Cyfrowe sygnały logiczne

IO-Link sygnały cyfrowe (Lipiec 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Cyfrowe sygnały logiczne

Obwody cyfrowe


Pytanie 1

Rezystor (zmienny rezystor) i przełącznik są przykładami komponentów elektrycznych o różnych stopniach przewodności:

Które z tych urządzeń można uznać za dyskretne i które byłoby uważane za ciągłe pod względem przewodności elektrycznej "# 1"> Odsłoń odpowiedź Ukryj odpowiedź

Ciągła wielkość to taka, która może płynnie zmieniać się od jednej skrajnej wartości do drugiej, podczas gdy dyskretna ilość to taka, która może przyjąć jedynie skończoną (ograniczoną) liczbę odrębnych stanów. W tym przypadku reostat wykazuje ciągłą regulowaną ciągłość elektryczną, podczas gdy przełącznik jest dyskretny, ponieważ może on przewodzić lub nie przewodzić prądu.

Pytanie uzupełniające: jaka jest różnica pomiędzy ciągłym napięciem a dyskretnym napięciem?

Uwagi:

Celem tego pytania jest doprowadzenie uczniów do myślenia w kategoriach ilości "cyfrowych", które ze względu na swój charakter są nieciągłe. Ponieważ większość programów elektronicznych skupia się na ciągłych ilościach przed dyskretnym, dobrze jest, aby uczniowie zastanowili się nad naturalną prostotą dyskretnych obwodów i komponentów po przestudiowaniu ciągłego (analogowego) obwodu.

pytanie 2

Cyfrowy układ logiczny wykorzystuje dyskretne poziomy napięć: każde wejście i wyjście obwodu "bramki logicznej", które są uważane za "wysokie" lub "niskie". Określ, co oba te terminy oznaczają w cyfrowym obwodzie logicznym zasilanym 5 woltami prądu stałego.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

"High" = (prawie) 5 V między wejściem / wyjściem bramki a masą.

"Low" = (prawie) 0 V między wejściem / wyjściem bramki a masą.

Uwagi:

Jest to bardzo prosta koncepcja, ale warto omówić to w swoim pytaniu, aby upewnić się, że żaden uczeń nie zrozumie, kiedy ta koncepcja zostanie później zastosowana.

pytanie 3

Określ poziomy logiczne ("wysokie" lub "niskie") w każdym z punktów testowych w tym obwodzie przy przełączniku dźwigienkowym w pozycji otwartej, a także status tranzystora i diody LED:

V TP1 = ( wysoki lub niski "# 3"> Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

V TP1 = wysoki
V TP2 = wysoki
V TP3 = niski
V TP4 = wysoki
Tranzystor = wyłączony
LED = wyłączony

Pytanie uzupełniające: pokaż, jak obliczyć rozsądne wartości dla dwóch rezystorów w tym obwodzie.

Uwagi:

To pytanie dotyczy koncepcji "wysokich" i "niskich" sygnałów napięciowych do prostego obwodu tranzystorowego, weryfikując działanie tranzystora w tym procesie.

Pytanie 4

Jeśli potrzebujemy wygenerować dyskretny sygnał logiczny ("wysoki" lub "niski") z przełącznika mechanicznego, najbardziej bezpośrednim sposobem na to jest użycie jednobiegunowego, podwójnego przełącznika (SPDT) w następujący sposób:

W pozycji "High" przełącznik bezpośrednio łączy linię sygnału z + V, zapewniając wysoki stan logiczny; w położeniu "Low" przełącznik bezpośrednio łączy linię sygnałową z masą, zapewniając niski stan logiczny. Co może być prostsze "// www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/03001x02.png">

Często w takich konfiguracjach występuje problem, ponieważ w pozycji otwartej nie ma połączenia z + V ani z ziemią. Innymi słowy, te dwie konfiguracje SPST wytwarzają dokładnie ten sam nieokreślony stan logiczny ("pływający"), gdy ich odpowiednie przełączniki są otwarte. Aby temu zaradzić, rezystory są często dodawane do takich obwodów:

Wyjaśnij, jakie funkcje służą rezystory rozwijane i pull-up, a także, dlaczego są one określane tymi nazwami.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Rezystory "pulldown" i "pull up" robią dokładnie to, co sugerują ich nazwy: pociągają one za stan logiczny drutu w kierunku przeciwnym do tego, co robi przełącznik po zamknięciu.

