Tællere

09 Denso opdatering tællere (Juni 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Tællere

Digitale kredsløb


Spørgsmål 1

Lad ikke bare sidde der! Byg noget !!

At lære at analysere digitale kredsløb kræver meget undersøgelse og praksis. Normalt praktiserer eleverne ved at arbejde igennem masser af prøveproblemer og kontrollere deres svar mod dem fra lærebogen eller instruktøren. Mens dette er godt, er der en meget bedre måde.

Du vil lære meget mere ved faktisk at opbygge og analysere rigtige kredsløb, så din testudstyr giver svarene "i stedet for en bog eller en anden person. Følg disse trin for succesfulde øvelser i kredsløbsopbygning:

  1. Tegn skematisk diagram for det digitale kredsløb, der skal analyseres.
  2. Opbyg forsigtigt dette kredsløb på et brødbræt eller andet passende medium.
  3. Kontroller nøjagtigheden af ​​kredsløbets konstruktion, efter hver ledning til hvert forbindelsessted, og kontroller disse elementer en for en på diagrammet.
  4. Analyser kredsløbet, bestemmer alle output logiske tilstande for givne indgangsforhold.
  5. Mål forsigtigt de logiske tilstande for at kontrollere nøjagtigheden af ​​din analyse.
  6. Hvis der er fejl, skal du omhyggeligt kontrollere dit kredsløbs konstruktion mod diagrammet, og analyser derefter kredsløbet omhyggeligt igen og mål igen.

Sørg altid for, at strømforsyningsspændingsniveauet er inden for specifikationen for de logikkredsløb, du planlægger at bruge. Hvis TTL, skal strømforsyningen være en 5 volt reguleret forsyning, justeret til en værdi så tæt på 5.0 volt DC som muligt.

En måde du kan spare tid på og reducere muligheden for fejl er at begynde med et meget simpelt kredsløb og trinvis tilføje komponenter for at øge dens kompleksitet efter hver analyse, i stedet for at opbygge et helt nyt kredsløb for hvert øvelsesproblem. En anden tidsbesparende teknik er at genbruge de samme komponenter i en række forskellige kredsløbskonfigurationer. På den måde må du ikke måle en komponents værdi mere end én gang.

Reveal svar Skjul svar

Lad elektronerne selv give dig svarene på dine egne "praksisproblemer"!

Bemærkninger:

Det har været min erfaring, at eleverne kræver meget praksis med kredsløbsanalyse at blive dygtige. Til dette formål giver instruktører normalt deres elever mange øvelsesproblemer til at arbejde igennem og giver svar til, at eleverne tjekker deres arbejde imod. Mens denne tilgang gør eleverne dygtige i kredsløbsteori, undlader det at uddanne dem fuldt ud.

Studerende behøver ikke bare matematisk praksis. De har også brug for rigtige, praktisk praktiske bygningskredsløb og brug af testudstyr. Så jeg foreslår følgende alternative tilgang: eleverne skal bygge deres egne "praksisproblemer" med virkelige komponenter og forsøge at forudsige de forskellige logiske tilstande. På den måde kommer den digitale teori "levende", og de studerende får praktisk færdighed, de ikke ville vinde ved blot at løse boolske ligninger eller forenkle Karnaugh-kort.

En anden grund til at følge denne metode er at lære studerende videnskabelig metode : processen med at teste en hypotese (i dette tilfælde logiske tilstand forudsigelser) ved at udføre et rigtigt eksperiment. Studerende vil også udvikle rigtige fejlfindingskompetencer, da de lejlighedsvis laver kredsløbsbyggeri fejl.

Tilbring et par øjeblikke med din klasse for at gennemgå nogle af de "regler" for bygningskredsløb, før de begynder. Diskuter disse spørgsmål med dine elever på samme socratiske måde, som du normalt vil diskutere arbejdsarkets spørgsmål, snarere end blot at fortælle dem, hvad de burde og ikke burde gøre. Jeg ophører aldrig med at blive overrasket over, hvor dårlige eleverne får fat i instruktioner, når de præsenteres i et typisk foredrag (instruktørmonolog) format!

Jeg anbefaler stærkt CMOS logik kredsløb til hjemme eksperimenter, hvor eleverne måske ikke har adgang til en 5 volt reguleret strømforsyning. Moderne CMOS-kredsløb er langt mere robust med hensyn til statisk udladning end de første CMOS-kredsløb, så frygt for, at eleverne beskadiger disse enheder ved ikke at have et "korrekt" laboratorieopsætning derhjemme, er stort set ugrundede.

En note til de instruktører, der kan klage over den "spildte" tid, der kræves for at få eleverne til at opbygge virkelige kredsløb i stedet for bare at matematisk analysere teoretiske kredsløb:

Hvad er formålet med eleverne, der tager dit kursus? Panelarkontrolpanelets standardpanel?

Spørgsmål 2

Tæl fra nul til femten, i binær, holde bitene opstillet i lodrette søjler som denne:

0000

0001

0010

. . .

