Encodere og dekodere

SAYISAL ELEKTRONİK DERSLERİ: Kodlayıcılar (Encoder) (Juni 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Encodere og dekodere

Digitale kredsløb


Spørgsmål 1

Hvad betyder det i almindelighed at kode for noget "# 1"> Reveal svar Skjul svar

At kode for noget er at konvertere et entydigt stykke information til en form for kode, der ikke er så klart forstået. At afkode er at udføre den omvendte operation: oversætte en kode tilbage til en entydig form.

Bemærkninger:

Dette spørgsmål får eleverne til at tænke på kodning og afkodning generelt - vilkår, som de formentlig allerede er bekendt med. Dette er et godt første skridt i vejledning, for at identificere en velkendt kontekst for et nyt emne, så eleverne har en lettere tid i forbindelse med det.

Spørgsmål 2

Den simple omskifter-og-diode kredsløb vist her er et eksempel på en digital encoder . Forklar, hvad dette kredsløb gør, da kontakten flyttes fra position til position:

Reveal svar Skjul svar

Denne koder genererer en tre-bit binær kode svarende til omskifterpositionen (en ud af otte stillinger).

Opfølgningsspørgsmål: Spor elektrostrømmen gennem kredsløbet med kontakten i position # 3.

Udfordringsspørgsmål: Er der andre koder (udover binære), der muligvis kunne genereres med et kredsløb af dette generelle design "Noter skjult"> Noter:

Bed dine elever om at forklare, hvordan udtrykket "encoder" gælder for dette enkle kredsløb. Hvad der præcist bliver kodet, og hvilken form for kode er de data, der konverteres til?

Spørgsmål 3

Efter at have lært at bygge enkle encoder kredsløb ved hjælp af diode netværk, satte du ud til at danne dit eget encoder fremstillingsvirksomhed: Encoders, Inc. Efter at have accepteret en sandhedspolitik i reklame, udarbejder dit bestyrelse dette slogan:

"Vores koder kredsløb er mere pålidelige, fordi der er mindre at bryde."

Efter måneder med hårdt arbejde afslører du dit nyeste mesterværk, 16-linjers til 4-linjers encoder:

Din første kunde har dog en klage med dit koderkredsløb. Han hævder det udsender ofte falske koder. Efter at du har sendt det tilbage til dit værksted for garanti reparation, bestemmer du, at der ikke er noget galt med koderkredsløbet selv: det udsender altid de korrekte koder, når du aktiverer de relevante indgange. Måske er problemet i, hvordan kunden bruger det.

Du ringer derefter kunden og spørger ham, hvordan han bruger koderen. Han fortæller dig, at den bruges som en del af et fejldiagnostisk kredsløb til et vigtigt stykke maskineri. Hver indgang på encoderen er forbundet til en anden sensor på maskinen (lav olietryksafbryder, højtemperaturkontakt, udenfor grænsebeskyttelseskontakter osv.), Og dernæst udsender udgangene en fire LED-skærm til vedligeholdelsesteknikere at se. De ville hellere have brugt en separat LED for hver "trouble" sensor, men displayet var for lille til at rumme femten lysdioder, så de besluttede at bruge fire lysdioder og en encoder, hvis deres teknikere fortolker en binær kode for at bestemme hvilken af ​​de femten sensorer aktiverer.

Afgøre, hvorfor din virksomheds flagskibscoderkreds nogle gange frembringer falske koder i denne ansøgning, så godt som muligt. Så anbefales en løsning til din kunde.

Reveal svar Skjul svar

Jeg besvarer dette spørgsmål med et andet spørgsmål: Hvad hvis to fejl opstår på denne maskine på samme tid "noter skjult"> Noter:

Trods den alt for simplistiske karakter af virksomhedens produkt afspejler dette scenario nøjagtigt den realistiske karakter af produktudvikling og kundeapplikation. Ofte designer og opbygger en virksomhed et produkt, og kunderne oplever problemer, fordi deres applikationer er ukorrekte for det pågældende produkt, eller applikationen afslører en mangel i produktet, der ikke blev registreret under udvikling.

