2016.10.21 digitalteknikk - studieveiledning for fredag 21.10.2016 - 2 man 15-18 - v.man-elk v.04 -...
-
Upload
sven-age-eriksen -
Category
Education
-
view
79 -
download
5
Transcript of 2016.10.21 digitalteknikk - studieveiledning for fredag 21.10.2016 - 2 man 15-18 - v.man-elk v.04 -...
Linker på internett:http://www.nb.no/nbsok/nb/5fdee7258cba22f3a474681b6a165491?index=1#0
http://www.nb.no/nbsok/nb/66582a36d1f975c16fe58fa1c5d903bb?index=2#0
Studieveiledning til samling 2Fredag 21/10-16: 08:00-09:30 (2t)
15 minutter pauseFredag 21/10-16: 09:45-10:30 (1t)
.
Lørdag 22/10-16: 14:15-16:00 (2t).
2.kl EKN 2015-2018, klasserom 213
Emne 05, Elektroniske systemer
Repetisjon tallsystemer, logiske porter og boolsk algebra
Vipper og tellere
Sven Åge Eriksen, [email protected], tlf 416 99 304, Fagskolen Telemark
Kildemateriale: Kompendium v. 1.444 v/ Espen M. Aamodt,Lærebok Elektroniske systemer, K.Øen -86, UIO og internett.
Studieveiledning til samling 2.
Fredag 21/10-16: 12:30-13:15 (1t)15 minutter pause
Fredag 21/10-16: 13:30-15:00 (2t)15 minutter pause
Fredag 21/10-16: 15:15-16:00 (1t).
2.kl MAN 2015-2018, klasserom 206, 2.etg.
Emne 05, Elektroniske systemer: DIGITALTEKNIKKTallsystemer, logiske porter og boolsk algebra
Vipper og tellekretser
Kildemateriale: Kompendium v. 1.444 v/ Espen M. Aamodt,
Lærebok Elektroniske systemer, K.Øen -86, UIO og internett.Sven Åge Eriksen, [email protected], tlf 416 99 304, Fagskolen Telemark
Innhold:.
Tallsystemer: Binære, desimale og heksadesimale tallBits og bytesRegning med binære tall
Logiske kretser: Porter: OG, ELLER, IKKE, NOGBoolske uttrykk og forenklingerSannhetstabell-Karnaughdiagram- NOG-ekvivalenter – De Morgan
Vipper og Vipper tellere: Asynkrone vippe innganger
Asynkron binærteller - BCD / dekade tellerFrekvens delerSynkron binær teller / synkron BCD / dekade teller
Oppgaver Tallsystemer / logiske kretser
Tallsystemer f.eks: System med grunntall 12, 8, 10, 2 og 16.
12 – tallsystemet – Babylonernes tallsystem (teller til 60 med 12 ledd)
0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11
8 – tallsystemet – det oktale tallsystemet0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7
10 – tallsystemet – vårt desimale tallsystem0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9
2 – tallsystemet – det binære tallsystemet0, 1
16 – tallsystemet – det heksadesimale tallsystemet0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F
10 – tallsystemet – vårt desimale tallsystem0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 – Grunntallet er 10Tallposisjonene har forskjellig vektlegging:
Elektriske systemer side 57
10 – tallsystemet – vårt desimale tallsystem0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 – Grunntallet er 10
Tallposisjonenehar forskjelligvektlegging:
1. tallposisjon har verdien: 100 = 1
2. tallposisjon har verdien: 101 = 10
3. tallposisjon har verdien: 102 = 100
4. tallposisjon har verdien: 103 = 1000
5. tallposisjon har verdien: 104 = 10 000
6. tallposisjon har verdien: 105 = 100 000
7. tallposisjon har verdien: 106 = 1000 000
8. tallposisjon har verdien: 107 = 10 000 000
9. tallposisjon har verdien: 108 = 100 000 000
10. tallposisjon har verdien: 109 = 1 000 000 000
ØVINGSOPPGAVE:
2-tallsystemetVelg et binært tallSett en null bakHva skjedde med verdien til tallet ?
10-tallsystemetVelg et tall i titallsystemet tallSett en null bakHva skjedde med verdien til tallet ?
