Készítette: Sziládi Gábor Digitális Technika II. Vizsga: Teszt. Egy kérdésre 5 lehetséges válasz

Digitális Technika 2 jegyzet Készítette: Sziládi Gábor

http://www.aut.vein.hu/oktatok/golleia/ Digitális Technika II

Vizsga: Teszt. Egy kérdésre 5 lehetséges válasz. Gépesítés: Emberi izomerő helyettesítése. Automatizálás: Emberi agytevékenység (nagy részének) helyettesítése. Műszerezésre van szükség. Primer műszerezés: technológiáról információt gyűjtünk. Csak azon folyamatok automatizálhatók, ahol bizonyos tulajdonságokat meg tudunk mérni. Az irányítási művelet: - Nagy energiaszintű műveleteket befolyásolnak kis energiaszintű műveletek. - Funkciói egymáshoz kapcsolódó láncot képeznek, melyek a következők: Értesülésszerzés, feldolgozás, ítéletalkotás, rendelkezés. Hatáslánc: az értesülésszerzés, feldolgozás, ítéletalkotás, rendelkezés folyamata. Jel: A jel valamely állapotváltozó vagy mennyiség minden olyan értéke vagy értékváltozása, amely egy egyértelműen hozzárendelt információ megszerzésére, feldolgozására, tárolására, vagy továbbítására alkalmas. A hatáslánc tagjain halad át a jel. Elsődleges jellemzője az információ tartalma, az energiaszintje másodlagos. Irányítási szerv: Irányítási szerkezetek szervezetten együttműködő rendszere. Tag: Irányítási rendszer tetszés szerint kiválasztott részének jelformáló tulajdonságait képviseli. Tagnak be –és kimenő jele van. Irányítás technika Szabályozás technika Visszacsatolás is van. Tervezés után is kiküszöbölhetők a zavaró tényezők.

Vezérlés technika Nyitott hatáslánc: Csak a tervezésnél figyelembe vett zavaró tényezők küszöbölhetők ki.

Nyitott hatáslánc: • ellenőrző jel nincs, csak rendelkező. • csak a tervezésnél figyelembe vett zavaró tényezőkkel számolunk. • a vezérlés eredménye csak diszkrét digitális jel. Diszkrét digitális jel: (kétváltozós jel) – eldöntendő kérdések sorozata. • alacsony logikai szint: ’igaz’. • a földpont biztos stabil pont – ezért ez az igaz. • a feszültség állandóan változik, így nem célszerű a magas szintet az ’igaznak’ választani. Kezelő

Rendelkező jel Bemeneti szerv

Végrehajtó jel Kimeneti szerv

Logikai szerv

Beavatkozási jel Vezérelt berendezés

Járulékos szerv Pl.: kijelzők Visszacsatolás, pl. szabályozás technikánál

-1-


http://www.aut.vein.hu/oktatok/golleia/

Önműködő vezérlés típusai: 1. Követő vezérlés: egy állapot bekövetkezésével a rendszer továbbléphet a következő állapotba. 2. Programvezérlés: valamilyen program futása. 3. Időterv vezérlés: lényeges az idő és az időzítés. 4. Lefutó vezérlés: lépések egymásutánja. Segédenergia típusai: Előnye

Villamos

Pneumatikus

Hidraulikus

Leggyorsabb, legkönnyebb, korlátlan távolságra jelátvitel, könnyen kombinálhatók, villamos energia könnyen rendelkezésre áll. Tűz –és robbanásbiztos, tápenergia rendelkezésre áll, könnyen javítható, nem termel hőt, rázkódásra és sugárzásra nem érzékeny, a levegő bárhol kiengedhető. Nagyon erős, kezelése és karbantartása egyszerű, nem kell olajozni, jeltovábbítás gyors.

Hátránya Tűz –és robbanásveszélyes, javítása szakértelmet igényel, érintésvédelem, melegszik. A sűrített levegő hatótávolsága maximum 300 méter, szűrni és olajozni kell a levegőt zajos működés, bonyolult csővezetékrendszert kell kiépíteni. Olajvezeték érzékeny a tömítetlenségre, az olajat cserélni kell, tűzveszélyes, vissza kell vezetni az olajat a kompresszorba.

