Digitale logiske signaler

How to resolve the No Signal or No Channels in Master List message (Juni 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Digitale logiske signaler

Digitale kredsløb


Spørgsmål 1

En reostat (variabel modstand) og en switch er begge eksempler på elektriske komponenter, der udviser forskellige grader af ledningsevne:

Hvilke af disse enheder ville blive betragtet som diskrete, og som ville blive betragtet som kontinuerlige med hensyn til deres elektriske ledningsevne "# 1"> Reveal svar Skjul svar

En kontinuerlig mængde er en, som kan variere jævnt fra en ekstrem værdi til en anden, mens en diskret mængde er en, der kun kan antage et begrænset antal begrænsede tilstande. Her repræsenterer reostat en kontinuerligt justerbar elektrisk kontinuitet, mens kontakten er diskret, fordi den kun kan ledes eller ikke ledende.

Opfølgningsspørgsmål: Hvad er forskellen mellem en kontinuerlig spænding og en diskret spænding?

Bemærkninger:

Formålet med dette spørgsmål er at få eleverne til at tænke på "digitale" mængder, som i sagens natur ikke er kontinuerlige. Da de fleste elektroniske læseplaner fokuserer på kontinuerlige mængder før diskret, er det godt at få eleverne til at reflektere over den iboende enkelhed af diskrete kredsløb og komponenter efter at have studeret kontinuerlig (analog) kredsløb.

Spørgsmål 2

Digitale logikkredsløb gør brug af diskrete spændingsniveauer: Hver "logic gate" -kredsløbsindgang og udsender spændinger, der enten betragtes som "høj" eller "lav". Definer, hvad begge disse udtryk betyder i et digitalt logisk kredsløb, der drives af 5 volt DC.

Reveal svar Skjul svar

"High" = (næsten) 5 volt mellem gateindgangen / udgangen og jorden.

"Lav" = (næsten) 0 volt mellem portindgangen / udgangen og jorden.

Bemærkninger:

Dette er et meget simpelt koncept, men det er værd at dække i sit eget spørgsmål, bare for at være sikker på, at ingen studerende misforstår når konceptet senere anvendes.

Spørgsmål 3

Bestem de logiske niveauer (enten "høj" eller "lav") ved hvert af testpunkterne i dette kredsløb med omskifteren i åben stilling samt status for transistoren og LED'en:

V TP1 = ( høj eller lav "# 3"> Reveal svar Skjul svar

V TP1 = høj
V TP2 = høj
V TP3 = lav
V TP4 = høj
Transistor = slukket
LED = slukket

Opfølgningsspørgsmål: Vis hvordan du ville beregne rimelige værdier for de to modstande i dette kredsløb.

Bemærkninger:

Dette spørgsmål gælder begreberne "høj" og "lav" spændingssignaler til et simpelt transistor kredsløb, der gennemgår transistoroperationen i processen.

Spørgsmål 4

Hvis vi har brug for at producere et diskret logisk signal ("højt" eller "lavt") fra en mekanisk switch, er det den mest direkte måde at gøre ved at anvende en enkeltpolet, dobbeltkast-switch (SPDT) som denne:

I "Høj" -positionen forbinder kontakten signallinjen direkte til + V, hvilket sikrer en høj logisk tilstand; I "Lav" -positionen kobler kontakten signallinjen direkte til jorden, hvilket sikrer en lav logisk tilstand. Hvad kunne være enklere "// www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/03001x02.png">

Et problem opstår ofte med sådanne konfigurationer, fordi der i åben stilling hverken er en forbindelse til + V eller jorden. Med andre ord producerer disse to SPST-konfigurationer den nøjagtige samme ubestemte logiske tilstand ("flydende"), når deres respektive switche er åbne. For at afhjælpe dette tilføjes modstande ofte til sådanne kredsløb:

Forklar, hvilke funktioner nedtræks- og trækmotstanderne tjener, og også hvorfor de henvises til af disse navne.

Reveal svar Skjul svar

Trækdæmpnings- og "pull up" modstande gør præcis hvad deres navne betyder: de trækker ledningens logiske tilstand i retningen modsat, hvad kontakten gør, når den lukkes.

