Digital kommunikation

LUNCHKLUBBEN 160926, What a mess - trender inom digital kommunikation (Juni 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Digital kommunikation

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

Forklar forskellen mellem serielle digitale data og parallelle digitale data.

Reveal svar Skjul svar

Serielle data transmitteres langs en linje, et stykke ad gangen; parallelle data overføres alle på én gang.

Bemærkninger:

Spørg dine elever om, at de nogensinde har hørt om "serielle" og "parallelle" porte på pc'er. Hvis tiden tillader det, skal du undersøge de to typer af porte på bagsiden af ​​en pc, der kontrasterer antallet af ben, der bruges til hvert stik.

Spørgsmål 3

Det følgende skematiske diagram viser to fire-bit universelle skiftregistre, der bruges til at kommunikere data serielt over et koaksialt kabel af uspecificeret længde:

Angiv, hvilke logiske tilstande der skal indtastes på PL, CE og Clk-terminalerne for hvert skiftregister, og på hvilke tidspunkter kan du med hell indlæse fire bits parallelle data, skifte dem serielt over det koaksiale datakabel og derefter holde dem ved udgangene (Q) af det modtagende skifteregister.

Reveal svar Skjul svar

Jeg vil ikke give dig alle detaljer her, men jeg vil komme i gang med et par trin:

Deaktivering af uraktiveringsindgangene (CE) i begge skiftregister.
Anvend de fire ønskede bits (logiske niveauer) til D 0 til D 3 indgange på venstre skiftregister.
Aktiver kortvarigt parallelbelastningen (PL) på det venstre skiftregister.
Aktiver klokkeaktiveringsindgangene (CE) på begge skifteregister samtidigt for fire klokkeimpulser.
etc.
etc. . . .

Bemærkninger:

Dette spørgsmål beder eleverne om at tænke sig gennem driften af ​​to koblede skifteregister til at udføre opgaven med parallel-til-seriel-til-parallel datakonvertering. Dette er ikke kun en god gennemgang af skiftregisteroperationen, men det viser nogle (ikke alle!) Af hvad der sker under den tilsyneladende simple procedure for at sende fire bits data i seriel form over et kabel.

En udfordrende detaljer for at finde ud af i denne ordning er, hvordan man holder begge skiftregistre synkroniseret, så man modtager de serielle data bits samtidig med at den anden sender dem. Der er selvfølgelig mere end en måde at gøre dette på, men det nemmeste ville være at forbinde de to urindgange sammen via en anden kabelleder.

Spørgsmål 4

Personlige computere og perifere enheder giver en rig kilde til eksempler for både seriel og parallel dataoverførsel. Identificer nogle almindelige eksempler på både serielle og parallelle dataoverførselsnetværk (og standarder) på arbejdspladsen i en fælles pc. Eksempler kan omfatte kommunikation mellem computere, mellem computere og eksterne enheder (printere, scannere, kameraer, specialkort) eller mellem computerens grundlæggende komponenter (CPU, diskdrev, skærm osv.).

Reveal svar Skjul svar

Eksempler på seriel datakommunikation er 9-pin og / eller 25 pin "serielle" stik til RS-232C kommunikation, Ethernet-kommunikation, USB-porte og de fleste "mus." Eksempler på parallel datakommunikation inkluderer 25-pin "parallelle" stik til printer- og scannerenheder og kabler mellem bundkort og diskdrev (tidligere IDE-teknologi).

Bemærkninger:

Som computer-savvy som de fleste unge studerende er spørgsmål som disse tendens til at fremkalde klare svar og stærk interesse. Du må måske finde den lille indsats, der kræves af din side for at introducere disse teknologier til dine elever, da de måske er mere bekendt med bestemte områder og træk ved det end dig!

Spørgsmål 5

Et allestedsnærværende eksempel på seriel datakommunikation er kablet, som forbinder et tastatur til en pc: for hver nøgleomskifter trykkes, sendes et ASCII-tegn til computeren. En interessant karakteristik ved denne særlige kommunikationsprotokol er den tilfældige hastighed, hvormed ASCII-tegnene sendes. Fordi tegnene genereres i takt med, at computerbrugeren sker for at skrive, er satsen helt uforudsigelig. Følgelig er denne form for seriel datakommunikation kendt som asynkron .

Sammenlign og kontrast dette mod synkron seriel datakommunikation, hvilket giver et eksempel på en synkron datakommunikation standard.

Reveal svar Skjul svar

En udbredt synkron datakommunikationsstandard er SONET, der anvendes i langdistancet datakommunikationsapplikationer. Jeg lader dig gøre forskningen for at sammenligne og kontrast synkron mod asynkron.

Udfordringsspørgsmål: Dataene, der sendes mellem computere langs serielle formatnetværk som RS-232C og Ethernet, "clockes" af præcise oscillatorer i både transmitterende og modtagende ender, men betragtes ikke som "synkron", selvom hver byte af data er sendt med regelmæssige (ikke-tilfældige) intervaller. Forklar hvorfor.

Bemærkninger:

I første omgang ser det ud som om enhver kommunikation mellem digitale enheder, der forekommer med en forudbestemt frekvens (bps) og hastighed (tegn pr. Sekund), ville være synkron, fordi alt sker i faste intervaller. Imidlertid er præcisionen i et sandt synkront kommunikationsnet mere streng end dette. Lad dine elever uddybe hvad de har fundet gennem deres forskning.

Spørgsmål 6

Et vigtigt integreret kredsløb (IC), der anvendes i digital datakommunikation, er en UART . Beskriv, hvad denne akronym står for, og redegør for formålet med dette kredsløb.

