směrech). Aby pilové listy nebyly při práci se dřevem svírány, vyuţívá se rozvodu pily. Zuby pily jsou vychýleny střídavě na jednu a druhou stranu. Velikost rozvodu záleţí na vlhkosti a tvrdosti řezaného dřeva (viz. Obr. 19). [11]

Obr. 23 Ozubení pily: a – souměrná, b – nesouměrná, c – rozvod pily . [11]

Druhy pil Ruční rámová pila – také se jí říká truhlářská pila. Její pilový list bývá upnutý v dřevěném nebo kovovém rámu. List natáčíme pomocí dvou rukojetí a napínáme stáčením motouzu kolíkem. [11]

33

Obr. 24 Rámová pila . [11]

Řezání rámovou pilou vyţaduje zručnost a je namáhavé. Rámovou pilou přeřezáváme prkna napříč a krácené kusy rozřezáváme po délce. Před řezáním pilu musíme seřídit. Zkontrolovat, jestli není pilový list překroucený a podle potřeby jej natočit tak, aby při svislé poloze listu byl rám odkloněný vpravo. [11] Ocasky – jsou to pily s vyztuţeným nebo s nevyztuţeným hřbetem. Jejich pilový list je vsazen do dřevěné nebo do plastové rukojeti a zanýtován. Vyuţíváme ji pro řezání překliţek. Při řezání je překliţka připevněna k desce stolu nebo hoblici ztuţidlem tak, aby vřeteno ztuţidla směřovalo dolů. [11] Čepovky – Mají jemné ozuben. Pouţívají se k přiříznutí čepů, lišt, kolíků, atd. Díky jejich pouţití nesou název čepovky. Lišty, úzká prkénka a tyče přeřezáváme v pokosnici. Pokosnice má pravoúhlé a pokosné zářezy pro vedení pily. Pro řezání stejné délky vyuţijeme hřebíčku, který přiklepneme na dno pokosnice a tím dosáhneme stejné délky u řezání materiálu.[11] Děrovka – Má úzký a je konci zúţený pilový list. Vyuţívá se k vyřezávání otvorů uvnitř plochy. [11]

Obr. 25 Ruční pily – a: ocaska, b: čepovka, c: děrovka . [11]

34

Řašplování a pilování Rašple – pouţívá se k hrubšímu odebírání dřeva. Zuby rašple jsou sekané špici. Podle velikosti a hustoty zubů se rašple dělí na hrubé, střední a jemné. Dále máme ploché, půlkruhové a kruhové rašple. [11] Pilník – má rovnoběţné, šikmo vedené seky. Sek je buď jednoduchý, nebo ve dvou směrech (kříţový sek). Kříţový sek se vyuţívá pro jemnější opracování. Tvary pilníku jsou ploché, půlkruhové, kruhové, čtyřhranné, jazýčkové, tříhranné. Podle hustoty seku máme pilníky hrubé, střední, jemné a velmi jemné. [11] Spojování dřeva – dřevo můţeme spojovat více způsoby, hřebíky, vruty, lepením, kolíkováním, nebo čepy. Hřebíky pouţíváme i u klíţení, jako pomocné zajištění. Vruty pro spojení dvou či více částí pouţíváme u předmětů, které jsou vystaveny větší vlhkosti, nebo vibračním účinkům, nebo také tam, kde potřebujeme pevnější spojení.