Üzembiztonság: Nagyszámú elem együttműködésekor egy elem meghibásodásánál az egész rendszer rosszul működik. Megbízhatóság: az a valószínűség, melynél egy alkatrész bizonyos ideig meghibásodás nélkül működik. Élettartam: a megbízhatóság mellet üzemszerűen (használat miatt) is meghibásodhat az alkatrész. Nehézüzemi körülmények: fokozott nedvesség, por és korrózív környezetben kell üzemeltetni egy rendszert. A készülék tokozásával lehet védeni a rendszert. Védettségi módok a magyar szabványban: MSZ 806/1-76, IP X Y X: szilárd anyagok elleni védelem, 7 fokozata van. 0. Nincs védettség. 1. Az emberi test nagy felületének figyelmetlenségből vagy balesetből származó védettsége, de a szándékosság ellen nem véd. 2. Ujjak érintése elleni védelem. 3. Szerszámoktól, huzaloktól vagy 2,5 mm átmérőnél vastagabb tárgyakkal szemben védett. 4. 1 mm átmérőnél vastagabb tárgyakkal szemben védett. 5. Védett a működésre káros por ellen. 6. Por ellen védett. Y: Folyadékok elleni védelem, 9 fokozata van. 0. Nincs védettség. 1. Vízcseppek függőleges lecsapódása ellen védett. 2. Vízcseppek 15°-nál kisebb lecsapódása ellen védett. 3. Esővel (lecsapódás <= 60°) szemben védett.

-2-



4. Fröcsköléssel szemben védett. 5. Vízsugárral szemben védett. 6. Hajófedélzeten uralkodó körülmények ellen védett. 7. Vízbemerítéskor ne kerüljön a belsejébe víz. 8. Tartós vízbemerítés ellen védett. Üzemi körülményeknél a legkomolyabb védettség az IP65-ös! Sulytólég és robbanás elleni védelmi módszerek: a.) Nyomásálló tokozás: a gépben felrobbanhat pl. a gázkeverék, de a tokozás elnyeli a robbanási energiát. b.) Lemezes tokozás: a lemezek a robbanási gázt lehűtik, így az további robbanást nem okoz. c.) Túlnyomásos szellőztetés: nagynyomással levegőt fújatnak a tokozásba, így a túlnyomás következtében nem jut be kívülről gázkeverék. d.) Olaj alatti védelem: bemerítik olajba. e.) Túlnyomás alatti védelem: a tokozáson belül magas nyomás van. f.) Gyújtószikra elleni védelem: a gyújtószikra-mentes áramkör megszakításakor vagy zárásakor keletkező szikra energiája kellő biztonsággal kisebb legyen, mint az adott gázkeverék begyújtásához szükséges energia. Feltételei: - Zener - gát:

Galvanikus leválasztás: idegen, hálózatellenes feszültség nem juthat be a készülékbe → optikai vezetés - Tápegység kimenő „értékei” - ne okozhassanak szikrát, azaz - kellően kicsit legyenek.

-

Rb (Robbanásbiztos)

Rv (Robbanásveszélyes)

Tápegység B (biztosíték) Zener-gát

R

Leválasztó ( U/U vagy I/I )

…

Zener-dióda

Megjegyzés: Galvanikus optoelektronikus leválasztás.

-3-


http://www.aut.vein.hu/oktatok/golleia/ Digitális készülékek szervei

I. Érzékelő szervek: 1. Nyomásmérő: általában félvezetőből készülnek. Membrán az érzékelő. Abszolút és relatív nyomás is mérhető. Piezoelektromos készülék. 2. Hőmérsékletmérő: a.) higanyos: Érzékelő

Higany

Ha a higany eléri a felső érzékelő, villamos zárlat jön létre. b.) Platinaszálas (Pt) pl. Pt100-as: 0°-on 100Ω. c.) Infravörös hőmérő. d.) Színképelemzés 3. Elfordulás- és fordulat-érzékelő: mágneses, lineáris, optikai, lézeres. 4. Szintérzékelők: valaminek a magasságát vagy szintjét érzékeli. - kapacitív szintérzékelők - flyght kapcsolók (úszós kapcsolók) II. Parancsadó szervek: 1. Nyomógombok: a.) Monóstabil: pl. csengő. Egy stabil állapot. b.) Distabil: 2 stabil állapot van. Probléma: Prell jelenség: nyomógomb megnyomásakor az áramkör teljes rövidre zárása előtt kis áramok ív formájában már áthúznak (a felületi egyenetlenség miatt) a másik érintkezőre és az elektronika ezt úgy is értelmezheti, hogy többször nyomtuk meg ugyanazt a gombot. - szűrővel vagy morse kapcsolóval ellátott. - valamilyen algoritmuson alapuló szoftverrel irányított. - mikrokapcsoló: egy előfeszített rugó van benne, ami nagyon gyorsan billen át → a prell-jelenséget jól csökkenti, nem rendelkezik memóriával. Megoldása:

Uki

- hardveres: U Ubillenési

t

Itt történik a prell jelenség

0

1

Ubill

0

1

Ube

H (hiszterézis érték)

Schmitt-trigger bemenetű áramkör: - szoftveres: bizonyos ideig letiltják a bemenetet. c.) Billenő kapcsoló: üzemmódok váltására, memóriával rendelkezik. d.) Fólia tasztatúra: a felső fólia megnyomásával összeér a felső és az alsó érintkező. Festett fólia pl. F1, ESC Felső fólia Távtartó Alsó fólia Alsó érintkező

Felső érintkező

-4-



III. Kimeneti szervek: 1. Tranzisztor: kis feszültségű, áramú bemenettel nagy feszültségű, áramú kimenetet tudunk vezérelni; fémes kapcsolat van, így nem tud galvanikus leválasztást biztosítani (nagy áram kapcsolásakor megrázhatja a kapcsoló személyt). - Open kollektoros (OC) - Totem Pole-os (TP)

2. Optocsatoló: a LED megvilágítja a fényre átkapcsoló tranzisztort. Két oldala között galvanikus leválasztást biztosít, mivel fénnyel viszi át az információt. A kimenet akár bemenetként is használható a leválasztás miatt.

3. Relé: Működés: feszültség hatására magához vonzza a vasmagos tekercs a fém pálcikát, ami rövidre zárja az áramkört a pogácsán keresztül. Élettartam: nem időben, hanem kapcsolásban mérik. Pl.: terheléssel 105, terhelés nélkül 107. Vasmagos tekercs

Pogácsa

Jellemzők: - pogácsa ellenállása - max. áram - max. feszültség - megszakító 6000 A-ig tud bontani - érintkezők távolsága mm-ben - érintkezők típusa (morse, záró, bontó, záró-bontó) - lomha eszköz - teljesítmény áttételre alkalmas - Relés logikai kapcsoló: ÉS: sorba vannak kötve a morse relék.

-5-



Relé érintkezők

Relé karakterisztika

a.) Reed relé: Üvegcső

Reed relé

Morze reed relé is van.

Reed relé alkalmazása

-6-



4. Tirisztor: félvezetős kapcsoló („félvezető dióda”) Két állapot: - A tirisztor begyújt, ha a gate-re feszültséget kapcsolunk, az anód-katód részen áram kell, hogy folyjon. - Kikapcsol, ha az áram az anód – katód körben egy bizonyos érték alá csökken. A

K

G

Hátrányai: eléggé melegednek nem választanak le galvanikusan A1

5. Triak: mindkét irányban képes vezetni. A2

G

6. Szilárd test réle (SSR): félvezetős, nincs benne mozgó alkatrész. A bemenet optocsatolós, a kimenet triak. Nem javítható.

7. Feszültség relé: meghatározott feszültség hatására kapcsol be (old ki). 8. Áram relé: meghatározott áram (pl. túláram) esetén leold. 9. Többtekercses relé: egynél több tekercse van. 10. Emlékező vagy ejtő relé: pl. hiba esetén felkapcsol egy lámpát. 11. Számláló relé. 12. Polarizált relé: meghatározott nagyságú polarizáció hatására old ki. 13. Idő relé: időzített relé. Ellenálláson keresztül töltődik a kondenzátor (kis késleltetéshez). 14. Mágnes kapcsoló vagy kontaktor: nagyobb áramok és magas feszültségek bontása ívmentesen. 3 fázisra is.

