Komunikacja cyfrowa

Babyono - Cyfrowa niania elektroniczna z funkcją dwustronnej komunikacji (Lipiec 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Komunikacja cyfrowa

Obwody cyfrowe


Pytanie 1

Nie siedź tam! Zbuduj coś !!

Nauka analizy obwodów cyfrowych wymaga wielu badań i praktyki. Zazwyczaj uczniowie ćwiczą poprzez pracę z wieloma problemami i sprawdzanie swoich odpowiedzi w porównaniu z tymi dostarczonymi przez podręcznik lub instruktora. Chociaż jest to dobre, istnieje o wiele lepszy sposób.

Dowiesz się o wiele więcej, budując i analizując rzeczywiste obwody, pozwalając swojemu sprzętowi testowemu dostarczać "odpowiedzi" zamiast książki lub innej osoby. Aby odnieść sukces w budowaniu obwodów, wykonaj następujące kroki:

  1. Narysuj schemat obwodu cyfrowego, który ma być analizowany.
  2. Ostrożnie zbuduj ten obwód na płytce protezowej lub innym dogodnym podłożu.
  3. Sprawdź dokładność konstrukcji obwodu, po każdym przewodzie do każdego punktu połączenia i sprawdzaj te elementy jeden po drugim na schemacie.
  4. Przeanalizuj obwód, określając wszystkie wyjściowe stany logiczne dla danych warunków wejściowych.
  5. Dokładnie zmierz te stany logiczne, aby zweryfikować dokładność analizy.
  6. W przypadku wystąpienia błędów, dokładnie sprawdź konstrukcję obwodu względem schematu, a następnie dokładnie przeanalizuj obwód i zmień ponownie.

Zawsze upewnij się, że poziomy napięcia zasilania są zgodne ze specyfikacją obwodów logicznych, których zamierzasz używać. Jeśli TTL, zasilacz musi być 5 woltowym regulowanym zasilaniem, dostosowanym do wartości możliwie zbliżonej do 5, 0 woltów prądu stałego.

Jednym ze sposobów zaoszczędzenia czasu i zmniejszenia prawdopodobieństwa błędu jest rozpoczęcie od bardzo prostego obwodu i stopniowe dodawanie składników w celu zwiększenia jego złożoności po każdej analizie, zamiast budowania zupełnie nowego obwodu dla każdego problemu praktycznego. Inną techniką oszczędzającą czas jest ponowne użycie tych samych komponentów w różnych konfiguracjach obwodów. W ten sposób nie będziesz musiał zmierzyć wartości żadnego składnika więcej niż jeden raz.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Pozwól, by elektrony same udzieliły odpowiedzi na twoje własne "problemy praktyczne"!

Uwagi:

Z mojego doświadczenia wynika, że ​​studenci potrzebują wielu ćwiczeń z analizą obwodów, aby stać się biegły. W tym celu instruktorzy zwykle zapewniają swoim uczniom wiele problemów związanych z praktyką i udzielają odpowiedzi uczniom, którzy mogą sprawdzić swoją pracę. Takie podejście sprawia, że ​​uczniowie biegle posługują się teorią obwodów, ale nie potrafią ich w pełni wykształcić.

Uczniowie nie potrzebują jedynie praktyki matematycznej. Potrzebują także prawdziwych, praktycznych ćwiczeń w budowaniu obwodów i korzystaniu z urządzeń testowych. Sugeruję następujące alternatywne podejście: uczniowie powinni budować własne "problemy praktyczne" z rzeczywistymi komponentami i próbować przewidzieć różne stany logiczne. W ten sposób teoria cyfrowa "ożywa", a uczniowie zyskują praktyczną biegłość, której nie zdobędą jedynie przez rozwiązywanie równań Boole'a lub upraszczanie map Karnaugha.

Innym powodem zastosowania tej metody jest nauczenie studentów metody naukowej : proces testowania hipotezy (w tym przypadku prognozy stanu logicznego) poprzez przeprowadzenie prawdziwego eksperymentu. Uczniowie będą również rozwijać prawdziwe umiejętności rozwiązywania problemów, ponieważ czasami popełniają błędy konstrukcyjne obwodu.

Spędź kilka chwil ze swoją klasą, aby zapoznać się z niektórymi "zasadami" budowania obwodów przed ich rozpoczęciem. Porozmawiaj o tych problemach ze swoimi uczniami w taki sam sposób, w jaki zwykle omawiasz pytania z arkusza roboczego, zamiast po prostu mówić im, czego powinni i czego nie powinni robić. Nigdy nie przestaje mnie dziwić, jak słabo studenci chwytają instrukcje, gdy są prezentowane w typowym wykładzie (monolog instruktorski)!