Opfølgningsspørgsmål: For bedre at forstå formålet med disse modstande skal du undersøge følgende kredsløb uden udløb og trække modstande for at bestemme, hvad ledningernes logiske tilstande vil være i begge omskifterstillinger. Derefter tilføjes enten pulldown eller pull up modstande og gentag kredsløbene:

Udfordringsspørgsmål: Hvordan beregner man den rigtige modstand (i ohm) for en pulldown eller pull up resistor "// www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/03001x04.png">

Bemærkninger:

Hvis eleverne ikke forstår formålet med disse modstande efter at have læst spørgsmålet og forsker deres tekster, bør de, når de ser opfølgningsspørgsmålet. Diskuter dette spørgsmål med dine elever, for begrebet nedlukning og trække modstande er en, der forvirrer nogle elever.

Spørgsmål 5

En almindelig fejl begået af studerende, der er nye til digitale kredsløb, er at forlade træk- eller pulldown-modstandene i skematiske diagrammer, og også i de kredsløb, de bygger. Undersøg følgende skemaer og afgøre, om modstanden i hver enkelt er en korrekt placeret pull-up eller pulldown- modstand, eller hvis den er forkert placeret:

Reveal svar Skjul svar

Opfølgningsspørgsmål: Identificer specifikt, hvad der ville være forkert med hver af de "ukorrekte" kredsløb.

Bemærkninger:

Dette er et koncept, jeg har fundet, at mange elever har svært ved at forstå, hovedsageligt fordi det indebærer bestemmelse af et spændingsfald mellem to punkter ("pilen" ledningen og jorden). Det er et problem med rumlige forhold, der ligner Kirchhoffs spændingslovsproblemer, hvor eleverne skal finde ud af, hvor meget spænding er mellem to specificerede punkter, der giver spændingsfald over flere andre par punkter. Tilbring tid med dine elever diskutere disse kredsløb, fordi flere af dine elever sandsynligvis ikke forstår dette begreb første, anden eller endda tredje gang igennem.

Jeg anbefaler kraftigt, at eleverne tager tilgang til et "tankeeksperiment" ved at bestemme effekten af ​​hvert kredsløb, der er vist her: Analyser udgangsspændingen (logisk tilstand) for hver af switchens to positioner. Denne enkle tilgang hjælper normalt med at præcisere, hvad hvert kredsløb gør, og hvorfor de "ukorrekte" kredsløb ikke virker.

Spørgsmål 6

En logisk sonde er et meget nyttigt værktøj til at arbejde med digitale logikkredsløb. Det angiver "høje" og "lave" logiske tilstande ved hjælp af lysdioder, hvilket kun giver visuel indikation, hvis spændingsniveauerne er passende for hver tilstand.

Her er et skematisk diagram for en logisk probe bygget ved hjælp af komparatorer. Hver komparator har et tærskeljusteringspotentiometer, så det kun kan indstilles til at angive sin respektive logiske tilstand, hvis signalspændingen ligger godt inden for det interval, som logikproducenten angiver:

Forklar hvordan dette kredsløb fungerer.

Reveal svar Skjul svar

Jeg vil lade dig og dine klassekammerater finde ud af, hvordan dette kredsløb fungerer!

Opfølgningsproblem # 1: Forklar hvordan du kan bruge et voltmeter som en logisk sonde til fejlfinding i et digitalt kredsløb.

Opfølgningsspørgsmål # 2: Skriv en formel til beregning af passende strømbegrænsende modstandsstørrelser for de to lysdioder i dette kredsløb, givet værdien af ​​+ V og LED-spænding og aktuelle værdier.

Bemærkninger:

Det er vigtigt for eleverne at forstå, at der er en vis spænding mellem en garanteret "høj" tilstand og en garanteret "lav" tilstand, der er ubestemt, og at dette logiske sonde kredsløb er designet til at indikere dette spændingsområde ved ikke at omdanne Lysdiode på.