Nu læser du fra top til bund, bemærk de vekslende mønstre på 0 og 1 på hvert sted (dvs. et sted, to pladser, fire pladser, otte plads) af de fire bit binære tal. Bemærk, hvordan den mindste signifikante bit veksler hurtigere end den væsentligste bit. Tegn et tidsdiagram, der viser de respektive bits som bølgeformer, skifte mellem "lave" og "høje" tilstande og kommentere frekvensen af hver af bitene.

Reveal svar Skjul svar

Bemærkninger:

Formålet med dette spørgsmål er at få eleverne til at relatere den kendte binære tællingsekvens til elektriske hændelser: i dette tilfælde kvadratbølgesignaler af forskellig frekvens.

Spørgsmål 3

Vist her er en simpel to-bit binær tællerkreds:

Q-udgangen af ​​den første flip-flop udgør den mindst signifikante bit (LSB), mens den anden flip-flops Q-udgang udgør den mest signifikante bit (MSB).

Baseret på en tidsdiagramanalyse af dette kredsløb bestemmer, om det tæller i en op- sekvens (00, 01, 10, 11) eller en ned- sekvens (00, 11, 10, 01). Derefter bestemme, hvad der skal ændres for at få det til at tælle i den anden retning.

Reveal svar Skjul svar

Dette modkreds tæller i nedadgående retning. Jeg vil lade dig regne ud, hvordan man ændrer sin retning af tællingen!

Bemærkninger:

Faktisk kan tællingssekvensen bestemmes ved simpelthen at analysere flip-flops 'handlinger efter den første urpuls. At skrive et helt timingsdiagram for tællesekvensen kan hjælpe nogle elever med at forstå, hvordan kredsløbet virker, men de mere indsigtige studerende vil være i stand til at bestemme sin tælleretning uden at skulle tegne noget timingsdiagram overhovedet.

Spørgsmål 4

Modkredsløb bygget ved at cascade output fra en flip-flop til ur-indgangen på den næste flip-flop er generelt omtalt som ripple counters. Forklar hvorfor dette er sådan. Hvad sker der i et sådant kredsløb, der tjener det til at mærke "ripple" "# 4"> Reveal answer Skjul svar

Når disse tællere øges eller formindskes, gør de det på en sådan måde, at de respektive outputbits ændrer tilstand i hurtig sekvens ("rippling") i stedet for alle på samme tid. Dette skaber falske tællerudgange for meget korte øjeblikke af tid.

Hvorvidt dette udgør et problem i et digitalt kredsløb afhænger af kredsløbets tolerance for falske tællinger. I mange kredsløb er der måder at undgå dette problem uden at ty til en re-design af tælleren.

Bemærkninger:

Hvis dine elever har studeret binære adder kredsløb, bør de genkende ordet "krusning" i en lidt anden sammenhæng. Forskellige kredsløb, samme problem.

Spørgsmål 5

En modkredsstil, der fuldstændig omgåer "ripple" -virkningen kaldes den synkrone tæller:

Udfyld et tidsdiagram for dette kredsløb, og forklar hvorfor dette design af tælleren ikke udviser "ripple" på sine udgangslinjer:

Udfordring spørgsmål: at virkelig forstå denne type af modkreds godt, inkludere udbredelse forsinkelser i dit timing diagram.

Reveal svar Skjul svar

Tidsdiagrammet vist her er ideelt, uden udbredelsesforsinkelser vist:

Men selv med udbredelse forsinkelser inkluderet (lige forsinkelser for hver flip-flop), bør du finde, at der stadig ikke er nogen "ripple" effekt i udgangstællingen.

Bemærkninger:

Gå gennem timingdiagrammet angivet i svaret, og få eleverne til at forklare, hvordan de logiske tilstande svarer til en to-bit binær tælle-sekvens.

Spørgsmål 6

En elev lærte bare, hvordan en to-bitsynkron binær tæller virker, og han er begejstret for at bygge sin egen. Han gør det, og kredsløbet virker perfekt.

Efter den succes forsøger eleven at udvide deres succes ved at tilføje flere flip-flops, der følger det samme mønster som de to originale flip-flops:

Desværre fungerede dette kredsløb ikke. Den sekvens, den genererer, er ikke et binært tal. Bestem, hvad tællingssekvensen for dette kredsløb er, og prøv derefter at finde ud af, hvilke ændringer der kræves for at få det til at tælle i en ordentlig binær sekvens.

Reveal svar Skjul svar

Errant-tællingsekvensen er som sådan med kun otte unikke stater (der skulle være seksten!): 0000, 0001, 0010, 0111, 1000, 1001, 1010 og 1111. Et korrigeret up-counter-kredsløb ville se sådan ud:

Bemærkninger:

Jeg kan godt lide at introducere eleverne til synkront modkredsløb ved først at få dem til at undersøge et kredsløb, der ikke virker. Efter at have set et to-bitsynkroniseret modkreds giver det intuitiv mening til de fleste, at den samme cascade-flip-flopstrategi skal fungere for synkrone tællere med flere bits, men det gør det ikke. Når eleverne forstår, hvorfor den enkle ordning ikke virker, er de parat til at forstå, hvorfor den rigtige ordning gør.

Spørgsmål 7

Udfyld et tidsdiagram for dette synkrone tællerkreds, og identificer retningen af ​​dets binære tæller:

Reveal svar Skjul svar

Dette kredsløb tæller ned :

Bemærkninger:

Diskuter med dine elever hvordan man relaterer timediagrammer til binære tal (som vist i svaret).

