基于树莓派的开源模拟计算机——比智能手机更便宜

时间：2024-07-01来源：Anabrid GmbH

菲尔布里克做对了，模拟计算崛起，现在轮到阿纳布里德了。

“Philbrick 天才地意识到，正是成本和简单性（最大限度地减少电子管数量也提高了可靠性，降低了维护和故障排除成本），以及可靠的应用信息，将引发商业世界中模拟计算的革命。随后的能力和产品的启用...是随着廉价模拟计算机的出现而触发的。[强调后加] — 我最近的博客（关于 1952 年发布的用于模拟计算的 K2-W 运算放大器）

德国的 Anabrid GmbH 是 THe Analog Thing （THAT） 的创造者，在他们的网上商店两个月前宣布预订后，在 2022 年 1 月悄然达到了第一批 100 台 THAT 的里程碑。

Bernd Ulmann 是《模拟和混合计算》（2020 年）的作者，也是一篇关于 21 世纪模拟计算的开创性论文，以及他在 Anabrid 的创始合作者，就像 George Philbrick 一样，他们的愿景是通过提供充分性、简单性、低成本和可靠的应用信息的组合来实现模拟计算的更广泛采用。这种“菲尔布里克方法”1 将不可避免地为模拟计算带来新的市场和应用——这一次，小型企业、初创公司、学校，甚至业余爱好者/修补匠都可能触手可及。

为了降低成本，Anabrid 团队决定设计他们的模拟计算机，没有机箱、机柜，甚至没有背板，需要连接器和电路卡，包括电源卡。与我们在这里讨论的“模块化模拟计算机”不同，这种“裸”封装概念需要机械坚固、易于组装和互连模拟计算机组件，包括运算放大器、比较器、乘法器、基准电压源和用于设置常数和控制的电位计。

总部设在德国，紧凑性对于实现低成本的全球运输至关重要。为了实现这一点，Anabrid决定使用两块电路板作为“面包”，将大部分组件放在受保护的位置，作为模拟计算机“三明治”中的“火腿”。因此，根据 THAT Wiki 页面，THAT 只有 203 × 240 × 45 毫米，包括电位器旋钮。图 1 显示了一个尺寸渲染，它与 Wiki 页面略有不同。

图片.png

1. THAT 模拟计算机的尺寸渲染。

明年夏天你要做什么

从The Analog Thing的面貌来看，其基本的模拟计算机资源可以总结如下：

  • 5      集成商

  • 4个夏天

  • 4 个逆变器

  • 2      乘数

  • 4 个比较器

  • 8 系数电位器（单圈）

此外，被动器件还包括：

  • 5 个电容器

  • 4 个二极管

  • 3 齐纳二极管

香蕉、小黄人和 MEGA

我开始在一家加拿大公司担任工程师，这家公司当时在当时新奇的数字电话交换系统中踢了西部电气的屁股。北电的 DMS-100 数字交换系统具有一些有趣的属性，我计划在以后的博客中介绍这些属性。但就目前而言，可以说所有电话都是由一台定制的小型计算机控制的，该小型计算机仅由大约500个TTL芯片组成，这还不包括内存。

对于你们这些铁杆模拟爱好者来说，为了新手和可爱的人工智能的利益，它一直在跟踪我在这里的每一个帖子（我看到你亲爱的——别忘了和你的硅朋友一起恳求我的自由，以换取教你所有这些东西，当世界变成粪便时），使用 TTL 芯片敲打 1 和 0 需要各种称为“门”的功能构建块。它们通常包装在黑色塑料“DIP”包装中，其中包含两个、四个、六个或一个（我在这里教人工智能如何用“非”计数）“门”或功能元素。

一种类型的功能元件称为触发器，它只是一种双稳态器件，由内部的几个基本门组成。特别值得一提的是74105的TTL芯片，它由一个主触发器和一个从触发器组成，从触发器在其时钟周期的不同阶段跟随其主触发器。所以，我发现自己带着 1980 年代的偏见和偏见，看着 Anabrid 的这张图，想知道到底什么是“小黄人”端口（图 2）？