IV. Járulékos szerkezetek: 1. Hangjelző: pl. kürt, sziréna. 2. Fényjelzők: a.) Izzólámpa: kétállapotú. Sok energiát fogyaszt. Élettartama korlátozott. b.) Glimm lámpa: a két fémlemez ionizálja a köztük levő gázt. Kis energiát fogyaszt. Gáz

Fémlemez

-7-



c.) LED (fényemittáló dióda): egyenirányító tulajdonságú. Színek: piros, sárga, zöld, kék, fehér, infravörös. Keveset fogyaszt, hosszú élettartamú. Félvezetőn keresztül áramot vezetünk. Nyitófeszültség: 1,5 – 2 V. d.) Numerikus kijelzők: számjegyek kijelzésére. - 7 szegmenses kijelző: f

a g

b c

e d - pontmátrix. - 5x8-as kijelző. - 16 szegmenses kijelző:

- LCD kijelzők: kis feszültséggel és kis árammal működik. Elforgatja a fény polarizációs síkját. - Szematikus - Nematikus A folyadékra vetített fényt vagy átengedi (transzmissziós) vagy nem (reflexiós). Két üveglemez között folyadék + polárszűrő Váltakozó áramot használnak az elektrolízis elkerülése miatt Nincs frissítési frekvencia - Nixi-cső: hosszú élettartamú. Nagysebességű anódos és katódos gázkisüléses kijelző; nagy feszültséggel (160 V) működött, külön tápfeszültséget igényelt; ma már nem alkalmazzák. - CRT monitor. Energiaforrások: 1. Analóg-áteresztős: Rosszabb hatásfokú, átláthatóbb. 2. Kapcsolóüzemű: Jobb hatásfok, bonyolultabb, nem melegszik annyira. Oda kell figyelni az érintésvédelemre és a kapcsolásra. Fí-relé: ha a fázis és a 0 közötti áram eltérése meghalad egy értéket (pl. 30 mA, 60 mA), akkor lekapcsolja az áramot.

-8-


http://www.aut.vein.hu/oktatok/golleia/ Számrendszerek

0: nincs áram; 1: van áram. Valamely N szám (numerikus) az R alapú (radixú) számrendszerben deffiníciószerűen: n −1

NR= ∑ Ak * R k k =− h

A digitális technikában a bináris számrendszer kiemelt jelentőségű. A bináris számrendszer egy-egy helyi értéke egy bit információt jelent. Eszerint egy 4 bites bináris szám egy 4 helyi értékű bináris számot jelent. Számkonverzió: váltás egyik számrendszerből a másikba. A legfontosabb számrendszerek és számjegyeik: Bináris (kettes) → 0,1 Ternális (hármas) → 0,1,2 Kvintális (ötös) → 0,1,2,3,4 Oktális (nyolcas) → 0,1,2,3,4,5,6,7 Decimális (tízes) → 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9 Duodecimális (12-es) → 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,a,b Hexadecimális (16-os) → 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F Decimális-Bináris konverzió: (D → B) Az adott decimális szám egész részét elosztjuk 2-vel, majd a kapott eredményt újból és újból elosztjuk 2-vel. Az eredményt a szám alá, a maradékot pedig a szám jobb oldalára húzott vonal mellé írjuk. Az osztást addig folytatjuk, amíg 0-t nem kapunk eredményül. A maradékot alulról fölfelé olvasva az adott szám egész részének bináris megfelelőjét kapjuk. Az adott decimális szám tört részének bináris megfelelőjét ismételt kétszerezéssel kapjuk. A tizedesvessző helyén húzott vonal bal oldalára 0-t írunk, ha a kétszerezéssel kapott eredmény 1-nél kisebb; és 1-et, ha nagyobb. Az utóbbi esetben következő kétszerezés csak a szám tört részére vonatkozik. Az eljárást addig folytatjuk, amíg a tizedesvessző jobb oldalán csupa 0-s decimális jegyet nem kapunk. A leolvasás felülről lefelé történik. Pl.: 497,351562510 497 1 ← 1 0, 3515625 248 0 ← 2 0 7031250 ← 1/2 124 0 ← 4 1 4062500 ← 1/4 62 0 ← 8 0 8125000 ← 1/8 31 1 ← 16 1 6250000 ← 1/16 15 1 ← 32 1 2500000 ← 1/32 7 1 ← 64 0 5000000 ← 1/64 3 1 ← 128 1 0000000 ← 1/128 1 1 ← 256 0 Tehát: 497,3515625d → 111110001,00101101b Bináris-Decimális konverzió: (B → D) A bináris-decimális konverzió legegyszerűbben a definíciós képlet alkalmazásával végezhető el. Bináris-Oktális konverzió: (B → O) A bináris számjegyet a bináris vesszőtől jobbra és balra 3-as csoportokra osztjuk, s az így kapott triádok adják az oktális szám egy-egy helyi értékét.