Spørgsmål 8

Synkrone mod kredsløb har en tendens til at forvirre eleverne. Kredsløbet vist her er det design, som de fleste studerende mener burde arbejde, men faktisk ikke:

Vist her er en op / ned synkron mod counter design, der virker:

Forklar hvorfor dette kredsløb kan fungere korrekt (tæller i begge retninger), mens det første kredsløb ikke kan tælles korrekt. Hvad gør disse "ekstra" porte for at gøre modkretsfunktionen som den skal. Tip: For lettere at sammenligne op / ned-tælleren med den oprindeligt viste fejltæller, skal du tilslutte op / (Down) kontrollinjen højt, og se bort fra eventuelle linjer og porte, der bliver deaktiveret som følge heraf.

Reveal svar Skjul svar

De "ekstra" og porte tillader højere niveauer at skifte, hvis og kun hvis alle de foregående bit er høje.

Bemærkninger:

Selv om op / ned-kredsløbet kan se overvejende kompleks i begyndelsen, er det faktisk ganske enkelt, når eleverne genkender hensigten med AND og ELLER porte: at "vælge" enten Q eller (Q) signalet for at styre efterfølgende flip-flops .

Spørgsmål 9

Følgende kredsløb er en to-bit synkron binær op / ned-tæller:

Forklar, hvad der ville ske, hvis den øvre og portens output skulle blive "fast" i høj tilstand uanset indgangsvilkårene. Hvilken virkning ville denne form for svigt have på tællerens operation "# 9"> Reveal svar Skjul svar

Tælleren ville ikke kunne tælle i retningen "üp". Når befalede at tælle den retning, ville LSB skifte mellem 0 og 1, men MSB'en ville ikke ændre tilstand.

Bemærkninger:

Formålet med dette spørgsmål er at få eleverne til at forstå, hvordan en synkron op / ned-disk fungerer, i sammenhæng med at analysere virkningerne af en komponentsvigt.

Spørgsmål 10

Antag at vi brugte JK flip-flops med asynkrone indgange (Preset og Clear) til at opbygge en tæller:

Med de asynkrone linjer parallelt som sådan, hvad kan vi gøre skranken nu, da vi ikke var før vi havde asynkrone input til rådighed for os "# 10"> Reveal svar Skjul svar

Nu er vi i stand til at tvinge tælleren til nul (0000) eller fuld tælling (1111) efter ønske.

Bemærkninger:

Spørg dine elever, hvorfor denne funktion kan være nyttig. Kan de tænke på nogen applikationer, der involverer et modkreds, hvor det ville være praktisk at tvinge dens output til enten nul eller fuld tæller uanset klokens handling?

Spørgsmål 11

Delenummer 74HCT163 integreret kredsløb er en højhastigheds CMOS, fire-bit, synkron binær tæller. Det er en færdigpakket enhed, vil alle de nødvendige flip-flops og valglogikken være vedlagt for at gøre dit design arbejde nemmere end hvis du skulle bygge et modkreds fra individuelle flip-flops. Dens blokdiagram ser sådan ud (strømforsyningsterminaler udelades, for enkelhed):

Undersøg funktionen af ​​dette integrerede kredsløb, fra producenternes dataark, og forklar funktionen af ​​hver indgangs- og udgangsterminal.

Reveal svar Skjul svar

P 0, P 1, P 2 og P 3 = parallelle belastningsdataindgange
Q 0, Q 1, Q 2 og Q 3 = tæller udgange
CP = Urpulsindgang
(MR) = Master reset input
(SPE) = Synkron parallel aktivering indgang
PE = Aktiver input
TE = Aktiver input
TC = Terminal count output (nogle gange kaldet ripple carry output eller RCO)

Opfølgningsspørgsmål: både reset ((MR)) og forudindstillede ((SPE)) indgange er synkrone for denne særlige modkrets. Forklar betydningen af ​​denne kendsgerning med hensyn til hvordan vi bruger denne IC.

Bemærkninger:

I sidste ende vil dine elever sandsynligvis arbejde sammen med færdigpakket tællere oftere end tællere bestående af individuelle flip-flops. Således skal de forstå tællerens nomenklatur, deres fælles pinfunktioner osv. Hvis det er muligt, tillade gruppepræsentation af dataark ved at have en computer projektor tilgængelig, så eleverne kan vise dataarkene, de har downloadet fra internettet til resten af ​​klassen.

Noget, dine elever kan bemærke, når man undersøger dataark, er, hvordan forskellige producenter giver de samme IC-stifter forskellige navne. Dette kan gøre fortolkningen af ​​input og output på det givne symbol vanskeligere, hvis det specifikke dataark, der forskes af den studerende, ikke bruger de samme etiketter som jeg gør! Dette er en stor illustration af dataark variabilitet, dækket på en måde, som eleverne ikke sandsynligvis vil glemme.