Svar på oppgave: Hvilket tallsystem bruker datamaskiner som basis og hvorfor ?
2 – tallsystemet – det binære tallsystemet0 og 1 - grunntallet er 2
Digitale systemer opererer med tilstandene av eller på, 1 eller 0.
Elektronisk er det enkelt å bruke bare tilstandene 1 eller 0.
Det er enkelt for digitale systemer å behandle data som består av bare 1 eller 0.
2 – tallsystemet – det binære tallsystemet0 og 1 – Grunntallet er 2
Tallposisjonenehar forskjelligvektlegging:
1. tallposisjon har verdien: 20 = 1
2. tallposisjon har verdien: 21 = 2
3. tallposisjon har verdien: 22 = 4
4. tallposisjon har verdien: 23 = 8
5. tallposisjon har verdien: 24 = 16
6. tallposisjon har verdien: 25 = 32
7. tallposisjon har verdien: 26 = 64
8. tallposisjon har verdien: 27 = 128
9. tallposisjon har verdien: 28 = 25610. tallposisjon har verdien: 29 = 512
2 – tallsystemet – det binære tallsystemet0 og 1 – Grunntallet er 2
Tallposisjonenehar forskjelligvektlegging:
11. tallposisjon har verdien: 210 = 1024
12. tallposisjon har verdien: 211 = 2048
13. tallposisjon har verdien: 212 = 4096
14. tallposisjon har verdien: 213 = 8192
15. tallposisjon har verdien: 214 = 16384
16. tallposisjon har verdien: 215 = 32768
17. tallposisjon har verdien: 216 = 65536
Praktisk betydning med 2-tallsystemet:
Minnebegrensninger
Minnebegrensningen til 32 bit programvare kan enklest
forklares med litt matematikk. Et 32 biters system har maksimalt
tilgang til cirka 4,2 millioner adresser - som tilvarer det
4 GB minne kan tilby. Regnestykket er 2 opphøyd i 32. Med et
64-bit system får man plutselig regnestykket 2 opphøyd i 64.
Det gir 17,2 milliarder gigabyte med minne. På
samme måte som da man gikk fra 16 til 32 bit systemer, tror
man også i dag et 64 bit system har nok adressemuligheter i
overskuelig fremtid.
Les også gjerne:
http://en.wikipedia.org/wiki/32-bit
http://en.wikipedia.org/wiki/64-bit
SVAR PÅ OPPGAVE:TALLET 1101011111SKAL SKRIVES SOM HEKSADESIMALT TALL: 16
Vi grupperer først: 1101011111 =
0011 0101 1111 = 35F
OPPGAVE:
Hvor mange BITS eller BYTES bruker datamaskinen til å presentere det desimale tegnet 0 (null) ?
Hvordan presenteres det desimale tegnet 0 (null) binært ?
SVAR PÅ OPPGAVE:.
Hvor mange BITS eller BYTES bruker datamaskinen til å lagre det desimale tallet 0 ?.
7 BITS hvis det er ASCII og 8 BITS hvis det er ekstended ASCII
Det desimale tallet 0 representeres binært slik: 011 0000
ASCII (American Standard Code for Information Interchange)
er et tegnsett, det vil si en standard for utveksling av tekst
mellom datamaskiner. ASCII benytter 7 bit til koder, noe som
tillater koding av 128 mulige verdier. 95 av disse er tilordnet
store og små bokstaver i det engelske alfabetet (A-Z), tallene
0-9 og en del andre vanlig forekommende tegn. De øvrige er
diverse spesialkoder for regulering av flyt, linjeskift og annet. Moderne tegnsett som brukes i dag er utvidelser av ASCII.
BITS OG BYTES:
https://no.wikipedia.org/wiki/ASCII
Kompendium side 9
BITS OG BYTES: Praktiske eksempler !
En gammel prosessor, type 6502, med 8-bits databuss kan adressere 64K minne. Hva er høyeste og laveste adresse i heksadesimale tall ?
En gammel prosessor, type 6502 med 8-bits databus kan adressere 64KB minne. Hva er høyeste og laveste adresse i heksadesimale tall ?