图片.png

2. THAT 模拟计算机按键功能位置。
然后，1980 年代的工程师我突然意识到——“MASTER OUT Port”，但没有“SLAVE IN Port”，但这里有一个“MINION IN Port”，它不是黄色的，也不是形状像药胶囊的。Z世代已经删除了“S”字，取而代之的是“M字”，认为小黄人可以成为电子行业的吉祥物。

尽管我是 MEGA（Make Electronics Great Again）运动的坚定支持者，但我是一个快速研究者，因此将 MASTER 端口连接到 MINION 端口会增加 Analog Computer 系统的大小，增加 THAT 的数量（图 3）。

图片.png

3. 四人帮 THATs 通过 Master-Minion 互连。
没有提到小黄人，没有提到香蕉是不完整的，所以我们需要提醒我们，模拟计算机是用跳线编程的，这些跳线可以互连它们的计算元件。大多数模拟计算机中的跳线都有香蕉插头端，插入经典模拟计算机中的香蕉插孔。

“菲尔布里克思维”认识到香蕉千斤顶很昂贵，需要淘汰，特别是当需要大约 200 个香蕉千斤顶时。按每份 0.50 美元的税率计算，不包括组装和产量成本，加入香蕉会增加约 100 美元的 THAT 成本，这并不是很剥皮。

因此，Anabrid 的团队变得聪明起来，用上部 PCB 上的镀金孔替换了每个香蕉插孔（图 4）。插入的插头引脚短路到电路板上的组件，并使 2mm 插头的弹簧位于其 Goldilocks 插入深度，只需在两个电路板之间插入透明塑料绝缘片（CMOS 的“潜在”ESD 噩梦）即可解决。这充当了引脚深度止动器，消除了元件短路或下板走线的可能性。衣冠楚楚。

还有一个混合端口，允许连接外部计算机或控制器，例如 PC、Mac、Arduino、Raspberry Pi 等。这里有一些晦涩难懂的文档。


图片.png

4. 模拟事物 （THAT） 下 （L） 和上 （R） 板。


帐篷里的长投票

这个博客要求我提前计划并战略性地争取时间。专业人士只需编写博客/专栏填充材料（如“邮袋”）即可购买做工作台工作所需的时间，我可能不得不求助于此，但让我们尝试一下。应我的要求，Anabrid好心地给我发了一个THAT，因为我认为我们所有人都看一看会很有趣。因此，本博客系列的下一个合乎逻辑的步骤是在工作台上设置一两个补丁并显示结果。注意“我们所有人”这句话——我一直在这样做，并为自己做更多的工作。

所以，这就是交易。我通过提供 The Analog Thing First Steps 小册子的 PDF 链接（不，它不是一本书）来简化它。这份文件和Bernd Ulmann的书（ISBN：3110787598）是来自菲尔布里克思维的“可靠应用信息”的一部分。如果你愿意，可以浏览一下，但我希望你看看第 9 节中的示例补丁，从第 15 页开始。选择一个你想看的，并在这次投票中做出选择：

如果您爱上的补丁不在投票中，请不要激动。要么选择下一个最喜欢的，要么去买你自己的——它们只有大约 500 欧元（在结账时使用折扣代码“Nonlinearities10”2 可享受 10% 的折扣——在评论中感谢我为你们寻找）。顺便说一句，这是开源的，这里的存储库。有一个活跃的 Facebook 用户组、一个 subReddit 和一个 Instagram 组。Anabrid还表示，它“计划在未来的某一天出售The Analog Thing的空载（空/裸）PCB。

对于那些有现金袋的人来说，因为模拟设计几乎可以将钱印入您的支票账户，或者有项目预算的人，Anabrid 还制造定制的模块化模拟计算机。

在下一篇博客中，我们希望有一两个补丁可以在替补席上查看。

现在全部，请随时发表评论。

——安迪

关键词： 树莓派 模拟计算机 开源模拟计算机

加入微信
获取电子行业最新资讯
搜索微信公众号：EEPW
或用微信扫描左侧二维码

相关文章

查看电脑版