Spørgsmål 12

Bestem outputimpulserne for dette modkreds, kendt som en Johnson-tæller, under forudsætning af at alle Q-udgange begynder i lav tilstand:

Reveal svar Skjul svar

Opfølgningsspørgsmål: Hvis det bruges som frekvensdeler, hvad er input: output ratio af dette kredsløb "noter skjult"> Noter:

Diskuter med dine elever, hvordan Johnson tællere er helt forskellige fra binære sekvens tællere, og hvordan denne unikke gør det muligt at tjekke visse tællefunktioner meget lettere (ved hjælp af færre porte) end andre typer af modkredsløb.

Spørgsmål 13

Følgende kredsløb er kendt som en Johnson tæller :

Beskriv udgangen af ​​dette kredsløb, målt fra Q-udgangen af ​​den højre højre flip-flop, forudsat at alle flip-flops strømmer op i nulstillingstilstanden.

Forklar også, hvad denne modificerede version af ovenstående Johnson-modkreds vil gøre i hver af de fem vælgerkontaktpositioner:

Reveal svar Skjul svar

Johnson tællere giver en dividende-for-n frekvensreduktion. Det viste andet tællerkredsløb har evnen til at vælge forskellige værdier for n.

Bemærkninger:

Strengt taget er dette kredsløb en divide-by- 2n-tæller, fordi frekvensdelingsforholdet er lig med dobbelt så mange flip-flops.

Den endelige (# 5) switch position er interessant, og bør diskuteres blandt dig og dine elever.

Spørgsmål 14

Antag, at vi havde to fire-bit synkron op / ned mod kredsløb, som vi ønskede at kaskade for at lave en otte bit counter. Tegn de nødvendige forbindelsesledninger (og eventuelle ekstra porte) mellem de to fire-bit tellere for at gøre det muligt:

Efter at have besluttet, hvordan man skal kaskade disse tællere, forestille sig, at du er ansvarlig for bygning og emballering af fire-bit mod kredsløb. De kunder, der køber dine tællere, ønsker måske at kaskade dem som du gjorde her, men de vil ikke være i stand til at "gå ind i" emballagen som du gjorde for at forbinde til nogen af ​​linjerne mellem de forskellige flip-flops. Det betyder, at du bliver nødt til at levere de nødvendige cascading linjer som input og output på dine færdigpakket tællere. Tænk nøje på, hvordan du vælger at opbygge og pakke dine fire-bit "cascadable" tællere og derefter tegne et skematisk diagram.

Reveal svar Skjul svar

Denne første løsning kræver nogle fjernelse af ledninger og en port fra den forreste ende af den anden tæller. . .

. . . mens denne løsning kun kræver forskellige AND-porte (3-indgang i stedet for 2-indgang) på den første tæller på den anden tæller:

Jeg vil lade dig bestemme, hvordan du måske ønsker at pakke dine fire-bit mod kredsløb for at tillade let cascading. Dette vil være et glimrende emne til diskussion i klasseværelset!

Opfølgningsspørgsmål: Hvorfor er ikke følgende kredsløb en acceptabel løsning? // www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/01402x04.png ">

Bemærkninger:

At finde ud af, hvordan man kaskader de to fire-bit tellere er den nemme del. Udfordringen er at "tænke fremad" ved at designe en fire-bit-tæller med alle de nødvendige forbindelser for at gøre cascading let for slutbrugeren. Gør dette centrum for diskussion om dette særlige spørgsmål.

Spørgsmål 15

Her er en otte-bit tæller bestående af to fire-bit 74HCT163 synkron binære tællere kaskade sammen:

Forklar, hvordan dette modkreds fungerer, og bestemme også, hvilken outputbit der er LSB og som er MSB.

Undersøg nu denne otte-bit tæller bestående af de samme to IC'er:

Forklar, hvordan dette modkreds fungerer, og hvordan dets funktion adskiller sig fra det foregående 8-bit mod kredsløb.

Reveal svar Skjul svar

Det første kredsløb viser to fire-bit tællere kaskade sammen i en krusningstilstand . Det andet kredsløb viser de samme to fire-bit tællere cascaded på en synkron måde. I begge tilfælde er Q 0 i venstre tæller LSB og Q 3 i højre tæller er MSB.

Opfølgningsspørgsmål: kommentere hvilken metode til cascading, der foretrækkes for denne type tæller IC. Er den funktionelle forskel mellem de to kredsløb betydelige nok til at berøre bekymring "noter skjult"> Noter:

Det er vigtigt for eleverne at konsultere databladet til 74HCT163-modkredsen for fuldt ud at forstå, hvad der sker i disse to kaskade-kredsløbskredsløb.

Spørgsmål 16

En studerende ønsker at sammenkaste flere fire-bit synkrontællere sammen. Hans første indsats ser ud som dette, og det fungerer godt som en otte-bit counter:

Opmuntret af denne succes beslutter eleven at tilføje en yderligere fire-bit-tæller til enden for at lave et tolv-bit mod kredsløb:

Desværre fungerer dette arrangement ikke så godt. Det ser ud til at fungere godt for de første 241 tæller (fra 000000000000 til 000011110000), men så begynder de sidste fire bits at cykle så hurtigt som de første fire bits, mens de mellemste fire bits forbliver i 1111-tilstanden for 15 ekstra urpulser. Noget er absolut meget forkert her!