35

2.4. Pracovní postup učebních pomůcek Binární signál: Dvoustavový semafor Nářadí: Ruční pila (ocaska, čepovka, rámová pila), jemný pilník, vrtačka, lupénková pilka, elektrická transformátorová páječka, pájedlo, kladívko, tuţka, pravítko, štípací kleště, měřící přístroje (multimetry). Materiál potřebný pro výrobu: Dřevěné laťky, překliţku, autodráhu, led diody (červená a zelená), dvoupólový přepínač, kolíbková dvoupólový přepínač, měděné dvoubarevné vodiče, tuţkové baterie, pouzdro na dvě tuţkové baterie, redukce k pouzdru na baterie, hřebíčky, karton. Postup: Nařeţeme si podle výkresu dřevěné laťky na dané rozměry pilkou na dřevo. Uřízneme překliţku na daný rozměr, který máme na výkresu v příloze č. 4. Na překliţku si narýsujeme otvory na diody a přepínače. Pomocí pilníku opracujeme otřepy, které nám vznikly při řezání latěk, překliţky. Pomocí pilníku i srovnáme špatné řezy, které mohly vzniknout. Z latí a z překliţky za pomocí hřebíčků a kladívka, stlučeme krabičku, do které ukryjeme napájení a vodiče. Nachystáme si vodiče, s kterými budeme rozvádět napětí uvnitř krabičky. Pro propínání pouţijeme kalafunu, pájku (cín), trafo páječku. Prvně si napájíme vodiče na LED diody, jednu barvu na anodu a druhou na katodu. Důleţité je barvy dodrţovat. Nezapomenout na zelenou LED diodu naletovat delší vodiče, protoţe z této diody pokračuje napájení na autodráhu, takţe na anodu napájíme např. červený vodič a z katody jde opět červený vodič, protoţe je to plusový kabel, který pokračuje na jednu kovovou stopu autodráhy. Pomocí multimetru si propípeme přepínač, abychom věděli, na které kontakty napájíme které diody. Dále si napájíme dvoupólový přepínač, na přepínání LED diod. Opět je důleţité dodrţet barvy vodičů a hlavně napájet je na správné kontakty, které jsme si uţ předtím propípali pomocí měřícího přístroje. 36

Na autodráhu naletujeme vodič od zelené LED diody, to je kladný bod a na druhou kovovou část naletujeme vodič záporný vodič (většinou černo-červený), který bude napájen na černo-červený vodič redukce k pouzdru na baterie. K tomuto vodiči i napájíme vodič od katody červené LED diody. Do pouzdra na baterie vloţíme tuţkové baterky a odzkoušíme, jestli máme vše správně zapojené. Pokud je vše v pořádku, schováme všechno do krabičky (kromě drátku k autodráze) a zakryjeme spodní stranu krabičky kartonem (přilepením nebo sešitím sešívačkou).

Obr. 26 Schéma zapojení dvoustavového semaforu

Obr. 27 Ovládací panel semaforu (vlevo), Autodráha s ovládáním (vpravo)

37

Deska na vzorkování a kvantování analogového signálu Nářadí: ruční pila (čepovka nebo pilka na ţelezo), jemný pilník plochý (půlkulatý), vrtačka, vrták o průměru 1,5 mm, smirkový papír. Materiál potřebný pro výrobu: Průhledný plast (plexisklo) nebo tenká dřevo (slabá překliţka), čtverečkovaný papír, lepidlo na papír, lihový fix, pravítko, nůţky, líh. Postup: Na plast či dřevo si narýsujeme daný rozměr podle technického výkresu (příloha č. 5). Na plast rýsujeme pomocí lihového fixu, čára je lépe viditelná a nejde lehce smazat. Pomocí ruční pily vyřízneme obdélníkový polotovar, který následně opracujeme a hrany zapravíme pomocí jemného pilníku. Vezmeme čtverečkovaný papír a vystřihneme stejný rozměr, jako je velikost obdélníkového polotovaru. Vystřiţený papír nalepíme na obdélníkový polotovar pomocí lepidla na papír. Díky vlepení čtverečkovaného papíru máme uţ rozměřené míry na vrtání děr. Tímto krokem si ušetříme čas a usnadníme čas, protoţe nemusíme rozměřovat jednotlivé středy děr. Chvíli necháme lepidlo zaschnout a začneme vrtat jednu díru vedle druhé vrtákem o průměru 1,5 mm pomocí stojanové vrtačky. Od okraje necháme mezeru 10 mm. Pod desku si poloţíme dřevěný špalík, abychom nevytrhávali kousky dřeva a nebo napraskla plastová deska při vrtání. Po vyvrtání odlepíme čtverečkovaný papír. Z plastu se ho nejlépe zbavíme pomocí vody, ze dřevěné desky ho slepíme a pomocí smirkového papíru obrousíme zbytek lepidla s papírem a zahladíme vrchní stranu desky.