Svar:64KB = 216 = 65536 BYTES
Laveste og høyeste binære adresse:0000 0000 0000 00001111 1111 1111 1111
Laveste heksadesimale adresse: 0000Høyeste heksadesimale adresse: 1111
BITS OG BYTES: Praktiske eksempler !
En gammel prosessor, type 6502 med 8-bits databuss kan adressere 64K minne. Hva er høyeste og laveste verdi på databussen i heksadesimale tall ?
BITS OG BYTES: Praktiske eksempler !
En gammel prosessor, type 6502 med 8-bits databuss kan adressere 64Kminne. Hva er høyeste og laveste verdi på databussen i heksadesimale tall ?
Svar:Laveste verdi i binær: 0000 0000Høyeste verdi i binær: 1111 1111
Laveste verdi i HEKS: 00Høyeste verdi i HEKS: FF
BITS OG BYTES: Praktiske eksempler !
En ruter i et wi-fihjemmenetverk kanoverføre 1 Gbit / s = 1000 Mbps
Hvor mange MB (MegaBytes)kan den overføre pr sekund ?
BITS OG BYTES: Praktiske eksempler !En bestemt ruter i et wi-fihjemmenettverk kanoverføre 1 Gbit / s = 1000 Mbps
Hvor mange MB (MegaBytes)kan den overføre pr sekund ?
1G = giga = 230
Svar: 230/8 = 227 = 134 217 728 GB/s = 128MB/s
Gigabyte (GB) er måleenhet for datalagringskapasitet. En gigabyte (utledet fra SI-prefikset giga-) er en enhet for informasjon eller datalagringskapasitet, og betyr enten nøyaktig én milliard bytes (10003 eller 109) eller omtrent 1,07 milliarder bytes (10243). For å minske forvirringen rundt dette er det
innført en enhet gibibytesom alltid betyr 1 073 741 824 (10243 eller 230) bytes.
TASTATURET PÅ PC-EN SENDER TEGNET DU TRYKKER PÅ SOM EN KODE MED 8 BIT PÅ DATABUSSEN
Hvor mange forskjellige tegn kan tastaturet sende til PC-en ?
TASTATURET PÅ PC-EN SENDER TEGNET DU TRYKKER PÅ SOM EN KODE MED 8 BIT
Hvor mange forskjellige tegn kan tastaturet sende til PC-en ? 10
SVAR: 28 = 256 Binær: f.o.m 00000000 t.o.m 11111111
https://no.wikipedia.org/wiki/ASCII Her kan du se hvilke binærkoder hvilke tegn har:
EN DATABUS ER PÅ 16 BITHvor mange forskjellige kombinasjoner kan opptre på databussen ?
SVAR: 216 = 65536 f.o.m 0000 0000 0000 0000 t.o.m 1111 1111 1111 1111
EN ADRESSEBUS ER PÅ 16 BIT
Hvor mange forskjellige kombinasjoner kan opptre på denne adressebussen ?
EN ADRESSEBUS ER PÅ 16 BITHvor mange forskjellige kombinasjoner kan opptre på denne adressebussen ?
SVAR: 216 = 65536 f.o.m 0000 0000 0000 0000 t.o.m 1111 1111 1111 1111
Gjør om disse binære tallene til desimaltall:
0000 0001 = 0000 0001 =0000 0010 = 0000 0011 =0000 0100 = 0000 0111 =0000 1000 = 0000 1111 =0001 0000 = 0001 1111 =0010 0000 = 0011 1111 =0100 0000 = 0111 1111 =1000 0000 = 1111 1111 =
Gjør om disse binære tallene til desimaltall:
0000 0001 = 1 0000 0001 = 10000 0010 = 2 0000 0011 = 30000 0100 = 4 0000 0111 = 70000 1000 = 8 0000 1111 = 150001 0000 = 16 0001 1111 = 310010 0000 = 32 0011 1111 = 630100 0000 = 64 0111 1111 = 1271000 0000 = 128 1111 1111 = 255
Gjør om det desimale tallet 17 om til binært tall: Svar: 0000 0001 + 0001 0000 = 0001 0001
0000 0001 = 1 0000 0001 = 10000 0010 = 2 0000 0011 = 30000 0100 = 4 0000 0111 = 70000 1000 = 8 0000 1111 = 150001 0000 = 16 0001 1111 = 310010 0000 = 32 0011 1111 = 630100 0000 = 64 0111 1111 = 1271000 0000 = 128 1111 1111 = 255
Ved å ta utgangspunkt i en sannhetstabell som man finner ut som ønsket funksjon,kan man enten skrive et boolsk uttrykk eller fylle ut et Karnaughdiagram.
