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芯片启蒙

小项目:自动夜灯

10 分钟

前两章认识了电、开关、逻辑门、晶体管、CPU 和内存。这一章不再只看零件,而要像小工程师一样,把它们组织成一个系统。我们的目标是设计一盏自动夜灯:天黑并且有人经过时亮起,白天不亮,没有人时也不浪费电。

先画系统,而不是先挑芯片

任何电子系统都可以先拆成三块:

  • 输入:光线传感器告诉我们亮还是暗,人体传感器告诉我们有没有人。
  • 处理:控制器根据规则作判断。
  • 输出:控制 LED 灯亮或灭。

旁边还有一位常被忘掉的成员——电源。没有合适的电压和足够的电流,再聪明的控制器也工作不了。以后拆解玩具、手机或机器人,都可以先找这四样:输入、处理、输出、电源。

系统边界要说清

「做一盏聪明的灯」太模糊。聪明到什么程度?我们先规定:环境变暗后,有人经过,灯在一秒内点亮;人离开十秒后熄灭;白天即使有人也不亮。边界一清楚,才知道需要哪些输入、要写什么规则、最后怎样验收。

工程不是把零件堆在一起。它是从目标出发,决定系统需要知道什么、怎样判断、做出什么动作。芯片只是处理部分的一种实现方式。

动手画:用四个方框画出自动夜灯的输入、处理、输出和电源,再用箭头标出信息流向。注意电源线和信号线不是同一种箭头。

小纸条

自动夜灯系统的输入、处理、输出和电源分别是什么?