Bardzo polecam układy logiczne CMOS do eksperymentów domowych, w których uczniowie mogą nie mieć dostępu do regulowanego zasilacza 5-woltowego. Współczesne obwody CMOS są dużo bardziej odporne na wyładowania elektrostatyczne niż pierwsze obwody CMOS, więc obawy studentów, że szkodzą tym urządzeniom przez brak "właściwego" laboratorium w domu, są w dużej mierze bezpodstawne.

Uwaga dla instruktorów, którzy mogą narzekać na "zmarnowany" czas wymagany do tego, aby uczniowie zbudowali rzeczywiste obwody zamiast tylko matematycznej analizy obwodów teoretycznych:

Jaki jest cel studentów, którzy biorą udział w kursie "itemsheetpanel panel-default" itemscope>

pytanie 2

Wyjaśnij różnicę między szeregowymi danymi cyfrowymi a równoległymi danymi cyfrowymi.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Szeregowe dane są przesyłane wzdłuż jednej linii, jeden bit za jednym razem; dane równoległe są przesyłane wszystkie na raz.

Uwagi:

Zapytaj swoich uczniów, czy słyszeli o portach "seryjnych" i "równoległych" na komputerach osobistych. Jeśli pozwala na to czas, niech sprawdzą dwa typy portów z tyłu komputera, kontrastując liczbę pinów używanych dla każdego złącza.

pytanie 3

Poniższy schemat pokazuje dwa czterobitowe uniwersalne rejestry przesuwne używane do przesyłania danych szeregowo przez kabel współosiowy o nieokreślonej długości:

Określić, jakie stany logiczne musiałyby zostać wprowadzone na zaciskach PL, CE i Clk każdego rejestru przesuwnego, oraz w jakim czasie, aby pomyślnie załadować cztery bity danych równoległych, przesunąć je szeregowo po kablu koncentrycznym, a następnie przytrzymać je na wyjściach (Q) odbierającego rejestru przesuwnego.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Nie podam tutaj wszystkich szczegółów, ale zacznę od kilku kroków:

Wyłącz aktywację wejść zegara (CE) obu rejestrów przesuwnych.
Zastosuj cztery żądane bity (poziomy logiczne) do wejść D 0 do D 3 lewego rejestru przesuwnego.
Krótko aktywuj wejście obciążenia równoległego (PL) lewego rejestru przesuwnego.
Aktywuj wejścia aktywacji zegara (CE) obu rejestrów przesuwnych jednocześnie dla czterech impulsów zegarowych.
itp.
itp. . .

Uwagi:

To pytanie prosi studentów o przemyślenie sposobu działania dwóch sprzężonych rejestrów przesuwnych, aby wykonać zadanie konwersji danych równoległych na szeregowe na równoległe. Nie tylko jest to dobry przegląd operacji rejestru przesuwnego, ale pokazuje niektóre (nie wszystkie!), Co dzieje się podczas pozornie prostej procedury wysyłania czterech bitów danych w postaci szeregowej przez kabel.

Trudnym szczegółem do ustalenia w tym schemacie jest to, jak zachować synchronizację obu rejestrów przesuwnych, aby jeden z nich otrzymał bity danych szeregowych w tym samym czasie, w którym drugi je wysyła. Oczywiście istnieje więcej niż jeden sposób, ale najłatwiej byłoby połączyć dwa wejścia zegara razem przez inny przewód.

Pytanie 4

Komputery osobiste i urządzenia peryferyjne stanowią bogate źródło przykładów zarówno transmisji danych szeregowych, jak i równoległych. Zidentyfikuj niektóre typowe przykłady sieci transmisji danych szeregowych i równoległych (i standardów) w pracy na wspólnym komputerze osobistym. Przykłady mogą obejmować komunikację między komputerami, między komputerami i urządzeniami peryferyjnymi (drukarki, skanery, aparaty fotograficzne, karty specjalne) lub między podstawowymi komponentami komputera (procesor, dysk twardy, monitor itp.).

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Przykłady komunikacji danych szeregowych obejmują 9-pinowe i / lub 25-pinowe "seryjne" złącza do komunikacji RS-232C, komunikacji Ethernet, portów USB i większości "myszy". Przykłady równoległej transmisji danych obejmują 25-pinowe "równoległe" złącza do drukarek i skanerów oraz kabli między płytą główną a dyskami (starsza technologia IDE).