38

Obr. 28 konečná podoba výrobku

Hradlo NOR/OR: Zvonek a tři tlačítka Nářadí: Pila na dřevo (ocaska, ruční rámová pila), štípací kleště, vrtačka, sada vrtáků, jemný pilník plochý, elektrická transformátorová páječka, pájedlo, kladívko, Materiál potřebný pro výrobu: Dřevěné laťky, překliţka, transformátor 230V/ 6 V (aţ 10V), zvonek, tři zvonková tlačítka (nebo tlačítkový spínač), měděné vodiče, přívodový kabel se zástrčkovou vidlicí, hřebíčky, karton. Postup: Podle výkresu (příloha č. 8) si nařeţeme dřevěné laťky a překliţku na daný rozměr. Pomocí pilníku si zahladíme otřepy a srovnáme hrany latěk a překliţky. Do překliţky si vyvrtáme otvory pro tlačítka a pro přívodový kabel. Otvory vrtáme podle průměru zvonkových tlačítek, nikoliv podle výkresu, kaţdý můţe mít jiný spínač. Pomocí hřebíčků a kladiva, stlučeme z latěk a z překliţky krabičku, ve které budou taţené vodiče k tlačítkům od transformátoru.

39

Na primární část transformátoru připájíme nebo pomocí čokoládky (kabelová svorka) připevníme přívodový kabel se zástrčkovou vidlicí. Na sekundární část transformátoru stejným způsobem připevníme vodiče k tlačítkům, pouze k jednomu vodiči na sekundární straně transformátoru. Vodiče z transformátoru napájíme na tlačítka, také na tlačítka napájíme vodiče, které naletujeme na zvonek. Vodiče vytáhneme otvorem, kde bude umístěn zvonek (na vrchní straně desky. Opět jen na jednu svorku zvonku, nikoliv na obě dvě. Pro uzavření obvodu napájíme nebo pomocí šroubku, který je na svorkovnici zvonku připevníme jeden vodič, který bude spájen nebo pomocí čokoládky připevněn k volnému vodiči sekundární části transformátoru. Zvonek i transformátor je umístěn na vrchní straně desky, stejně jak tlačítka ke zvonku. Pro bezpečnost, zaděláme spodní část kartonem. Dle vlastní fantazie zvonek s transformátorem schováme např. pod domeček. Transformátor se zvonkem musí být chovaný, aby nehrozilo dotknutí se napětí 230 V na primární straně transformátoru. Přiklad uschování je na obr. 30.

Obr. 29 Schéma zapojení zvonku

40

Obr. 30 Příklad uschování transformátoru a zvonku. Pod střechou (vpravo), s odkrytou střechou (vlevo)

Hradlo NAND: Buchar Nářadí: Pila na dřevo (ocaska, ruční rámová pila), pilka na ţelezo, štípací kleště, vrtačka, sada vrtáků, jemný pilník plochý, elektrická transformátorová páječka, pájedlo, kladívko, závitníky. Materiál potřebný pro výrobu: Dřevěné laťky, překliţka, kulatina o průměru 10mm, ţelezná pásovina šíře 10 mm, servomotorek (motorek z autíčka z autodráhy), dvě spínací tlačítka, měděné vodiče dvou barevné, tuţkové baterie, pouzdro na dvě tuţkové baterie, redukce k pouzdru na baterie, hřebíčky, drát, karton, dřevěný špalík, nýty, plíšek, podloţka, matka. Postup: Podle výkresu (příloha č. 6) si nařeţeme dřevěné laťky a překliţku na daný rozměr. Pomocí pilníku si zahladíme otřepy a srovnáme hrany latěk a překliţky. Do překliţky si vyvrtáme otvory pro tlačítka, pro přívod vodičů k motorku a pro stojan na kladivo bucharu. Umístění otvorů a průměry vrtáme podle výkresu (u tlačítek se řídíme podle jejich průměru). Pomocí hřebíčků a kladiva, stlučeme z latěk a z překliţky krabičku, ve které budou taţené vodiče k tlačítkům a k motorku a bude zde i uloţeno napájení. Podle schéma zapojíme celý elektronický obvod. Nachystáme si vodiče na danou délku ve dvou barvách. Na tlačítka napájíme tři vodiče stejné barvy na obě tlačítka.

41

Abychom dosáhli sériového řazení, propojíme jedním drátkem obě tlačítka, jak vidíme na schématu. Tlačítka usadíme do vyvrtaných otvorů v překliţce. Na kaţdém tlačítku nám zůstal jeden volný vodič. Jeden vodič z jednoho tlačítka naletujeme na redukci k pouzdru na baterie a z druhého tlačítka na motorek. Na motorek připájíme volný vodič od redukce. Odzkoušíme správnost zapojení, neţ budeme pokračovat.