Så elegant som "diode netværk" design af encoder er, det har bestemt sine begrænsninger. Spørg dine elever om, hvorvidt udgangssignalet fra dette koderkreds altid vil være ukorrekt, hvis to indgange samtidig aktiveres, eller hvis kun bestemte kombinationer af aktive indgange giver problemer. Hvilken tilstand ville være lettere at foretage fejlfinding?

Diskuter alternative løsninger med dine elever, og sørg for først at definere, hvad problemet er, så alle forstår.

Spørgsmål 4

Identificer hvilken diode der fejler i dette kredsløb, givet følgende sandtabel (viser den faktiske drift af koderen kredsløb, ikke hvad det skal gøre):


Skift positionOutput kode


0000


1001


2010


3011


4100


5001


6110


7111


Sørg for at angive, om du mener, at den fejlede diode er åben eller kortsluttet .

Reveal svar Skjul svar

Bemærkninger:

Dette spørgsmål hjælper eleverne med at forstå formålet med dioderne i denne type af encoder kredsløb: at styre strømmen til de relevante udgangslinjer og kun til disse linjer.

Spørgsmål 5

Identificer hvilken diode der fejler i dette kredsløb, givet følgende sandtabel (viser den faktiske drift af koderen kredsløb, ikke hvad det skal gøre):


Skift positionOutput kode


0000


1111


2010


3111


4100


5111


6110


7111


Sørg for at angive, om du mener, at den fejlede diode er åben eller kortsluttet .

Reveal svar Skjul svar

Bemærkninger:

Dette spørgsmål hjælper eleverne med at forstå formålet med dioderne i denne type af encoder kredsløb: at styre strømmen til de relevante udgangslinjer og kun til disse linjer.

Spørgsmål 6

Identificer hvilken diode der fejler i dette kredsløb, givet følgende sandtabel (viser den faktiske drift af koderen kredsløb, ikke hvad det skal gøre):


Skift positionOutput kode


0000


1001


2110


3111


4100


5101


6110


7111


Sørg for at angive, om du mener, at den fejlede diode er åben eller kortsluttet .

Reveal svar Skjul svar

Bemærkninger:

Dette spørgsmål hjælper eleverne med at forstå formålet med dioderne i denne type af encoder kredsløb: at styre strømmen til de relevante udgangslinjer og kun til disse linjer.

Spørgsmål 7

Forklar, hvordan følgende decimal-til-BCD-giverkredsløb fungerer:

Bestem også, hvilken udgang (D eller A) er den væsentligste bit af BCD-udgangen.

Reveal svar Skjul svar

Jeg vil lade dig regne ud detaljerne om, hvordan dette kredsløb fungerer, men jeg vil fortælle dig, at D er MSB.

Opfølgningsspørgsmål: Hvad skal ændres for at gøre dette til en hexadecimal-til-binær (16 linje til 4 linje) encoder "noter skjult"> Noter:

Ikke-prioriterede kodekredsløb som denne er temmelig enkle at finde ud af, og derfor giver jeg ikke en forklaring til eleverne i afsnittet "Svar".

Spørgsmål 8

Antag, at ELLER-port U 3 skulle svigte med udgangsterminalen altid høj. Hvilke udgangskoder vil blive påvirket af denne fejl?

Reveal svar Skjul svar

Følgende outputkoder vil blive påvirket negativt af denne fejl: 1, 4, 5, 8 og 9.

Bemærkninger:

Bed dine elever om at forklare, hvordan de har bestemt de berørte koder. Selv om spørgsmålet selv er relativt enkelt, er der plads til kreativitet i svarene!

Spørgsmål 9

Her er blok-symbolet for 74HC147 decimal-til-BCD-encoderen:

Beskriv hvilke indgangsvilkår der ville være nødvendige for at få den til at generere koden for nummer 7, og hvordan den numeriske mængde ville blive repræsenteret på output (Y) linjerne.