Bestem, hvad problemet er, og foreslå et middel til det. Tip: Denne situation ligner meget på at forbinde mere end to JK-flip-flops sammen for at danne et synkront modkreds.

Reveal svar Skjul svar

"Fix" for dette problem er at aktivere den sidste (mest signifikante) fire bit-tæller kun, når terminalantalet (TC) udgange fra begge forudgående tællerkredsløb er aktive. Jeg vil lade dig finde ud af detaljerne i denne løsning for dig selv.

Bemærkninger:

"Hint" i dette spørgsmål kan give væk for meget, da problemet er nøjagtigt identisk med det problem, der opstår med alt for simplistiske synkrone JK-flip-flopkaskader. Hvilke nye studerende har tendens til at overse, er det kun nødvendigt at aktivere successive faser, når alle de foregående trin er ved deres terminalantal. Når du kun har to etaper (to JK-flip-flops eller to IC-tællere) til at håndtere, er der kun en TC-udgang, der skal beskæftige sig med, og problemet afslører aldrig sig selv.

Sørg for at give dine elever tid og lejlighed til at præsentere deres løsninger på dette dilemma. Spørg dem, hvordan de ankom til deres løsninger, hvad enten det er ved lærebog, tidligere eksempel (med JK flip-flops) eller måske ren hjernekraft.

Spørgsmål 17

Nogle integrerede kredsløbstællere er udstyret med flere aktiveringsindgange. Et godt eksempel på dette er 74HCT163:

I dette tilfælde, som i andre, er de to aktiveringsindgange ikke identiske. Selvom begge skal være aktive for tælleren at tælle, gør en af ​​de aktiverede indgange noget ekstra, som den anden ikke gør. Denne ekstrafunktion benævnes ofte en fremadrettet bære, der er tilvejebragt for at forenkle cascading af tællere.

Forklar hvad "look-ahead carry" betyder i forbindelse med digitale modkredsløb, og hvorfor det er en nyttig funktion.

Reveal svar Skjul svar

"TE" -indgangen muliggør ikke kun tællesekvensen, men det muliggør også "TC-udgang", som bruges til at kaskade yderligere tællere. På denne måde kan flere synkront tællerfaser forbindes sammen som:

Bemærkninger:

Den vigtige lektion i dette spørgsmål er, at synkroniserede modkretser med mere end to trin skal konfigureres på en sådan måde, at alle højere ordensfaser er deaktiveret med terminalantalet af laveste ordensfasen er inaktiv. Dette sikrer en ordentlig binær tællesekvens i hele det samlede kredsløbs rækkevidde. Dine elever skulle have været introduceret til dette koncept, når de studerede synkrontællere lavet af individuelle JK-flip-flops, og det er det samme koncept her.

Det er også vigtigt her at erkende, at nogle IC-tællere er udstyret med "look-ahead" -funktionen indbygget, og eleverne skal vide, hvordan og hvorfor at bruge denne funktion.

Spørgsmål 18

Bestem modulet (MOD) for en 4-bit binær tæller. Bestem modulet for to fire-bit binære tællere kaskaderet for at lave en otte-bit binær tæller.

Reveal svar Skjul svar

Fire bit modmodul = 16.

Otte bit modmodul = 256.

Opfølgningsspørgsmål: Er det muligt for en 4-bit-tæller at have en modul svarende til en anden værdi end 16 "noter skjult"> Noter:

Det egentlige formål med dette spørgsmål er at få eleverne til at finde ud af, hvilket udtryk "modul" betyder, og hvordan det angår modbits.

Spørgsmål 19

Overvej følgende fire-bit binære tæller integreret kredsløb (IC). Når den klargøres af kvadratbølgesignalgeneratoren, tæller den fra 0000 til 1111 i seksten trin og derefter "genbruges" tilbage til 0000 igen i et enkelt trin:

Der er imidlertid mange applikationer, hvor vi ikke ønsker, at tællerkredsløbet skal tælle helt op til fuld tælling (1111), men snarere recirkulere ved en mindre terminal tællerværdi. Tag f.eks. Anvendelse af BCD-tælling: fra 0000 til 1001 og tilbage igen. Her er en måde at afkorte tællingsekvensen af ​​en binær tæller, så den bliver en BCD-tæller:

Forklar, hvordan NAND-porten tvinger denne tæller til at genbruge efter en udgang på 1001 i stedet for at tælle helt op til 1111. (Hint: Nulstillingsfunktionen for denne IC antages at være asynkron, hvilket betyder, at tællerudgangen nulstilles til 0000 straks, når (RST) terminal går lavt.)

Vis også, hvordan du vil ændre dette kredsløb for at gøre den samme tællingsekvens (BCD), forudsat at IC'en har en synkron resetfunktion, hvilket betyder, at tælleren nulstilles til 0000, hvis (RST) er lav, og urindgangen ser en puls.