SAN
NH
ETSTAB
ELLQ = 1
Kompendium side 19
EKVIVALENTE (FUNKSJONSLIKE) NOG-KOBLINGERNOG KAN ERSTATTE IKKE, OG, ELLER og NELLER:
Kompendium side 23
EKVIVALENTE (FUNKSJONSLIKE) NOG-KOBLINGERNOG KAN ERSTATTE IKKE, OG, ELLER og NELLER:
Kompendium side 23
EKVIVALENTE (FUNKSJONSLIKE) NOG-KOBLINGERNOG KAN ERSTATTE IKKE, OG, ELLER og NELLER:
Kompendium side 23
EKVIVALENTE (FUNKSJONSLIKE) NOG-KOBLINGERNOG KAN ERSTATTE IKKE, OG, ELLER og NELLER:
Kompendium side 23
DA FORTSETTER VI MED DETTE:
Binary Coded Decimal (BCD).
Materiale hovedsakelig fra lærebok Elektroniske systemer, GYLDENDAL, Fagskolen Telemark kompendium v/ Espen A. Aamodt og UIO.
Kompendium innholdsfortegnelse
Side 64 – 77
Astabil vippe, s.65Monostabil vippe, s.66
RS-vippe, bistabil vippe, s.67SR-vippe, bistabil vippe, s.68D-vippe, s.70JK-vippe, s.72T-vippe, s.73
Tellere: Shiftregister, s.73Binære tellere, s.75Desimalteller (DCB), s.76
Elektroniske systemer side 70
Forklar på bakgrunn av det du vet nå om SR-vipper, hvorfor signalet ut fra SR-vippen forblir stabilt, selv om den mekaniske bryteren preller på kontaktflatene !
Elektroniske systemer side 71
I synkrone kretser:Vi ønsker at alle kretser skal slå om på en og samme flanke.
Da bruker vi:Dobbeltvipper som er taktstyrte vipper
Dette går ikke med låsekretser og portstyrte låsekretser som er direktevirkende
Elektroniske systemer side 73
For at utgangen Q skal kunne gå fra 0 til 1, må J være lik 1
For at utgangen Q skal kunne gå fra 1 til 0, må K være lik 1
Elektroniske systemer side 73
OPPGAVE:.
Finn ut på bakgrunn av eksitasjonstabellen hva som er tilstrekkelig og nødvendig betingelse for at utgangen Q skal gå fra Q=1 til Q=0
Eksitasjonstabell:
Elektroniske systemer side 73OPPGAVE:Hva skjer med tallet 5 (BINÆRT: 0000 0101) dersom vi fyller på med 0 fra høyre ?
0000 0101 = 50000 1010 = ?0001 0100 = ?0010 1000 = ?0101 0000 = ?1010 0000 = ?
Elektroniske systemer side 73OPPGAVE:Hva skjer med tallet 5 (BINÆRT: 0000 0101)
dersom vi fyller på med 0 fra høyre ? Svar: x2
0000 0101 = 50000 1010 = 100001 0100 = 200010 1000 = 400101 0000 = 801010 0000 = 160
Elektroniske systemer side 74
Spørsmål:ER USB en serie eller parallell-overføring av data ?USB = Universal Serial Bus
Elektroniske systemer side 76
Merk: Stigende flanke på CLK gir ingen påvirkning.
Ting skjer bare når CLK har fellende flanke.