Reveal svar Skjul svar

For at kode nummer 7 skal du lave I 7- linjen lav (tilslut den til jorden). Dette ville gøre udgangene påtage sig følgende tilstande:

Y 0 = lav
Y 1 = lav
Y 2 = lav
Y 3 = høj

Bemærkninger:

Dette er en god gennemgang af aktive lave indgange, hvordan de trækkes på skemaer, og hvad de betyder i praktiske digitale kredsløb. Et potentielt forvirrende aspekt af dette spørgsmål er tilstedeværelsen af ​​aktive lave indgange og output, men det er værd at bruge tid til at gennemgå med eleverne, for det er ligesom mange IC'er med aktive lavt I / O-linjer.

Spørgsmål 10

Hvad er et prioriteret koderkreds, og hvordan adskiller det sig fra en regelmæssig koder "# 10"> Reveal svar Skjul svar

En prioritetscoder koder kun den højeste ordre aktive indgang, selvom flere indgange er aktiveret.

Bemærkninger:

Sørg for at spørge dine elever om, hvor og hvordan de fandt deres respektive prioriterede dataark dataark.

Spørgsmål 11

Kredsløbet vist her er en fire-bit analog-til-digital-konverter (ADC). Specifikt er det en flash konverter, så navngivet på grund af dens høje hastighed:

Forklar, hvorfor vi skal bruge en prioritetscoder til at kode komparatorudgangene i en fire-bit binær kode og ikke en regelmæssig encoder. Hvilke problem (er) ville vi have, hvis vi skulle bruge en ikke-prioriteret koder i dette ADC-kredsløb "# 11"> Reveal svar Skjul svar

Jeg vil ikke svare direkte på dette spørgsmål, men i stedet udgøre et "tankeeksperiment." Antag, at den analoge indgangsspænding (V in ) blev langsomt øget fra 0 volt til referencespændingen (V ref ). Hvad gør udgangene fra komparatorerne, en ad gangen, da den analoge indgangsspænding stiger? Hvilke indgangsvilkår ser koderen op? Hvordan ville en primitiv "diode-netværk" -type af encoder (som vi ved, ikke koder baseret på prioritet) fortolke komparatorudgange?

Bemærkninger:

Her viser jeg eleverne en meget praktisk anvendelse af en prioritetsgiver, hvor nødvendigheden af ​​prioriteret kodning skulle være tydelig efter en analyse af kredsløbet.

Spørgsmål 12

Forudsig, hvordan driften af ​​dette "flash" analog-til-digital-konverter (ADC) kredsløb vil blive påvirket som følge af følgende fejl. Overvej hver fejl uafhængigt (dvs. en ad gangen, ingen flere fejl):

Modstand R 16 fejler åben:
Modstand R 1 fejler åben:
Komparator U 13- output fejler lavt:
Loddebro (kort) over modstand R 14 :

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

Reveal svar Skjul svar

Modstand R 16 fejler åben: Udgangskoden vil være 15 (1111) hele tiden.
Modstand R 1 fejler åben: Hvis V i <V ref, vil udgangen være 0 (0000); Hvis V i > V ref, vil output være 15 (1111).
Komparator U 13- output fejler lav: Output vil antage "13" -tilstanden (1101), medmindre V i overstiger den analoge værdi, vil ADC'en registrere sig korrekt.
Loddebro (kort) over modstand R 14 : Der vil ikke være nogen særskilt "13" tilstand (1101), de analoge værdier for alle de andre tilstande justerer lidt for at fylde spalten.

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 13

Dette "flash" ADC kredsløb har et problem. Udgangskoden hopper fra 0000 til 1111 med den mindste mængde indgangsspænding (V in ). Faktisk er den eneste gang den udsender 0000, når indgangsterminalen er lidt negativ med henvisning til jord:

Identificer mindst to mulige komponentfejl, der kan forårsage dette problem, og redegør for din begrundelse for, hvordan du lavede identifikationerne.