Reveal svar Skjul svar

Et tidsdiagram er nok den bedste måde at besvare dette spørgsmål på! Med hensyn til det synkroniserede reset BCD-modkreds er den eneste ændring, der er nødvendig, en simpel trådbevægelse (fra udgang Q 1 til Q 0 ):

Bemærkninger:

Selv om begge kredsløb opnår en BCD-tællesekvens, foretrækkes det synkron-reset-kredsløb, fordi det fuldstændigt undgår falske ("rippelignende") falske udgange ved genbrug. Vær sikker på at understrege, at forskellen mellem en asynkron og en synkron resetfunktion er intern til IC, og ikke noget brugeren (dig) kan ændre. For et eksempel på to ellers identiske tællere med forskellige nulstillingsfunktioner skal du sammenligne 74HCT161 (asynkron) og 74HCT163 (synkron) fire-bit binære tællere.

Spørgsmål 20

Antag at du havde et astabelt multivibrator kredsløb, der udsender et meget præcist 1 Hz firkantbølge signal, men du havde en applikation, der kræver en puls en gang hvert minut snarere end en gang hvert sekund. At vide, at der er 60 sekunder om et minut, kan du tænke på en måde at bruge digitale tællere til at fungere som en "frekvensdeler", så hver 60 multivibratorimpulser svarer til 1 udgangspuls "// www.beautycrew.com.au/ /sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/01405x01.png ">

Bemærk: Antag, at disse tæller-IC'er har asynkrone nulstillinger.

Reveal svar Skjul svar

Kaskader to tiårstællere sammen med en NAND-port til at afkode, når udgangen er lig med 60:

Opfølgningsspørgsmål: hvorfor kan vi ikke tage divide-by-60-pulsen fra RCO-udgangen fra den anden tæller, som vi kunne med divide-by-10 pulsen fra den første tæller "noter skjult"> Noter:

Fortæl dine elever, at modkredsløb ofte bruges som frekvensfordelere. Diskuter udfordringsspørgsmålet med dem, lad dem foreslå og diskutere flere løsninger på problemet.

"Notatet" i spørgsmålet om den asynkrone karakter af tællergenoprettede indgange er meget vigtig, da synkroniserede nulstillede tæller IC'er ikke opfører sig det samme. Diskuter dette med dine elever og viser dem, hvordan tællere med synkrone nulstillingsindgange ville give et divide-by-61-forhold.

I modsætning hertil er et split-by-60-kredsløbskreds netop det, vi skulle ankomme til en 1 Hz pulsbølgeform fra et 60 Hz powerline-frekvenssignal, hvilket er et pænt "trick" for at opnå et lavhastighedsur med relativt god nøjagtighed uden at kræve en krystalstyret lokaloscillator. (Hvor strømforsyningen er 50 Hz i stedet for 60 Hz, vil du have brug for en divider-by-50-tæller. Jeg ved det, jeg ved …) Hvis tiden tillader det, skal du bede dine elever om at tænke på, hvordan de kunne klare sig 60Hz sinusbølge (120 volt!) Standard powerline-spænding til en 60 Hz firkantbølgeimpuls egnet til input til en sådan frekvensdeler / modkreds.

Spørgsmål 21

Når tællere anvendes som frekvensfordelere, bliver de ofte tegnet som simple bokse med en indgang og en udgang hver, som denne:

Beregn de fire udgangsfrekvenser (f out1 til f out4 ) givet en indgangsfrekvens på 1, 5 kHz:

f out1 =
f out2 =
f out3 =
f out4 =
Reveal svar Skjul svar

f ud1 = 150 Hz
f out2 = 25 Hz
f out3 = 12, 5 Hz
f out4 = 2, 5 Hz

Opfølgningsspørgsmål: Hvis klokfrekvensen for dette delerkreds er nøjagtigt 1, 5 kHz, er det muligt, at de opdelte frekvenser varierer fra det, der forudsiges af modulværdierne (150 Hz, 25 Hz, 12, 5 Hz og 2, 5 Hz) " noter skjult "> Noter:

Formålet med dette spørgsmål er at introducere eleverne til den skematiske konvention af counter / dividers som simple bokse med "MOD" specificeret for hver enkelt og at give en smule kvantitativ analyse (omend meget enkel).

Spørgsmål 22

En elev bygger et fire-bit asynkront tællerkredsløb ved hjælp af CMOS JK-flip-flops. Det ser ud til at virke. . . det meste af tiden. Hver gang en gang, tæller pludselig og mystisk "spring" ud af rækkefølge til en værdi, der er helt forkert. Endnu fremmed end dette er det faktum, at det ser ud til at ske hver gang den studerende bøjer deres hånd ved siden af ​​kredsløbet.

Hvad har du mistanke om at problemet er?

Reveal svar Skjul svar

Det er en fejl, jeg ser eleverne hele tiden. Det faktum, at kredsløbet er bygget med CMOS-komponenter, og fejler, når et objekt kommer tæt på det, er et stærkt antydning om, at problemet er relateret til forstyrrede statiske elektriske ladninger. Det er et let korrigeret problem, som skyldes, at den studerende ikke tager tid til at forbinde alle tapperne på deres flip-flops korrekt.

Bemærkninger:

Jeg afslørede ikke præcis kilden til problemer i svaret, men jeg gav tilstrækkelige råd til, at alle, der er bekendt med CMOS, burde være i stand til at fortælle hvad det er! Dette er virkelig et problem, jeg har set mange gange med mine elever!

