Мултиплексери и демултиплекери

Anonim

Мултиплексери и демултиплекери

Дигитални кругови


Питање 1

Немој само седети тамо! Изградите нешто!

Учење за анализом дигиталних кола захтева пуно истраживања и праксе. Уобичајено, ученици практикују тако што раде кроз многе проблеме узорка и провјеравају своје одговоре против оних које предвиђа уџбеник или инструктор. Иако је ово добро, постоји много бољи начин.

Више ћете научити стварајући градњу и анализу стварних кола, дозвољавајући вашој опреми за тестирање да пружи "одговоре" уместо књиге или друге особе. За вежбе вежбања кола, следите ове кораке:

  1. Прикријемо шематски дијаграм за дигитално коло које треба анализирати.
  2. Пажљиво изградите овај круг на плочи или другом пригодном медију.
  3. Проверите тачност конструкције кола, пратите сваку жицу на сваку везну тачку и проверите ове елементе један по један на дијаграму.
  4. Анализирајте коло, одређујући све излазне логичке стања за дате услове уласка.
  5. Пажљиво измерите те логичке стања да бисте потврдили тачност ваше анализе.
  6. Ако постоје грешке, пажљиво провјерите конструкцију кола на дијаграму, а затим пажљиво поново анализирајте круг и поново измјерите мерење.

Увек будите сигурни да су напонски напон унутар спецификације за логичке кругове које планирају користити. Ако је ТТЛ, напајање мора бити регулисано снабдевање са 5 волти, што је могуће подесити на најближу ДЦ вредност од 5.0 волта.

Један од начина на који можете уштедјети време и смањити могућност грешке је започињање врло једноставног круга и постепено додавање компоненти како би се повећала његова сложеност након сваке анализе, умјесто изградње потпуно новог кола за сваки проблем у пракси. Друга техника за уштеду времена је поновна употреба истих компоненти у различитим конфигурацијама кола. На овај начин нећете морати да измерите вредност било које компоненте компоненте више од једном.

Открити одговор Сакриј одговор

Нека сами електрони дају одговоре на своје "проблеме у пракси"!

Напомене:

Било је моје искуство да студенти захтевају много вежбања са анализом кола како би постали способни. У том циљу, инструктори обично пружају својим ученицима мноштво проблема у пракси и пружају одговоре студентима да провере свој рад против. Иако овакав приступ чини ученицима умешан у теорију кола, не успије их потпуно образовати.

Студенти не требају само математичку праксу. Они такође требају стварне, практичне кругове за изградњу праксе и употребу опреме за тестирање. Дакле, предлажем следећи алтернативни приступ: ученици треба да изграде своје сопствене "праксе" са стварним компонентама и покушавају да предвиде различита логичка стања. На тај начин, дигитална теорија "оживи", а студенти стичу практичну стручност коју не би могли добити само рјешавањем Боолеанских једначина или поједностављивањем Карнаугх карата.

Други разлог за пратњу овог начина праксе јесте да науче ученичке научне методе : процес тестирања хипотезе (у овом случају, предвиђања стања логике) вршењем правог експеримента. Студенти ће такође развити стварне вештине решавања проблема јер повремено врше грешке у конструкцији кола.

Проведите неколико тренутака са вашом класом да бисте прегледали неке од "правила" за изградњу кругова пре него што почну. Разговарајте о овим питањима са вашим ученицима на исти начин у Сократу како бисте нормално разговарали о питањима радног листа, а не само да им кажете шта требају и не би требало да раде. Никада не престајем да се чудим колико су лоши ученици схватили упуте када су представљени у типичном предавању (инструктор монологу) формату!

Ја високо препоручујем ЦМОС логичко коло за експерименте код куће, где ученици можда немају приступ регулираном напајању од 5 В. Савремено ЦМОС коло је далеко робусније у односу на статичко пражњење од првих ЦМОС кругова, тако да су страхови ученика који оштећују ове уређаје јер немају "исправну" лабораторију постављену код куће у великој мери неосновани.