Reveal svar Skjul svar

En mulig fejl er, at modstanden R 16 har svigtet åben, men det er ikke den eneste mulighed.

Bemærkninger:

Lad dine elever forklare deres ræsonnement i klassen for dig, så du kan observere deres diagnostiske tankeprocesser.

Spørgsmål 14

Sandheden tabellen vist her er for en 4-linje til 16-line binære dekoder kredsløb:

For hver af de seksten output linjer er der en Boolean SOP udtryk, der beskriver dens funktion. Skriv f.eks. De boolske udtryk for udgangslinjerne 5, 8 og 13.

Reveal svar Skjul svar

Udgangslinje 5: A (B) C (D)

Udgangslinje 8: (A) (B) (C) D

Udgangslinje 13: A (B) CD

Opfølgningsspørgsmål: Baseret på hvad du ser her, hvilken slags logisk gate kredsløb er en dekoder som denne består af "noter skjult"> Noter:

Intet virkelig kompliceret eller vanskelig her. Bare en let anvendelse af Boolean SOP udtryk.

Spørgsmål 15

Sandheden tabellen vist her er for en 4-linje til 16-line binære dekoder kredsløb:

For hver af de seksten output linjer er der en Boolean SOP udtryk, der beskriver dens funktion. Skriv f.eks. De boolske udtryk for udgangslinjerne 2, 11 og 14.

Reveal svar Skjul svar

Output linje 2: (A) B (C) (D)

Udgangslinje 11: AB (C) D

Udgangslinje 14: (A) BCD

Opfølgningsspørgsmål: Baseret på hvad du ser her, hvilken slags logisk gate kredsløb er en dekoder som denne består af "noter skjult"> Noter:

Intet virkelig kompliceret eller vanskelig her. Bare en let anvendelse af Boolean SOP udtryk.

Spørgsmål 16

Antag, at en kran har femten hydrauliske magnetventiler, der styrer dens bevægelse:

Tilt up (fast)
Kant ned (hurtig)
Tilt op (langsomt)
Kant ned (langsomt)
Drej til venstre (hurtigt)
Drej til højre (hurtigt)
Drej til venstre (langsomt)
Drej til højre (langsomt)
Kabel op (hurtig)
Kabel ned (hurtig)
Kabel op (langsom)
Kabel ned (langsomt)
Bucket åben (hurtig)
Bucket åben (langsom)
Bucket tæt (langsomt)

Du er en del af en teambygning en fjernbetjeningskontrol til denne kran med femten knapper på den til styring af hver af de femten magnetventiler. Denne kontrol vedhæng forbinder til hovedsystemet med et multikabelkabel, men du vil virkelig begrænse antallet af ledere i dette kabel for at holde det så let som muligt:

Tegn et simpelt skematisk diagram, der viser, hvordan et digitalt encoder- og dekoder-kredsløbspar kunne bruges til at relæere de samme femten kommandoer på tværs af færre kabelledere sammenlignet med, hvis vi anvendte en leder pr. Trykknappens omskifter.

Reveal svar Skjul svar

(Solenoid-drevet kredsløb ikke vist):

Opfølgningsspørgsmål: Kan du tænke på ulemper ved denne kranestyringsstrategi sammenlignet med at bruge et tykkere kabel, hvor hver trykknap har sin egen dedikerede leder "noter skjult"> Noter:

Hvis tiden tillader det, vil du måske bede eleverne om at skitsere et "typisk" magnetdrevsunderkreds, der placerer dekoderudgange til DC (eller AC!) Magnetventilspoler. Der er flere muligheder her, hver med deres egne fordele og ulemper.

Udfordringsspørgsmålet er godt at diskutere, selvom de fleste studerende ikke kunne svare på det selv. Det er ikke godt nok at kun have et system, der virker - vi skal også have et system, der er sikkert .