Spørgsmål 23

Identificer en enkelt fejl, der gør det muligt for dette synkrone tællerkredsløb at regne op efter behov, men ikke ned:

Forklar hvorfor din foreslåede fejl ville medføre problemet.

Reveal svar Skjul svar

To muligheder er umiddelbart synlige: inverter U 5 har en fejlagtig lav udgang, eller flip-flop U 1 har en fejlagtig lav (Q) udgang.

Bemærkninger:

Diskutér fordelene ved alle fejl foreslået som svar på dette spørgsmål med dine elever. Bed dem om at forklare begrundelsen bag deres svar, og brug dette som en mulighed for at korrigere konceptuelle fejl om driften af ​​dette kredsløb.

Spørgsmål 24

En elev opbygger en fire-bit asynkron op- tæller ud af individuelle JK-flip-flops, men er utilfreds med dens ydeevne:

Selvom tællingssekvensen er korrekt, begynder kredsløbet normalt ikke at tælle fra 0000 ved opstart. Det faktum, at kredsløbet tæller korrekt, tyder på, at der ikke er noget fejlagtigt eller fejlagtigt, så det kunne muligvis være forkert. "# 24"> Reveal svar Skjul svar

Flip-flops initialer ved opstart er i det væsentlige tilfældige, fordi de er underkastet interne løbsforhold mellem de indbyrdes porte. Hvad der er brug for, er en form for automatisk nulstilling for at tvinge alle flip-flops til nulstillingstilstanden ved opstart.

Bemærkninger:

Dette er et meget praktisk problem for state-machine kredsløb: Sørg for, at kredsløbet begynder i den ønskede tilstand i stedet for i en tilfældig tilstand.

Spørgsmål 25

Følgende RC kredsløb udgør et automatisk nulstillingsnetværk til tælleren. Ved strømforsyning nulstilles tælleren til 0000, så den tæller normalt:

Foregive, hvordan driften af ​​denne automatiske nulstillingskreds vil blive påvirket som følge af følgende fejl. Overvej hver fejl uafhængigt (dvs. en ad gangen, ingen flere fejl):

Modstand R 1 fejler åben:
Modstand R 2 fejler åben:
Modstand R 3 fejler åben:
Kondensator C 1 fejler ikke kort:

For hver af disse betingelser, forklar hvorfor de resulterende virkninger vil forekomme.

Reveal svar Skjul svar

Modstand R 1 fejler åben: Counter kan ikke nulstilles ved opstart.
Modstand R 2 fejler åben: Tælleren tæller ikke, output fast ved 0000.
Modstand R 3 fejler åben: Counter tæller ikke, output fast ved 0000.
Kondensator C 1 fejler ikke kort: Counter tæller ikke, output fast ved 0000.

Opfølgningsspørgsmål: Angiv nogle rimelige værdier for de tre modstande og kondensatoren.

Bemærkninger:

Formålet med dette spørgsmål er at nærme sig domænet for kredsløbsfejlfinding ud fra et perspektiv om at vide, hvad fejlen er, snarere end kun at vide, hvad symptomerne er. Selvom dette ikke nødvendigvis er et realistisk perspektiv, hjælper det eleverne med at opbygge den grundlæggende viden, der er nødvendig for at diagnosticere et fejlet kredsløb fra empiriske data. Spørgsmål som dette skal følges (til sidst) af andre spørgsmål, der beder eleverne om at identificere sandsynlige fejl baseret på målinger.

Spørgsmål 26

En elev forsøger at få en 74HC192 op / ned tæller til funktion. Men det er simpelthen ikke samarbejdsvilligt:

Bestem hvad den studerende gør forkert med denne 74HC192, og retter derefter det skematiske diagram.

Reveal svar Skjul svar

Troede du, at jeg bare ville give svaret væk her "noter gemt"> Noter:

Spørgsmålet om dette spørgsmål er at få eleverne til at undersøge et datablad for at finde ud af de nødvendige betingelser for at lave en digital IC, som den skal. Dette er yderst vigtigt for eleverne at blive vant til at gøre, da det vil spare dem for mange problemer som teknikere!

Spørgsmål 27

Dette Johnson-modkreds er specielt. Det udsender tre kvadratbølgesignaler, skiftede 120 o fra hinanden:

Antag, at den midterste flip-flops Q-udgang fejler i "høj" tilstand. Plot de nye outputbølgeformer for signalerne A, B og C. Antag, at alle Q-udgange begynder i "lav" tilstand (bortset fra den midterste flip-flop, selvfølgelig):

Reveal svar Skjul svar

Bemærkninger:

Formålet med dette spørgsmål er at nærme sig domænet for kredsløbsfejlfinding ud fra et perspektiv om at vide, hvad fejlen er, snarere end kun at vide, hvad symptomerne er. Selvom dette ikke nødvendigvis er et realistisk perspektiv, hjælper det eleverne med at opbygge den grundlæggende viden, der er nødvendig for at diagnosticere et fejlet kredsløb fra empiriske data. Spørgsmål som dette skal følges (til sidst) af andre spørgsmål, der beder eleverne om at identificere sandsynlige fejl baseret på målinger.