Elektroniske systemer side 76
Figur 3.37 Asynkron firebitsteller (16-teller)Frekvensen på firkantpulsene blir halvert for hver vippe som passeres
16 Hz32 Hz64 Hz128 Hz
256 Hz
Elektroniske systemer side 76Sekvens Q3 Q2 Q1 Q0
1 0 0 0 1
2 0 0 1 0
3 0 0 1 1
4 0 1 0 0
5 0 1 0 1
6 0 1 1 0
7 0 1 1 1
8 1 0 0 0
9 1 0 0 1
10 1 0 1 0
11 1 0 1 1
12 1 1 0 0
13 1 1 0 1
14 1 1 1 0
15 1 1 1 1
16 0 0 0 1
17 0 0 1 0
Figur 3.38 Tellesekvens for utgangene til en firebits binærteller
Undersøk tabellen på figur 3.38.
Tabellen viser utgangen på de 4 vippene i telleren på forrige side, for hver ny puls på inngangen.
Hva ligner dette mønsteret på ?
Elektroniske systemer side 76ØVINGSOPPGAVE:
Tegn opp firkantpulstogene for hver utgang og sjekk at det stemmer med tabellen:
Sekvens Q3 Q2 Q1 Q0
1 0 0 0 1
2 0 0 1 0
3 0 0 1 1
4 0 1 0 0
5 0 1 0 1
6 0 1 1 0
7 0 1 1 1
8 1 0 0 0
9 1 0 0 1
10 1 0 1 0
11 1 0 1 1
12 1 1 0 0
13 1 1 0 1
14 1 1 1 0
15 1 1 1 1
16 0 0 0 1
17 0 0 1 0
Elektroniske systemer side 76
ØVINGSOPPGAVE:
Kan dere gi eksempler på hva en slik binær teller kan brukes til ?
Elektroniske systemer side 76
ØVINGSOPPGAVE: SVARKan dere gi eksempler på hva en slik teller kan brukes til ?
Elektroniske systemer side 77
Figur 3.39Dekadeteller
Er det noen som vil forklare hvordan denne telleren fungerer ?
Elektroniske systemer side 77
Figur 3.39Dekadeteller
Figur 3.39 viser hvordan vi i praksis kobler opp en slik teller. Når denne hendelsen eller sekvensen inntreffer, dvs at verdien 1010 oppstår på utgangen, gir NOG-porten 0 ut og nullstiller alle de 4 vippene i løpet av kort tid, dvs < 50 ns.
Elektroniske systemer side 98
DA - OMFORMER
Figur 3.54 Tilkobling av en åttebiters DA-omformer til en 8-bits databuss
Elektroniske systemer side 99
AD - OMFORMER
Kan dere gi eksempler der en gjør om fra analoge til digitale signaler og hvorfor det er behov for dette ?
Animasjoner: Hvordan virker en spole: https://www.youtube.com/watch?v=NgwXkUt3XxQ
https://www.youtube.com/watch?v=ukBFPrXiKWA
Hvordan virker en kondensator: https://www.youtube.com/watch?v=X5bzjs3ByBU
Resonanskrets med spole og kondensator: https://www.youtube.com/watch?v=Mq-PF1vo9QA
https://www.youtube.com/watch?v=f_MZNsEqyQw
RL og RC seriekretser: https://www.youtube.com/watch?v=zO7RZZW0wSQ
Oppgave: Regn ut impedansen i denne RL-serie kretsen:.
U = 230 VAC, 50 Hz, R=500 Ω, L=1,59HResistansen i spolen = RL=10Ω
Reaktans induktiv XL = 2πfL
Oppgave: Regn ut impedansen i denne RL-serie kretsen:.
U = 230 VAC, 50 Hz, R=500 Ω, L=1,59HResistansen i spolen = RL=10Ω
Reaktans induktiv XL = 2πfL
R = 500 ΩRL = 10 ΩRT= R+RL = 500 Ω + 10 Ω = 510 ΩXL = 2πfL = 500 ΩZ2 = RT 2 + X2 = 260 100 Ω2+250 000 Ω2
Z = 714,2 Ω
R, X, XL , XC og Z.
Resistans, RReaktans, XReaktans induktiv, XL
Reaktans kapasitiv, XC
Impedans, Z
Z2 = R2 + X2
X = XL –XC
Z2 = R2 + (XL –XC)2