Obr. 31 Schéma bucharu

Z volné překliţky si vyřízneme kolečko o průměru 50 mm a vyvrtáme do jeho středu díru o průměru 5mm (záleţí na průměru pohonu motorku). A na jeden kraj kolečka vyvrtáme otvor o průměru 1 – 2 mm. Pilkou na ţelezo uřízneme kulatinu na daný rozměr podle výkresu (příloha č. 7) a uděláme závit pomocí závitníku. Na druhou stranu kulatiny vyřízneme do středu dráţku na pásovinu. Dále si uřízneme kratší kousek kulatiny (viz příloha č. 7) a taktéţ vyřízneme dráţku. Do kulatin a pásoviny vyvrtáme díry dle výkresu. Vše spojíme nýty, tak aby byly všechny části pohyblivé. K překliţce, která tvoří vrchní část krabičky, přiděláme menší špalík, na který usadíme motorek. Na motorek nasadíme vyříznuté kolečko a následně připevníme motorek na špalík a upevníme ho pomocí plíšku a hřebíčků. Kolečko a mechanizmus bucharu propojíme tvrdým drátkem, abychom mohli pomocí dvou tlačítek ovládat buchar. 42

Pod kladívko bucharu přiděláme dřevěný špalík, který bude nahrazovat kovadlinu, do něhoţ bude uhazovat kladívko bucharu. Buchar můţeme zakrýt krabičkou z kartonu.

Obr. 32 Buchar – vlevo mechanizmus bucharu, vpravo spouštěcí tlačítka bucharu.

43

3. Vyučovací metody Pojmem vyučovací metoda se rozumí způsob, jakým učitel organizuje osvojování nových vědomostí a dovedností ţáků. Dnešní vyučovací metody uţ nemohou být pouze cestami osvojování nových vědomostí a dovedností, nýbrţ zároveň cestami rozvíjení schopností objevovat nové vědomosti a vzdělávat se, nezřídka je metoda cennější, neţ její výsledek. Kaţdá vyučovací metoda, pokud je vhodně a funkčně pouţita, má nepochybně pedagogický efekt. Je třeba, aby učitel ovládal co nejširší spektrum vyučovacích metod a operativně je pouţíval. [13] Členění vyučovacích metod: Podle zdroje poznání: O metodách slovních (zdrojem poznání je slovo). O metodách názorných (zdrojem poznání je názor). O metodách praktických prací (zdrojem poznání je praktická činnost ţáka). Podle fáze vyučovací hodiny: Lze rozlišit metody motivační, expoziční, fixační, diagnostické a metody hodnotící. [13] V této práci se zabýváme učebními pomůckami pro výuku digitální techniky na základních školách. Takţe dále se budeme zajímat jen metodami, které by jsme vyuţili při výuce digitální techniky s vyuţitím daných pomůcek. Pravdou je, ţe se vyuţívá všech metod jak slovních, názorných metodách a metodách praktických prací. Ale zaměříme se jen na metody praktických prací a na názorné vyučovací metody. Metoda praktických prací U této skupiny metod je přímý styk se skutečnými předměty a moţnost manipulace s nimi. K metodám praktických prací řadíme frontální pokusy, laboratorní pokusy, práce ţáku s multiplikáty pomůcek, praktické práce ve školních dílnách a praktické práce pěstitelské a chovatelské. [13]