Pytanie uzupełniające: Aby lepiej zrozumieć przeznaczenie tych rezystorów, zbadaj następujące obwody bez zbędnych i opornych rezystorów, aby określić, jakie stany logiczne przewodów będą w obu położeniach przełącznika. Następnie dodaj rezystory rozwijane lub pull-up i ponownie sprawdź obwody:

Pytanie dotyczące wyzwania: w jaki sposób obliczyć właściwą rezystancję (w omach) dla opornika typu "pull down" lub "pull up"? // www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/03001x04.png ">

Uwagi:

Jeśli uczniowie nie rozumieją celu tych rezystorów po przeczytaniu pytania i zbadaniu ich tekstów, powinni, gdy zobaczą kolejne pytanie. Porozmawiaj o tym ze swoimi uczniami, ponieważ pojęcie "pulldown" i "pull up" rezystorów jest tym, co wprawia w zakłopotanie niektórych uczniów.

Pytanie 5

Powszechnym błędem popełnianym przez studentów nowych w obwodach cyfrowych jest zamiana rezystorów typu pull up lub pulldown w schematach, a także w obwodach, które budują. Zapoznaj się z poniższymi schematami i określ, czy rezystor w każdym z nich jest prawidłowo umieszczonym rezystorem podciągniętym lub rozwijanym, czy też jest nieprawidłowo umieszczony:

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Pytanie uzupełniające: określ dokładnie, co byłoby nie tak z każdym "niewłaściwym" obwodem.

Uwagi:

Jest to jedna z koncepcji, które odkryłem, że wielu uczniów ma trudności z uchwyceniem, głównie dlatego, że polega na określeniu spadku napięcia między dwoma punktami ("strzałka", drut i ziemia). Jest to problem powiązań przestrzennych, podobny do problemów z prawem napięciowym Kirchhoffa, w których studenci muszą dowiedzieć się, ile napięcia znajduje się między dwoma określonymi punktami, gdy spadnie napięcie na kilka innych par punktów. Poświęć czas uczniom omawiającym te obwody, ponieważ kilku z nich prawdopodobnie nie zrozumie tego pojęcia po raz pierwszy, drugi, a nawet trzeci raz.

Gorąco polecam studentom podejście do "eksperymentu myślowego" w określaniu skuteczności każdego z obwodów pokazanych tutaj: przeanalizuj napięcie wyjściowe (stan logiczny) dla każdej z dwóch pozycji przełącznika. To proste podejście zwykle pomaga wyjaśnić, co robi każdy obwód i dlaczego "niewłaściwe" obwody nie działają.

Pytanie 6

Sonda logiczna jest bardzo przydatnym narzędziem do pracy z cyfrowymi układami logicznymi. Wskazuje stany logiczne "wysoki" i "niski" za pomocą diod LED, sygnalizując tylko wtedy, gdy poziomy napięcia są odpowiednie dla każdego stanu.

Oto schemat ideowy sondy logicznej zbudowanej za pomocą komparatorów. Każdy komparator ma potencjometr do regulacji progu, dzięki czemu można go ustawić tak, aby wskazywał jego odpowiedni stan logiczny tylko wtedy, gdy napięcie sygnału mieści się w zakresie podanym przez producenta układu logicznego:

Wyjaśnij, w jaki sposób działa ten obwód.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Pozwolę Tobie i twoim kolegom z klasy dowiedzieć się, jak działa ten obwód!

Pytanie kontrolne nr 1: wyjaśnij, w jaki sposób można użyć woltomierza jako sondy logicznej do rozwiązywania problemów w obwodzie cyfrowym.

Pytanie kontrolne nr 2: napisz wzór do obliczania odpowiednich wielkości rezystorów ograniczających prąd dla dwóch diod LED w tym obwodzie, biorąc pod uwagę wartość + V i wartość napięcia i prądu LED z przodu.

Uwagi:

Ważne jest, aby uczniowie zrozumieli, że istnieje pewien zakres napięcia między gwarantowanym stanem "wysokim" i gwarantowanym stanem "niskim", który jest nieokreślony, oraz że ten obwód sondy logicznej jest zaprojektowany do wskazania tego zakresu napięcia przez nie wyłączanie ani LED włączony.

Jeśli pozwala na to czas, należy omówić niektóre zalety i wady stosowania woltomierza jako sondy logicznej (zwłaszcza woltomierza cyfrowego, w którym czas aktualizacji wyświetlacza może być stosunkowo długi).