Reveal svar Skjul svar

"UART" står for Universal Asynchronous Receiver Transmitter, og dens job skal fungere som en grænseflade mellem to parallelle data enheder, styring af kommunikation i serielt format langs en kommunikationslinie af en eller anden slags.

Opfølgningsspørgsmål: Giv et eksempel på en UART IC, der kan købes i dag.

Bemærkninger:

Når elever undersøger, hvad et UART er, vil de uvægerligt snuble over vilkår som paritet, startbit og stopbit . Hvis de endnu ikke er bekendt med detaljerne om asynkron datakommunikation, kan dette føre til nogle oplysende opdagelser. Sørg for at diskutere disse vilkår og detaljer med dine elever, hvis de bringer dem op i klassen, fordi det betyder, at de vil være meget modtagelige for din instruktion (at have været "primed" for at lære ved at have lyst til at vide).

Spørgsmål 7

Vist her er tre forskellige telegraf kredsløb. Bestem hvilken af ​​disse kan klassificeres som simplex, fuld duplex og halvduplex, hvad angår seriel dataoverførsel:

Reveal svar Skjul svar

Simplex: envejs kommunikation
Halvduplex: tovejskommunikation, én vej ad gangen.
Fullduplex: tovejs kommunikation, begge veje samtidigt.

Opfølgningsspørgsmål: Spor alle strømme i disse kredsløb ved hjælp af konventionel strømning og derefter elektronstrøm.

Bemærkninger:

Jeg kunne lige have bedt om definitioner her, men det er dog simpelt at forholde disse begreber til virkelige kredsløb med mere uddannelsesmæssige fordele. Det er også vigtigt at vise eleverne, at det grundlæggende koncept for digital kommunikation er virkelig ikke mere kompleks end den gamle telegraf, bare hurtigere.

Spørgsmål 8

En tidlig form for digital seriel datakommunikation var Morse-kode . Forklar, hvad "Morse kode" er (eller var), og hvordan den sammenlignes med mere moderne koder som ASCII.

Reveal svar Skjul svar

Morse-kode var en simpel konvention, der plejede at repræsentere alfanumeriske tegn til telegrafdataoverførsel. I første omgang fungerede menneskelige operatører for parallelle til serielle til parallelle dataomformere, men derefter blev maskiner bygget for at gøre dette automatisk.

Bemærkninger:

En interessant funktion af Morse-koden, som sandsynligvis ikke er anerkendt af dine elever, er iboende kompression. Fordi nogle Morse-tegn er kortere end andre (færre pulser) i modsætning til ASCII, hvor alle tegn har samme længde, har budskaber sendt i Morse tendens til at kræve færre bits end meddelelser sendt i ASCII.

Spørgsmål 9

En vigtig præstationsparameter for digitale kommunikationsnetværk er antallet af bits per sekund (bps) af data, den kan håndtere. Desværre bruges en anden betegnelse kaldet baud ofte med bps . Definer, hvad "baud" er, og hvordan det adskiller sig fra "bits per sekund."

Reveal svar Skjul svar

"Baud" refererer teknisk til antallet af logiske niveauovergange (lav til høj eller høj til lav) pr. Sekund på et netværk, mens "bps" faktisk refererer til antallet af data-bits, der overføres per sekund. For en bestemt anvendelse, hvor de to udtryk er væsentligt forskellige, skal du undersøge en metode til datamodulering, der er kendt som Manchester-kodning .

Bemærkninger:

Mens nogle kan argumentere forskellen for at være akademisk, tror jeg, at præcision af sprog og præcision af tænkning er nært beslægtede. Den person, der ikke genkender forskellen mellem "baud" og "bps", ved højst sandsynligt lidt om, hvordan digital information er kodet til seriel transmission. Selvfølgelig er dette det ultimative problem - forståelse for, hvordan digitale data overføres. Så selvom vi er i det, kan vi lige så godt komme ind på en fælles misbrug af sprog og få en dybere forståelse af, hvordan tingene fungerer, lige "panelpanelets standardpanel"

Spørgsmål 10

I Claude Shannons berømte 1948-dokument med titlen A Mathematical Theory of Communication åbner han med følgende erklæring:

"Den seneste udvikling af forskellige gradueringsmetoder såsom PCM og PPM, som udveksler båndbredde for signal-støj-forhold, har intensiveret interessen for en generel kommunikationsteori."

Forklar, hvad Shannon refererede til, da han sagde: "Udveksl båndbredde for signal-til-støjforhold". I mange tilfælde er det overordnede signal-støjforhold mellem digital kommunikation over analog kommunikation den primære årsag til at retfærdiggøre det meget større kompleksitet af digitalt kommunikationsudstyr. Uddyb også om, hvordan båndbredden bliver ofret for at opnå en relativt lydløs signaloverførsel.

Reveal svar Skjul svar

Digitale signaler er meget modstandsdygtige over for korruption fra støj, fordi de består af diskrete ("høje" og "lave") tilstande i stedet for kontinuerligt variable mængder som analoge signaler er. For at kunne kommunikere enhver væsentlig måling af digital information i seriel form er der imidlertid brug for mange impulser. Dette kræver, at databåndet med høj båndbredde skal kunne sammenlignes i hastighed til analog.

Bemærkninger:

Shannons sprog er måske lidt over normen for uddannelse på teknikerniveau, men det fanger alligevel en vigtig kvalitet af digital kommunikation: at støjimmuniteten, der nyder digital kommunikation, kommer til en pris: høj båndbredde. Uden et medium med høj båndbredde, hvor der kan udveksles digital information, er kommunikationen enten langsom eller fuldstændig upraktisk.

  • ← Forrige regneark

  • Regneark Indeks

  • Næste regneark →