44

My se dále budeme zabývat metodou praktické práce ve školních dílnách, ale také i prací ţáků s multiplikáty pomůcek. Protoţe se v této práci zabýváme i samotnou výrobou učebních pomůcek. Praktické práce ve školních dílnách Při praktických činnostech se ţáci seznamují se základními vlastnostmi různých materiálů, zejména dřeva, kovů a umělých hmot. Učí se zacházet se základními nástroji, postupně zvládají přiměřené pracovní postupy a učí se jednoduchých technickým výkresům a jejich čtení. Metody praktických prací nejsou pouze prostředkem vedoucím k novým poznatkům, ale také k utváření nových dovedností. [13] Práce žáků s multiplikáty pomůcek Tato metoda spočívá v tom, ţe kaţdý ţák má k dispozici učební pomůcku, s kterou můţe manipulovat, experimentovat, provádět vlastní měření a zjišťovat její vlastnosti. [13] V našem případě si ţák můţe dělat pokusy na všech učebních pomůckách, ať je to učební pomůcka binárního signálu nebo pomůcka pro převod analogového signálu na digitální. Názorné vyučovací metody Názorné vyučovací metody se při zprostředkování nových poznatků opírají o přímý názor a skutečnost, ţe lidské poznání zpravidla vnímáním. Řadí se k nim ukázka, pozorování a pokus. Ukázka Podstatou ukázky je názorné předvedení předmětů, jevů a procesů, zpravidla provázané učitelovým výkladem, otázkami učitele a dotazy ţáků. Učitel klade ţákům doplňující otázky a vybízíme je k vlastním dotazům. Ukázka, stejně jako ostatní názorné metody, je doprovázená mluveným nebo psaným slovem. Kaţdá ukázka by měla odpovídat obecným zákonitostem vnímání, její trvání by mělo být přiměřeno věku ţáků a sloţitosti předváděného jevu, všichni ţáci by měly dobře slyšet i vidět, danou ukázku. [13] Legislativa týkajících se školních dílen Kaţdá základní škola by při práci ţáků v dílnách měla dodrţovat legislativu, a to ustanovení §29 (Bezpečnost a ochrana zdraví ve školách a školských zařízení) zákona 561/2004 Sb. o předškolním, základním, středním, vyšším odborném a jiném vzdělání. 45

Článek 2: ,, Školy a školská zařízení zajišťují bezpečnost a ochranu zdraví žáků a studentů při vzdělávání a s ním přímo souvisejících činnostech a při poskytování školských služeb a poskytují žákům a studentům nezbytné informace k zajištění bezpečnosti a ochrany zdraví.“ [14] Za strany ţáků v dílenském prostředí by se ţáci měly řídit ustanovením §30 (Školní řád, vnitřní řád, stipendijní řád) zákona 561/2004 Sb. o předškolním, základním, středním, vyšším odborném a jiném vzdělání. A to v dílnách by se měly ţáci řídit dílenským řádem.

46

Závěr Sepsáním bakalářskou prace se vytvořila metodika, pomocí které mohou učitelé zpestři výuku digitální techniky na základních školách. Vytvořením učebních pomůcek si ţáci lépe osvojí základy digitální techniky a mohou si odzkoušet funkci logických operací. Při výrobě učebních pomůcek byl brán zřetel na to, aby byly lehce vyrobitelné a nízkonákladové. Výroba je především z odpadového materiálu z dřevoobráběcího průmyslu, z kartonu. Popis výrobního postupu je sepsán způsobem snadné orientace i pochopení pro kaţdého učitele základních škol a doplněn technickou dokumentací, obrázky a schématy zapojení. Velkou předností, je ţe kaţdý ţák nebo učitel si můţe učební pomůcku přizpůsobit rozměrem, designem dle svých představ. Při výrobě učebních pomůcek se vyuţije mezipředmětová spolupráce mezi výukou digitální techniky a praktických činnost. V praktických činnostech si ţáci vyrobí svoje vlastní pomůcky, které mohou pouţívat ve výuce digitální techniky.

47

Použitá literatura: [1]

ODSTČILÍKOVÁ, Miroslava. Číslicová technika I. Brno: SPŠE Kounicova, 2004., s. 56-59.

[2]

ODSTČILÍKOVÁ, Miroslava. Číslicová technika II. Brno: SPŠE Kounicova, 2004., s. 56-59.

[3]

ANTOŠOVÁI, Marcela, DAVÍDEK, Vratislav. Číslicová technika. České Budějovice: Kopp, 2006. 157 s. ISBN 80 7232-207-9.

[4]

MALINA, Václav. Poznáváme elektronika VIII - Digitální technika. České Budějovice: Kopp, 2006. 11 - 98s. ISBN 80-7178-170-3.

[5]

STRNAD, Ladislav. Základy číslicové techniky. Praha: ČVUT, 1996. S. 5.; 42 – 48. ISBN 80-01-01433-9

[6]

ZMRZLÝ, Simeon, POLCAROVÁ, Helena, PIVOŇKA, Petr. Číslicová řídicí technika. Brno: Editační středisko VUT, 1984. 109 s.