Uwagi:

Ponieważ są to tak dobrze posługiwani komputerowi, jak większość młodych studentów, pytania takie jak te mają skłonność do wywoływania gotowych odpowiedzi i dużego zainteresowania. Może się okazać, że twój wysiłek jest niewielki, aby wprowadzić te technologie do swoich uczniów, ponieważ mogą one być bardziej zaznajomieni z niektórymi obszarami i funkcjami tego od ciebie!

Pytanie 5

Wszechobecnym przykładem komunikacji danych szeregowych jest kabel łączący klawiaturę z komputerem osobistym: dla każdego naciśniętego przełącznika klucza znak ASCII jest przesyłany do komputera. Ciekawą cechą tego konkretnego protokołu komunikacyjnego jest szybkość losowa, z jaką wysyłane są znaki ASCII. Ponieważ znaki są generowane z częstotliwością, którą użytkownik komputera wpisuje, szybkość jest całkowicie nieprzewidywalna. W związku z tym ta forma szeregowej transmisji danych jest znana jako asynchroniczna .

Porównaj i porównuj to z synchroniczną komunikacją danych szeregowych, dając przykład synchronicznego standardu komunikacji danych.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Jednym z szeroko rozpowszechnionych standardów synchronicznej transmisji danych jest SONET, wykorzystywany w aplikacjach do przesyłania danych na duże odległości. Pozwolę ci wykonać badania, aby porównać i porównać synchroniczne z asynchronicznymi.

Pytanie o wyzwanie: dane przesyłane między komputerami w sieciach o formacie szeregowym, takich jak RS-232C i Ethernet, są "taktowane" przez precyzyjne oscylatory na końcach transmisji i odbioru, ale nie są uważane za "synchroniczne", nawet jeśli każdy bajt danych jest wysyłane w regularnych (nie losowych) odstępach czasu. Wyjaśnij dlaczego.

Uwagi:

Na początku wydaje się, że jakakolwiek komunikacja między urządzeniami cyfrowymi występująca z wcześniej określoną częstotliwością (bps) i szybkością (znaki na sekundę) byłaby synchroniczna, ponieważ wszystko dzieje się w ustalonych odstępach czasu. Jednak dokładność właściwa dla prawdziwej synchronicznej sieci komunikacyjnej jest bardziej rygorystyczna niż ta. Niech twoi uczniowie rozwiną to, co znaleźli dzięki swoim badaniom.

Pytanie 6

Ważnym układem scalonym (IC) wykorzystywanym w cyfrowej transmisji danych jest UART . Opisz, co ten skrót oznacza i wyjaśnij cel tego obwodu.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

"UART" oznacza Universal Asynchronous Receiver Transmitter, a jego zadaniem jest działanie jako interfejs między dwoma równoległymi urządzeniami danych, zarządzanie komunikacją w formacie szeregowym wzdłuż linii komunikacyjnej.

Pytanie uzupełniające: podaj przykład układu UART IC, który można kupić już dziś.

Uwagi:

Kiedy uczniowie badają, czym jest UART, zawsze natkną się na takie terminy, jak parzystość, bit początkowy i bit stopu . Jeśli nie są jeszcze zaznajomieni ze szczegółami asynchronicznej transmisji danych, może to prowadzić do pewnych oświecających odkryć. Pamiętaj, aby omówić te warunki i szczegóły ze swoimi uczniami, jeśli wychowują je w klasie, ponieważ oznacza to, że będą bardzo otwarci na twoje instrukcje (zostali "przygotowani" do nauki przez chęć poznania).

Pytanie 7

Pokazane są tutaj trzy różne obwody telegraficzne. Określ, które z nich można sklasyfikować jako simpleks, full-duplex i half-duplex, pod względem transmisji danych szeregowych:

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Simplex: komunikacja jednokierunkowa
Half-duplex: komunikacja dwukierunkowa, w jedną stronę na raz.
Pełny dupleks: dwukierunkowa komunikacja w obie strony jednocześnie.

Pytanie uzupełniające: prześledzenie wszystkich prądów w tych obwodach za pomocą przepływu konwencjonalnego, a następnie elektronowego.

Uwagi:

Mogłem tylko poprosić o definicje tutaj, ale odniesienie tych pojęć do prawdziwych obwodów, jakkolwiek proste, niesie ze sobą więcej korzyści edukacyjnych. Ważne jest również pokazanie uczniom, że podstawowa koncepcja komunikacji cyfrowej nie jest tak naprawdę bardziej skomplikowana niż stara telegrafa, tylko szybsza.