Spørgsmål 28

En tekniker forsøger at bygge et timeprojekt ved hjælp af et sæt cascaded tællere, der hver især er forbundet med sin egen 7-dels dekoder og display:

Teknikeren forsøgte at fejlfinding dette kredsløb, men forlod uden at afslutte jobbet. Du blev sendt for at afslutte arbejdet, idet du kun har fået at vide, at timer-kredsløbet "har en slags problem." Dit første skridt er at starte 1 Hz uret og se tidssekvensen, og efter et par minutter vil du undlade at læg mærke til noget ud over det sædvanlige.

Nu kan du sidde der i en hel time og se tællesekvensen, men det kan tage lang tid før noget, der er usædvanligt, du kan se. Udarbejd en testprocedure, der giver dig mulighed for at finde problemer hurtigere.

Reveal svar Skjul svar

Afbryd 1 Hz clock pulsgeneratoren og tilslut tællerindgangen igen til en firkantbølgesignalgenerator med variabel frekvens. Dette vil fremskynde tællingssekvensen og give dig mulighed for at se, hvad problemet er meget hurtigere!

Opfølgningsspørgsmål: formoder du gjorde det og fandt slet ikke noget problem. Hvad ville du have mistanke om næste som en mulig kilde til problemer, der kan forårsage, at timeren kredsløb til tiden forkert "noter skjult"> Noter:

Tilslutning af et defekt kredsløb til et andet indgangssignal end det, der normalt kører ved, er en glimrende måde at udforske fejl på. Det skal dog bemærkes, at nogle fejl kan gå uopdaget ved hjælp af denne teknik, fordi du har ændret kredsløbet i processen.

Spørgsmål 29

Forklar forskellen mellem en synkron tæller og en asynkron modkreds.

Reveal svar Skjul svar

Et "synkront" modkreds flip-flops klokkes samtidigt, mens hver af de "asynkrone" modkreds flip-flops kodes af output fra den foregående flip-flop.

Bemærkninger:

Bed dine elever om at diskutere hvilke fordele, hvis nogen, en af ​​disse modkredstyper kan have over den anden.

Spørgsmål 30

Tegn det skematiske diagram for et fire-bit binært "op" -kredsløb, ved brug af JK-flip-flops.

Reveal svar Skjul svar

Kredsløbet vist her er ikke den eneste gyldige løsning!

Opfølgningsspørgsmål: Hvilken anden konfiguration af JK-flip-flops kan bruges til at lave en fire bit binær "up" -tæller "notater skjult"> Noter:

Sørg for at diskutere opfølgningsspørgsmål med dine elever. Det er vigtigt, at de forstår, hvordan man laver både "op" og "ned" -tællere ved hjælp af JK-flip-flops, og at der er to grundlæggende metoder til at gøre hver retning af tælleren.

Spørgsmål 31

Udfyld et tidsdiagram for dette kredsløb, og bestemm dets retning af tællingen, og også om det er en synkron tæller eller en asynkron tæller:

Reveal svar Skjul svar

Dette er en synkron "op" tæller.

Bemærkninger:

Gå gennem timingdiagrammet angivet i svaret, og få eleverne til at forklare, hvordan de logiske tilstande svarer til en to-bit binær tælle-sekvens.

Spørgsmål 32

Udfyld et tidsdiagram for dette kredsløb, og bestemm dets retning af tællingen, og også om det er en synkron tæller eller en asynkron tæller:

Reveal svar Skjul svar

Dette er en asynkron "op" tæller.

Bemærkninger:

Gå gennem timingdiagrammet angivet i svaret, og få eleverne til at forklare, hvordan de logiske tilstande svarer til en to-bit binær tælle-sekvens.

Spørgsmål 33

Udfyld et tidsdiagram for dette kredsløb, og bestemm dets retning af tællingen, og også om det er en synkron tæller eller en asynkron tæller:

Reveal svar Skjul svar

Dette er en asynkron "down" tæller.

Bemærkninger:

Gå gennem timingdiagrammet angivet i svaret, og få eleverne til at forklare, hvordan de logiske tilstande svarer til en to-bit binær tælle-sekvens.

Spørgsmål 34

Når tællere anvendes som frekvensfordelere, bliver de ofte tegnet som simple bokse med en indgang og en udgang hver, som denne:

Beregn de fire udgangsfrekvenser (f out1 til f out4 ) givet en indgangsfrekvens på 25 kHz:

f out1 =
f out2 =
f out3 =
f out4 =
Reveal svar Skjul svar

f out1 = 5 kHz
f out2 = 625 Hz
f out3 = 312, 5 Hz
f ud4 = 31, 25 Hz

Opfølgningsspørgsmål: Hvis klokfrekvensen for dette delerkreds er nøjagtigt 25 kHz, er det muligt for de opdelte frekvenser at variere fra det, der forudsiges af modulværdierne (5 kHz, 625 Hz, 312, 5 Hz og 31, 25 Hz) " noter skjult "> Noter:

Formålet med dette spørgsmål er at introducere eleverne til den skematiske konvention af counter / dividers som simple bokse med "MOD" specificeret for hver enkelt og at give en smule kvantitativ analyse (omend meget enkel).

  • ← Forrige regneark

  • Regneark Indeks

  • Næste regneark →