Hvis tiden tillader det, skal du diskutere nogle af fordele og ulemper ved at bruge et voltmeter som en logisk sonde (især en digital voltmeter, hvor opdateringstiden for displayet kan være relativt lang).

Spørgsmål 7

Identificer, om hver af disse mængder er kontinuerlig eller diskret :

Modstand af en reostat:
Modstand af en switch:
Tid repræsenteret af et analogt ur:
Tid repræsenteret af et digitalt ur:
Mængde penge i en regning (regninger og mønter):
Antal småsten holdt i en hånd:
En persons vægt, i pund eller kilo:
Spændingsudgang fra en komparator:
Spændingsudgang fra en operationsforstærker:
Elektrisk ledningsevne af en tyristor:
Reveal svar Skjul svar

Resistance af en reostat: kontinuerlig
Modstand af en switch: diskret
Tid repræsenteret af et analogt ur: kontinuerlig
Tid repræsenteret af et digitalt ur: diskret
Mængde penge i en billfold (regninger og mønter): diskret
Antal småsten holdt i en hånd: diskret
En persons vægt, i pund eller kilo: kontinuerlig
Spændingsudgang fra en komparator: diskret
Spændingsudgang fra en operationsforstærker: kontinuerlig (hvis negativ tilbagekobling anvendes)
Elektrisk ledningsevne af en tyristor: diskret

Bemærkninger:

Formålet med dette spørgsmål er at få eleverne til at tænke på "digitale" mængder, som i sagens natur ikke er kontinuerlige. Det er vigtigt at bemærke, at begreberne kontinuerlige og diskrete mængder ikke er begrænset til elektronik, men findes på en række steder i hverdagen.

Det skal bemærkes, at nogle af disse bestemmelser er subjektive. Spændingsudgangen fra en komparator kan betragtes som diskret i stor skala, men der er en målbar overgang fra "høj" spænding til "lav" spænding, hvor udgangsspændingen er et sted mellem fuldmætningsgrænser.

Spørgsmål 8

To beregnede hjælpemidler fra antikken er abacus og diasreglen . Hvilke af disse matematiske instrumenter ville blive betragtet som "analoge" og som ville blive betragtet som "digital" "# 8"> Reveal svar Skjul svar

Slide regler er analoge, mens abaci (abacuses?) Er digitale.

Bemærkninger:

En udfordring at besvare dette spørgsmål er for (unge) elever at finde ud af, hvad en diasregel er!

Spørgsmål 9

I digitale elektroniske kredsløb er binære bitværdier på 0 eller 1 repræsenteret i form af spændinger: henholdsvis lav og høj logisk tilstand. Antag at du skal manuelt "input" en logisk tilstand til en af ​​tapperne i et logisk kredsløb. I den følgende illustration er logikkredsløbet (vist som et uklart skygget rektangel) allerede forsynet med DC-effekt (+ V og jord), og dens udgang er angivet med en LED. Alt det kræver er et input fra dig:

Færdiggør dette skematiske diagram ved at inkludere en omskifter på tegningen, således at en bestemt "lav" eller "høj" logisk tilstand i hver af sine to positioner vil blive registreret af kredsløbets indgangsterminal.

Reveal svar Skjul svar

Bemærkninger:

Selv om dette kan synes at være et meget elementært spørgsmål, er det vigtigt at få eleverne til at indse, hvad logiske stater er i deres fysiske repræsentationer. Alt for ofte læser jeg lærebøger og andre digitale logik-øvelser, der springer den studerende straks ind i en boolsk analyse af gate-kredsløb, hvor alt fungerer ud fra abstrakte 0'er og 1'er (eller "lows" og "highs") uden at indføre den elektriske natur disse stater til studerende. Husk, at dine elever skal være helt fortrolige med elektriske kredsløb, herunder analog transistor og op-amp-kredsløb, så nu, så begynder deres studie af porte fra et elektrisk perspektiv, bør være naturligt for dem. Først når de er klar over, hvordan logiske tilstande repræsenteres af spændinger, anbefaler jeg at diskutere porte og sandtabeller.

  • ← Forrige regneark

  • Regneark Indeks

  • Næste regneark →