Напомена инструкторима који се могу жалити на "изгубљено" време потребно да ученици граде стварна кола уместо само математички анализирање теоријских кругова:

Која је сврха ученика који изводе курс "ворксхеет панел панел-дефаулт" итемсцопе>

Питање 2

Замислите телефонски систем са само једним паром жица која се протеже између телефонских јединица. Ради једноставности, сматрамо да сваки телефон буде звучна јединица (неамприрана), где напон који директно напушта микрофон покреће звучник на другом крају:

Ако бисмо инсталирали другу телефонску линију која би допунила још један пар људи који би разговарали једни са другима, сигурно би то функционисало, али то би било скупо због трошкова жице на даљину:

Претпоставимо, али смо инсталирали скуп ДПДТ прекидача који су укључили два телефонска разговора дуж истог пара жица (само 1 телефонска линија). Ова општа техника позната је као мултиплексирање . Прекидачи би се синхронизовали према сатима на оба краја линије, и возили више пута и више:

Шта би разговор звучао као било који од слушалаца ако је фреквенција прекидача била 1 Хз "# 2"> Открити одговор Сакри одговор

На 1 Хз, свака секунда би недостајала пола секунде сваког разговора. Резултат би био веома "ситан" ток звука који би досегао сваког слушатеља.

Код 10 Хз, "цхоппинесс" би се смањио, са само 1/20 секунде вредног разговора који недостаје сваких 1/10 секунде из сваког разговора. Ипак, ипак би било веома тешко слушати.

Код брзине пребацивања од 40 кХз, оба разговора звучала би беспрекорно.

Питање о следећем питању: како можемо мултиплек више од два разговора дуж истог пара телефонских жица?

Питање изазова: да ли постоји ограничење о томе колико конверзација можемо да мултиплек на истом жичном пару? Ако је тако, који параметри би дефинирали ову границу?

Напомене:

Питајте ученике зашто ова техника преласка разговора функционише. Како је могуће да звучни разговори звуче "беспрекорно" када недостаје половина информација од сваког (без обзира на брзину пребацивања)?

Питајте своје ученике о одговорима на изазовно питање. Ако нико нема, дајте им наговештај: како пропусни опсег телефонских линија утиче на мултиплексирање великог броја сигнала?

Питање 3

Већина модерних аналогних осцилоскопа има могућност приказивања више трагова на њиховим екранима (двоструки траг је стандардни), иако сам ЦРТ који користи опсег може имати само један електронски пиштољ и на тај начин може само да "слика" једну тачка на екрану у исто време.

Осцилоскопи са једноручним цевима за приказивање постижу могућност двоструког трага помоћу мултиплексирања два улазна канала на исти ЦРТ. Постоји обично два различита начина за ово мултиплексирање, мада: алтернативно и сецкање .

Објасните како ове технике мултиплексирања функционишу и који услови ће вас одвести на коришћење два различита начина мултиплексирања. Обожавам вас да експериментишете са приказивањем два различита сигнала на једном од ових осцилоскопа као ваше истраживање. Вероватно ћете научити много више од практичне вежбе него да бисте о томе читали у књизи!

Открити одговор Сакриј одговор

Цхоп се користи за приказивање два таласна облика када је временски оквир подешен на успорено (нискофреквентно) подешавање. Алтернате се користи за приказивање два таласна облика када је временски оквир подешен на брзу (високофреквентну) поставку.

Напомене:

Немојте једноставно рећи својим ученицима како функционишу алтернативни и пресецани објекти њихових осцилоскопа. Пустите их да искусе ова два начина мултиплексирања директно, уз руку истраживање. Ако ништа друго, то ће им пружити додатну праксу помоћу осцилоскопа.

Питање 4

Разноврсне практичне електронске апликације захтевају мултиплексирање, при чему се неколико улазних сигнала појединачно бирају, један по један али врло брзо, који се преносе путем једног канала. Телефонски системи користе ову технику да "концентришу" вишеструке гласовне разговоре преко једног жичног пара, а већина аналогних осцилоскопа са двоструким траговима користи ову технику како би једном ЦРТ-у омогућила приказивање више трагова сигнала на екрану.

Да бисмо брзо одабрали (или пребацили) аналогне сигнале у ове апликације за мултиплексирање, потребан вам је неки облик прекидача за укључивање / искључивање полупроводника који омогућава брзо пребацивање, импеданцију ниског пролаза ("на") и високу блокаду ("офф "Држава") импеданција. Срећом, постоји такав уређај обично и јефтино произведен, назван ЦМОС билатерални прекидач :

Овај хибридни аналогни / дигитални уређај користи дигиталне логичке сигнале (високе / ниске) да активира врата капија ЦМОС транзистора за укључивање и искључивање аналогних сигнала. То је као да имате четири ниске струје чврстог стања у једном интегрисаном колу. Када је контролна линија направљена "високо" (стандардни ЦМОС логички ниво), одговарајући прекидач прелази у своје проводно ("укључено") стање. Када је контролна линија направљена "ниско", прекидач се искључује. Због тога што се МОСФЕТ-и укључују и искључују, контролне линије извлаче занемарљиву струју (баш као и ЦМОС логички улазни улази).