Pytanie 8

Wczesną formą cyfrowej komunikacji szeregowej był kod Morse'a . Wyjaśnij, czym jest "kod Morse'a" i jak go porównuje do bardziej nowoczesnych kodów, takich jak ASCII.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Kod Morse'a był prostą konwencją używaną do reprezentowania znaków alfanumerycznych do transmisji danych telegraficznych. Początkowo operatorzy pracowali nad równoległymi szeregowymi i równoległymi konwerterami danych, ale potem maszyny zostały zbudowane, aby zrobić to automatycznie.

Uwagi:

Interesującą cechą alfabetu Morse'a, która prawdopodobnie nie jest rozpoznawana przez twoich uczniów, jest nieodłączna kompresja. Ponieważ niektóre znaki alfabetu Morse są krótsze niż inne (mniej impulsów) w przeciwieństwie do znaków ASCII, w których wszystkie znaki mają tę samą długość, wiadomości wysyłane w alfabecie Morse'a zwykle wymagają mniejszej liczby bitów niż wiadomości wysłane w ASCII.

Pytanie 9

Ważnym parametrem wydajności cyfrowych sieci komunikacyjnych jest liczba bitów na sekundę (b / s) obsługiwanych danych. Niestety, inny termin o nazwie baud jest często używany zamiennie z bps . Określ, czym jest "baud" i czym różni się od "bitów na sekundę".

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

"Baud" odnosi się technicznie do liczby przejść poziomu logicznego (od niskiego do wysokiego lub od wysokiego do niskiego) na sekundę w sieci, natomiast "bps" odnosi się do liczby bitów danych przesyłanych w ciągu sekundy. W przypadku konkretnej aplikacji, w której oba terminy znacznie się różnią, należy zbadać metodę modulacji danych zwaną kodowaniem Manchester .

Uwagi:

Choć niektórzy mogą twierdzić, że różnica jest akademicka, uważam, że precyzja języka i precyzja myślenia są ze sobą ściśle powiązane. Osoba, która nie rozpoznaje różnicy między "baud" i "bps" najprawdopodobniej niewiele wie o tym, w jaki sposób informacja cyfrowa jest kodowana dla transmisji szeregowej. Oczywiście jest to najważniejszy problem - zrozumienie, w jaki sposób transmitowane są dane cyfrowe. Tak więc, skoro już to robimy, równie dobrze możemy zająć się problemem niewłaściwego używania języka i lepiej zrozumieć, jak to działa, "panel z panelem roboczym domyślnie"

Pytanie 10

W słynnym artykule Claude'a Shannona z 1948 roku, zatytułowanym "Matematyczna teoria komunikacji", rozpoczyna się następującym stwierdzeniem:

"Niedawne opracowanie różnych metod modulacji, takich jak PCM i PPM, które wymieniają szerokość pasma dla stosunku sygnału do szumu, zwiększyło zainteresowanie ogólną teorią komunikacji".

Wyjaśnij, o czym mówił Shannon, kiedy powiedział: "wymień szerokość pasma na stosunek sygnału do szumu". W wielu przypadkach najlepszy stosunek sygnału do szumu komunikacji cyfrowej w porównaniu z komunikacją analogową jest głównym powodem uzasadniającym znacznie większą złożoność urządzeń komunikacji cyfrowej. Opracuj również, jak przepustowość zostaje poświęcona, aby uzyskać względnie bezszumową transmisję sygnału.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Sygnały cyfrowe są wysoce odporne na korozję od szumu, ponieważ składają się ze stanów dyskretnych ("wysoki" i "niski"), a nie z ciągłych zmiennych wielkości, jak to mają sygnały analogowe. Jednak w celu przekazania dowolnej znaczącej ilości informacji cyfrowej w postaci szeregowej, potrzebnych jest wiele impulsów. Wymaga to, aby ścieżka danych o dużej przepustowości była porównywalna z prędkością do analogowej.

Uwagi:

Język Shannona jest być może nieco wyższy niż norma dla edukacji na poziomie technika, ale mimo to uchwycił ważną jakość cyfrowej komunikacji: że odporność na zakłócenia, z której korzysta komunikacja cyfrowa, ma swoją cenę: wysoka przepustowość. Bez medium o wysokiej przepustowości, w którym można wymieniać informacje cyfrowe, komunikacja jest powolna lub całkowicie niepraktyczna.

  • ← Poprzedni arkusz roboczy

  • Indeks arkusza roboczego

  • Następny arkusz roboczy →