[7]

NĚMEC, Karel. Pájení: učební pomůcka k odbornému školení učňů a dělníků. Praha: SNTL, 1970. 20 s. ISBN 04-220-70

[8]

RUŢA, Viliam. Pájení. Praha: SNTL, 1988. 13 s. ISBN 04-216-88

[9]

KLETEČKA, Jaroslav, FOŘT, Petr. Technické kreslení, Brno: Computer Press, a.s, 2007. s.15-17; s.24-32, s. 35 – 40; s. 74 - 75 ISBN 978-80-251-1887-0

[10]

DERDA, Radim. Studijní materiály - Pohledy, řezy, průřezy, detaily [online]. Last revision 27. 3. 2009 [cit. 15. 10. 2011]. Dostupné z WWW:

[11]

VINTER, Jan, HAVRÁNEK, Karel. Práce se dřevem ve školních dilnách, , Praha: SNTL, 1959.

48

[12]

RAEN spol. s r.o.. MPO Efekt [online]. Snižování energetické náročnosti v odvětví průmyslu zpracování dřeva. [cit. 15. 10. 2011]. Dostupné z WWW:

[13]

Šimoník, Oldřich, Úvod do didaktiky základní školy, Brno: MSD Brno spol. s.r.o., 2005. s.76-98; ISBN 80-86633-33-0

[14]

MŠMT. [online]. Zákon č. 561/2004 Sb., o předškolním, základním, středním, vyšším odborném

a

jiném

vzdělávání.

[cit.

23.

10.

2011].

Dostupné

z WWW:

[15]

KUBA, Jiří. Zvuk A MP3 [online]. [cit. 23. 10. 2011]. Dostupné z WWW:

[16]

VUT Brno, UMT. Digitalizace [online]. [cit. 5. 11. 2011]. Dostupné z WWW:

[17]

ČVUT v Praze. Výuka - Katedra telekomunikační techniky, ČVUT-FEL [online]. Last revision

13.

11.

2007

[cit.

5.

11.

2011].

Dostupné

z WWW:

<www.comtel.cz/files/download.php?id=3361> [18]

BLAHOVEC, Antonín. Elektronika I. Praha: Informatorium spol. s r.o., 2005. ISBN: 80-7333-043-1

[19]

MARTÍNEK, Antonín. Pájení v elektronice. Praha: Teslo – Výzkumný ústav pro sdělovací techniku A. S. Popova, 1990.

[20]

HOLOPÍREK Jindřich. Teorie Obrábění dřeva (návody do cvičení). Brno: MZLU, 2001. ISBN: 80-7157-503-8

[21]

HOLOPÍREK Jindřich, ROUSEK, Miroslav, VARKOČEK, Jan. Dělení, obrábění a tváření materiálů. Brno: MZLU, 2004. ISBN: 80-7157-759-6

[22]

PODLEŠÁK., Jiří. Číslicová a impulsová technika II.. Praha: ČVUT, 1987.

[23]

HRDLIČKOVÁ, D.. Strojírenská technologie III. Praha: SOBOTÁLES – Mgr. Irena Benešová. 2000. ISBN: 80-85920-67-0 49

Seznam příloh Příloha 1. Bloková schémata hradel (tabulka) Označení

Schématická značka (ASA)

Schématická značka

Logická

(ČSN)

funkce

NOT (invertor)

Z=A

Sledovač (buffer)

Z=A

AND (logický součin)

Z = A.B

NAND (negovaný log.

Z = A.B

Součin)

OR (logický součet)

Z=A+B

50

NOR (negovaný log.

Z=A+B

Součet)

XOR (výlučný log. Součet)

Z = A.B + A.B

XNOR (ekvivalence)

Z = A.B + A.B

51

Příloha č. 2. Typy čar a jejich význam (tabulka)

[9] 52

Příloha č. 3. Materiální rozlišení dřeva v řezu (tabulka)

[11]

53

Příloha č. 4. Binární signál: Ovládací deska (technický výkres)

54

Příloha č. 5. Kvantovací a vzorkovací deska (technický výkres)

55

Příloha č. 6. Hradlo NAND: Ovládací deska (technický výkres)

56

Příloha č. 7. Hradlo NAND: Buchar – mechanizmus (technický výkres)

57

Příloha č. 8. Hradlo NOR: Vrchní deska (technický výkres)

58