Ако бисмо користили такве билатералне прекидаче за мултиплексне аналогне сигнале дуж заједничке линије сигнала, ипак морамо додати неке додатне компоненте да контролишемо који је прекидач (од четири) активан у било ком тренутку. Узмите на пример овај круг где користимо четири билатерална прекидача за мултиплексирање напонских сигнала са четири мерила за акцелерометар (мерење убрзања на вибрационом тестеру):

Идентификовати потребан "мистеријски уређај" приказан на шеми, који дозвољава бинарни улаз (С 0 и С 1 са четири комбинације виших / ниских стања: 00, 01, 10 и 11) да активирате само један билатерални прекидач у исто време .

Открити одговор Сакриј одговор

Овај "мистериозни уређај" је бинарни декодер од 2 до 4 линије.

Напомене:

Ово питање служи неколико циљева: упознавање студената са 4066 куад билатералним прекидачем, како би се приказала практична апликација за аналогно мултиплексирање, и прегледати претходни предмет (декодери).

Питање 5

Мултиплексери и демултиплекери често међусобно збуњују ученици који их прво упознају. Иако изгледају слично, они свакако врше различите функције. Приказани су овде мултиплекер и демултиплекер, од којих свака користи симбол прекидача са вишеструким положајем да би означили функције селекције унутар одговарајућих кругова:

Након што идентификујете шта је то, дајте дефиницијама за "мултиплексер" и "демултиплексер" у своје речи.

Открити одговор Сакриј одговор

Допустићу вам да сами истражите одговор на ово питање!

Напомене:

Ово питање приморава ученике да се директно суоче са тачком конфузије које сам приметио током неколико година наставе. Питајте их где су могли да нађу дефиниције за сваки израз.

Питање 6

74ХЦ150 је ЦМКС (ТТЛ компатибилан) мултиплекер интегрисаног кола, познат и као селектор података . Обично је доступан као 24-пин ДИП "чип". Идентификујте терминале 74ХЦ150 и означите их овде:

Конкретно, обратите пажњу на локације четири "изаберите" терминала, као и на јединствени излазни терминал.

Који типови електричних "података" могу бити "изабрани" овим одређеним интегрисаним колима "# 6"> Открити одговор Сакриј одговор

Да ли сте стварно мислили да ћу вам само показати пиноут овде, умјесто да консултујете образац? Ово је само дискретни сигнал. Не може "одабрати" аналогне сигнале попут оних који су укључени у телефонију.

Питање изазов: како можете направити аналогни мултиплексер, користећи компоненте којима сте упознати? Препоручујем вам да почнете са нечим једноставним, као што је четвороканални мултиплексер, пре него што покушате нешто са толико канала као што је овде приказан дигитални уређај (74ХЦ150).

Напомене:

Технички листови не само да пружају основне информације о пиноут-у, већ такође откривају важне оперативне карактеристике интегрисаних кола. У многим случајевима они такође показују типичне примене, које имају велику образовну вриједност. Нагласите важност података образаца својим ученицима са "претресним" вежбама као што је ова, изградите њихову способност да тумачите садржане информације.

Што се тиче изазовног питања, ученици мисле да могу изградити аналогни мултиплексер сигнала око дигиталног мултиплексера. У стварности би им требали сасвим другачији тип уређаја!

Питање 7

Мултиплексери или селектори података могу се користити за стварање произвољних функција табеле истине. Узмите на пример овај Боолеан СОП израз, приказан поред симбола за 16-канални мултиплексер:

Покажите жичне везе које су неопходне да би излаз мултиплексера учинили одређеним логичким стањима у одговору на улазне податке (А, Б, Ц и Д).