Spørgsmål 17

Type 74HC154 integreret kredsløb er en standard TTL dekoder, 4-linje til 16-linje. Dens blok symbol ser sådan ud:

Hvad repræsenterer symbolerne "Kile" ud for outputlinierne "# 17"> Reveal svar Skjul svar

Kile-symbolerne repræsenterer komplementering i den IEEE / ANSI digitale skematiske konvention, som ligner "bobler" placeret i nærheden af ​​output eller input af traditionelle logiske gate-symboler. På samme måde repræsenterer den ampersand karakter AND-funktionen.

Måske er den bedste måde at bestemme, hvad input (G1) og (G2) er, at undersøge sandhedstabellen, der er angivet i databladet for dette integrerede kredsløb.

Bemærkninger:

Meget kan læres af et godt datablad. Dette spørgsmål, og andre kan lide det, beder eleverne om at undersøge producentens dataark som en læringserfaring.

Bemærk sandtabellen (sandsynligvis) angivet i databladene dine elever samler. Hvordan hedder "irrelevante" stater i sandtabellerne? Spørg dine elever om hvad dette betyder (især med henvisning til spørgsmålet om strobe inputs).

Spørgsmål 18

Hvad er formålet med et syv-segmentet dekoder kredsløb? Hvad er et "syv-segment" display, og hvorfor har vi brug for et dekoder kredsløb til at drive det? Undersøg delnummeret for et typisk syv-segmentet dekoder kredsløb (enten CMOS eller TTL).

Reveal svar Skjul svar

Seven-segment displays er en meget almindelig numerisk grænseflade til digitalt elektronisk udstyr:

Et særligt dekoderkredsløb er nødvendigt for at oversætte 4-bit BCD koder til de særlige kombinationer af segmentaktiveringer, der repræsenterer decimaltal.

Opfølgningsspørgsmål: Hvad ser den interne skematiske ud af en typisk syv-segmentskærm ud som "noter skjult"> Noter:

Sørg for at bede dine elever om at afsløre dekoderdatabladene de fandt. Endnu en gang indeholder producentens datablade et væld af oplysninger, og dine elever vil lære meget ved at undersøge dem.

Spørgsmål 19

Design et kredsløb for at konvertere fire-bit binær til fire bit grå kode. Tip: det bruger eksklusive-ELLER porte.

Reveal svar Skjul svar

Bemærkninger:

Dette kredsløb er meget nemt at designe, hvis du husker konverteringsprocessen, der går fra binær til grå. Der er mange gode referencer til rådighed for eleverne til at lære (eller genoplære) denne proces fra, så fortæl dem ikke bare hvordan man gør det! Lad dem undersøge det på egen hånd.

Spørgsmål 20

Design et kredsløb for at konvertere fire-bit grå kode til fire bit binær. Tip: det bruger eksklusive-ELLER porte.

Reveal svar Skjul svar

Udfordringsspørgsmål: Dette kredsløb er ikke så velegnet til højhastighedskonvertering som en binær til grå konverter, selvom den bruger samme mængde og samme type logisk gate. Forklar, hvorfor der kan opstå problemer, hvis dette kredsløb er tvunget til at konvertere Grå kodeindgange, der ændrer sig hurtigt (for eksempel oversætter udgangen af ​​en gråkods roterende encoder til binær, når den mekaniske giver kører meget hurtigt).

Bemærkninger:

Dette kredsløb er meget nemt at designe, hvis du husker konverteringsprocessen, der går fra grå til binær. Der er mange gode referencer til rådighed for eleverne til at lære (eller genoplære) denne proces fra, så fortæl dem ikke bare hvordan man gør det! Lad dem undersøge det på egen hånd.

Spørgsmål 21

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 de studerende at tage dit kursus "meta-tags hidden-print">

Relaterede værktøjer:

Broadside Coupled Trace Inductance Calculator Modstandskalkulator Power Added Efficiency Calculator

  • ← Forrige regneark

  • Regneark Indeks

  • Næste regneark →