Pytanie 7

Określ, czy każda z tych wielkości jest ciągła czy dyskretna :

Rezystancja reostatu:
Rezystancja przełącznika:
Czas reprezentowany przez zegar analogowy:
Czas reprezentowany przez zegar cyfrowy:
Ilość pieniędzy w billfold (rachunki i monety):
Liczba kamyków trzymanych w dłoni:
Waga osoby, w funtach lub kilogramach:
Napięcie wyjściowe komparatora:
Napięcie wyjściowe wzmacniacza operacyjnego:
Przewodność elektryczna tyrystora:
Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Rezystancja reostatu: ciągła
Rezystancja przełącznika: dyskretna
Czas reprezentowany przez zegar analogowy: ciągły
Czas reprezentowany przez zegar cyfrowy: dyskretny
Ilość pieniędzy w billfold (rachunki i monety): dyskretna
Liczba kamyków trzymanych w dłoni: dyskretna
Waga osoby, w funtach lub kilogramach: ciągła
Napięcie wyjściowe komparatora: dyskretne
Napięcie wyjściowe wzmacniacza operacyjnego: ciągłe (jeśli zastosowano ujemne sprzężenie zwrotne)
Przewodność elektryczna tyrystora: dyskretna

Uwagi:

Celem tego pytania jest doprowadzenie uczniów do myślenia w kategoriach ilości "cyfrowych", które ze względu na swój charakter są nieciągłe. Ważne jest, aby pamiętać, że pojęcia ciągłych i dyskretnych ilości nie ograniczają się do elektroniki, ale znajdują się w różnych miejscach w życiu codziennym.

Należy zauważyć, że niektóre z tych ustaleń są subiektywne. Napięcie wyjściowe komparatora można uważać za dyskretne w dużej skali czasowej, ale istnieje mierzalne przejście od napięcia "wysokiego" do "niskiego", w którym napięcie wyjściowe znajduje się gdzieś pomiędzy pełnymi granicami nasycenia.

Pytanie 8

Dwie pomoce obliczeniowe starożytności to liczydło i zasada suwaka . Który z tych instrumentów matematycznych zostanie uznany za "analogowy" i który zostanie uznany za "cyfrowy" "# 8"> Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Zasady slajdów są analogowe, podczas gdy abaci (liczydła?) Są cyfrowe.

Uwagi:

Jednym z wyzwań odpowiedzi na to pytanie jest (młodzi) uczniowie, aby dowiedzieć się, co to jest zasada suwaka!

Pytanie 9

W cyfrowym obwodzie elektronicznym binarne wartości bitowe 0 lub 1 są reprezentowane odpowiednio w postaci napięć: stanów logicznych niskiej i wysokiej . Załóżmy, że musisz ręcznie "wprowadzić" stan logiczny do jednego z pinów obwodu logicznego. Na poniższej ilustracji obwód logiczny (pokazany jako niewyraźny, zacieniony prostokąt) jest już zasilany prądem stałym (+ V i masa), a jego wyjście jest wskazywane za pomocą diody LED. Wszystko, czego wymaga, to dane wejściowe od Ciebie:

Uzupełnij ten schemat przez włączenie przełącznika na rysunku tak, aby w każdym z jego dwóch stanów, określony "niski" lub "wysoki" stan logiczny był wykrywany przez terminal wejściowy obwodu.

Ujawnij odpowiedź Ukryj odpowiedź

Uwagi:

Chociaż może to wydawać się bardzo elementarnym pytaniem, ważne jest, aby uczniowie uświadomili sobie, jakie są stany logiczne w ich fizycznych reprezentacjach. Zbyt często czytam podręczniki i inne cyfrowe samouczki logiczne, które przeskakują studenta od razu do analizy boolowskiej obwodów bramkowych, przy czym wszystko działa poza abstrakcyjnymi 0 i 1 (lub "niskimi" i "wysokimi"), bez odpowiedniego wprowadzenia elektrycznego charakteru te stany uczniom. Pamiętajcie, że wasi uczniowie powinni być już dobrze obeznani z obwodami elektrycznymi, w tym z analogowymi tranzystorami i układami op-amp, więc rozpoczęcie ich badania bramek z perspektywy elektrycznej powinno być dla nich naturalne. Dopiero gdy zorientują się, w jaki sposób stany logiczne są reprezentowane przez napięcia, zalecam omawianie bramek i tabel prawdy.

  • ← Poprzedni arkusz roboczy

  • Indeks arkusza roboczego

  • Następny arkusz roboczy →