Открити одговор Сакриј одговор

Напомене:

Разговарајте са својим ученицима о значају коришћења мултиплексера на овај начин: да имплементирате произвољне логичке функције. За ученике који можда нису упознати са појмом, обавезно дефинишите реч "произвољно". Можда изгледа глупо, али ученици често не траже дефиниције речи које су нове за њих, из страха да ће се глупати испред њихових вршњака и испред себе. Још један разлог за уважавање поштовања у вашој учионици, али и стварање атмосфере у којој се ученици осећају угодно постављајући било какво питање.

Питање 8

74ХЦ154 је ЦМОС (ТТЛ компатибилан) декодер интегрисаних кола са четири улазне линије и шеснаест излазних линија:

Идентификујте логичка стања свих излазних терминала с обзиром на приказане услове уноса.

Сада, идентификујте логичка стања за исти круг, овог пута са логичким сигналом квадратног таласа (укључен / искључен) који се примјењује на прикључке:

Открити одговор Сакриј одговор

У првом сценарију са уземљеним линијама, излаз # 11 ће бити низак, а сви остали излази високи. У другом сценарију са улазним сигналом квадратног таласа за линије за омогућавање, излаз # 11 ће пулсирати док сви остали излази остају у високом стању.

Напомене:

Ово питање преиспитује употребу декодера као демултиплекера.

Питање 9

74ХЦ154 је ЦМОС (ТТЛ компатибилан) декодер интегрисаних кола, који се такође може користити као демултиплекер:

Који терминал (с) користимо за улаз сигнала, ако користите овај чип као демултиплекер, а не само декодер "# 9"> Открити одговор Сакри одговор

Користите прикључке за укључивање (заједно) као један "улазни" терминал.

Напомене:

Објасните својим ученицима да су "декодер" и "демултиплекер" заправо само две различите речи за исти уређај, видећи како су сви прави декодери опремљени са омогућеним улазима.

Питање 10

Интегрирани кругови декодера / демултиплексера 74ХЦ137 и 74ХЦ237 имају функцију која неки други декодер / демултиплекери не: адресирају започињање . Објасните шта је ова додатна карактеристика, како то функционише, и како бисте онемогућили ову функцију ако бисте требали користити један од ових интегрисаних кола у апликацији која не захтијева затварање адресе.

Открити одговор Сакриј одговор

Рећи ћу вам одговоре на ово питање. Наравно, производни лист производа вероватно је ваш најбољи извор информација!

Следеће питање: која је функционална разлика између 74ХЦ137 и 74ХЦ237? Како би се поједини шематски симболи за ова два декодера / демук ИЦ разликовали?

Питање изазов: помислите на практичну апликацију у којој вам је можда потребна функција адресирања.

Напомене:

Тешкоћа у адресирању није тешко разумјети ако су студенти већ проучавали Д-типове (и / или паралелне / паралелне регистре помака).

Питање 11

Када се прво упознају са енкодерима, декодерима, мултиплексима и демултиплекерима, ученици их често збуњују. Пишите кратке дефиниције (заједно са илустрацијама) за сваку од ових четири дигиталне функције, на основу сопствених истраживања и написаних помоћу сопствених речи. Такође, идентификујте које две од ових дигиталних функција обично врше исте интегрисане склопке.

Открити одговор Сакриј одговор

Дозволићу вам да схватите први део одговора (четири сложене дефиниције, заједно са илустрацијама)! Због тога што је тако лако добити ове четири функције помешане у вашем уму, важно је да дођете до сопственог схватања о томе која је, а не неко други (попут мене) да вам пружи готове дефиниције за памћење.

Децодирање и демултиплексирање се обично врши истим уређајем интегрисаних кола. Добар пример овога је 74ХЦ154.

Напомене:

Ево добар пример где студенти воле да пате на меморијску меморију, и где такве стратегије плитког учења често не успевају. Неопходно је да студенти раде своја истраживања и избацују ове функције у своје личне услове. На тај начин ће разумеју разлике, а не само да запамтају разлике.

Позовите појединачне студенте да презентирају своје налазе на овом питању, и да учионица буде мјесто гдје ученици деле своје разумијевање једни с другима. Пустите им да знају да је ово важно за њих да схвате, али немојте једноставно пружити готове одговоре за њих!

Питање 12

Следећи шематски дијаграм показује осамостепени произвољни генератор таласних облика. Аналогни мултиплексер одабира један од осам потенциометарских сигнала истовремено, коракајући од једне до друге у брзину сата пулсирања:

Објасните какав би ефекат имао кратак билатерални прекидач на излазни таласни облик. Будите што специфичнији.

Открити одговор Сакриј одговор

Ако би један од билатералних прекидача био кратак, он би скокирао све произвољне таласне напоне "према" онај са неуспелим прекидачем, који је изобличио таласни облик из свог првобитног облика.

Напомене:

Неправилан кратак билатерални прекидач би створио неку врсту пасивног круга аверагера између потапајућег прекидача и изабраног потенциометра. Ако ваши ученици имају потешкоћа у проналажењу ефеката ове грешке, подсјетите их на оно што је пасиван просјек и како то функционише.

Питање 13

Предвидите како ће операција овог склопа "концентратора" (која узима осам дигиталних улаза и "концентрише" их у једну, вишекратну, комуникациону линију која се проширује на осам излаза на пријемном крају) утјецати на сљедеће грешке . Разматрајте сваку грешку независно (тј. Један по један, без вишеструких грешака):

Цлоцк пулсе генератор зауставља пулсирање:
Пин преломи на В излазу 74151 чипа, остављајући ту жицу плутајући:
Пин преломи на Г2А улаз 74138 чипа, остављајући га плутајући:
Омогућите пукле пукове на 74151 чипу, остављајући га плутајући:

За сваки од ових услова објасните зашто се настају последице.

Открити одговор Сакриј одговор

Генератор сата импулса зауставља пулсирање: Само један канал од осам ће радити и ради без прекида. Подаци не могу проћи кроз било који од осталих седам канала.
Пин преломи на В излазу 74151 чипа, остављајући ту жицу плутајуће: Сви изабрани излази на чипу 74138 иду низак, умјесто понављања одговарајућег логичког стања на 74151 чипу.
Пин преломи на Г2А улаз од 74138 чипа, остављајући га плутајући: Сви излази на чипу 74138 иду све време.
Омогућите пукле пукове на 74151 чипу, остављајући га плутајућим: Сви изабрани излази на чипу 74138 иду низак, уместо понављања одговарајућег логичког стања на 74151 чипу.

Напомене:

Сврха овог питања је да приступи домену решавања проблема са круговима из перспективе да сазнају која је грешка, а не само знати који су симптоми. Иако ово није нужно реална перспектива, он помаже ученицима да изграде темељна знања неопходна за дијагностификацију скривеног круга из емпиријских података. Питања као што је ово треба слиједити (евентуално) другим питањима од студената да идентификују вјероватне грешке засноване на мерењима.

Питање 14

Мултиплексери или селектори података могу се користити за стварање произвољних функција табеле истине. Узмите на пример ову истинску таблицу, приказану поред симбола за 16-канални мултиплексер:

Покажите жичне везе које су неопходне да би излаз мултиплексера учинили одређеним логичким стањима у одговору на улазне податке (А, Б, Ц и Д).

Открити одговор Сакриј одговор

Питање о следећем питању: шта ако овај мултиплексер има активни низак излаз, као 74150 "напомене скривене"> Напомене:

Разговарајте са својим ученицима о значају коришћења мултиплексера на овај начин: да имплементирате произвољне логичке функције. За ученике који можда нису упознати са појмом, обавезно дефинишите реч "произвољно". Можда изгледа глупо, али ученици често не траже дефиниције речи које су нове за њих, из страха да ће се глупати испред њихових вршњака и испред себе. Још један разлог за уважавање поштовања у вашој учионици, али и стварање атмосфере у којој се ученици осећају угодно постављајући било какво питање.

Питање 15

Следећи шематски дијаграм је за круг селектора са два улаза, који (као што то подразумева) бира један од два улаза који се шаљу на излаз:

Одредите стање у којој треба унети улазну линију "изаберите контролу" да бисте изабрали Инпут А за слање на излаз и у каквом стању мора бити да бисте изабрали улаз Б да бисте отишли ​​на излаз.

Открити одговор Сакриј одговор

Високи сигнал на линији "изаберите контролу" бира улаз Инпут А, а низак сигнал на истој линији бира Инпут Б.

Напомене:

Селекторски кругови се широко користе у колу регистара бројача и смјера, где дигитални сигнали морају бити изабрани из више извора како би се постигли одређени задаци. Будите сигурни да ваши ученици разумеју како то функционише, јер ће их сигурно видети касније у некој апликацији!

  • ← Претходни радни лист

  • Индек листова

  • Следећи радни лист →