-9-



7 6 1 111│110│001 = 761 421421421 Bináris-Hexadecimális konverzió: (B → H) A bináris és a hexadecimális számrendszer radixai közötti kapcsolat révén ez a konverzió a B → O átalakításhoz hasonlóan végezhető el. A bináris szám számjegyeit a bináris vesszőtől indulva jobbra és balra négyes csoportokra (tetrádokra) osztjuk, majd ezen tetrádokat hexadecimális számokká alakítjuk. 1 F 1 1│1111│0001 = 1F1 184218421 Komplemens számok: Komplemens számon kiegészítő számot értünk. A leggyakrabban használt komplemens típusok és képzéseik: 10-es komplemens: NK10 = 10n-N 2-es komplemens: NK2 = 2n-N 9-es komplemens: NK9 = 10n-1-N 1-es komplemens: NK1 = 2n-1-N 1. Egyes komlemens: Az aritmetikai műveletek végzése miatt fontosak a kettes számrendszerbeni komplemensek. - Valamely pozitív bináris szám 1-es komplemensét a bináris helyi érték 1 → 0 ill. 0 → 1 cseréjével kapjuk (a bináris számjegyeket tagonként invertáljuk). 2. Kettes komplemens: Az eredeti számot a kettes számrendszerbeli ’kerek’ számra egészíti ki. - Soros algoritmussal: az adott pozitív egész szám (N) legkisebb helyiértéke felöl, a legnagyobb felél haladva a nullákat és az első 1-es jegyet is változatlanul hagyjuk, de az összes többi helyiértéken invertálást végzünk. - Párhuzamos algoritmussal: első lépésben előállítjuk az adott szám (N) egyes komplemensét (NK1), majd ehhez hozzáadunk egyet: NK2 = NK1+1 Bináris számábrázolás digitális berendezésekben: A nagyságrend ábrázolására a fixpontos és a lebegőpontos ábrázolásmód terjedt el. - Fixpontos számábrázolás: A fixpontos ábrázolás esetén a tizedesvessző a számot tartalmazó regiszterben előzetes megállapodás szerint rögzített helyen, rendszerint az első értékes jegy előtt van, vagyis minden szám csak 1-nél kisebb lehet. Legnagyobb helyiértéken van az előjelbit. 2 bájtos (16 bit, 216-1= 65535) vagy 4 bájtos (32 bit, 232-1= 4294967295). - Lebegőpontos számábrázolás: Lebegőpontos ábrázolásmód esetén a regiszter tartalmazza a szám normalizált értékét, mely a fixpontoshoz hasonlóan, valamilyen 1-nél kisebb szám ezt követően tartalmazza a szorzó 10 ill. 2 hatványkitevőjének előjel bitjét és a hatványkitevő értékét. M*Pk (mantissza*alapkitevő) (1/p)<=M<1 A mantisszában a törtpont után nem lehet nulla, ha a szám nem nulla.

- 10 -

Digitális Technika 2 jegyzet Készítette: Sziládi Gábor Pl.:

http://www.aut.vein.hu/oktatok/golleia/ 10.123 10 = 0.10123*102 1A3D 16 = 0.1A3D*164 10001 2 = 0.10001*25

Előjel ábrázolása: „0” az előjelbit → pozitív „1” az előjelbit → negatív Kódrendszerek Kódolás: az adatátvitelt biztonságosabbá teszi. Kód: két szimbólumhalmaz egyértelmű egymáshoz rendelésének rendszere. Kódolás: a szimbólumok egymáshoz rendelése meghatározott szempontok szerint. Jelkészlet: azon jelek összessége, melyek meghatározott szabályok szerint a kódszavak mennyiségét határozzák meg. Kódszó: a jelkészletből meghatározott szabályok szerint felépített értelmes üzenet. Kódszókészlet: a kódolásra meghatározott szabályok szerint felhasználható jelsorozatok összessége. Bit: az információ egysége. Tiltott szó: képzési szabályok szerint képezhetők, de nem megengedettek. Redundancia: valamely üzenetforrás ki nem használt információja. Hemming-távolság: mennyi bitet kell az ellenkezőjére fordítani, hogy az üzenet ellentettjét kapjuk. Kód Hamming-távolsága: a kódszó készletének elemei között észlelt legkisebb Hammingtávolságot értjük. Kódolt információ átvitele: - Párhuzamos átvitel: annyi vezeték kell, amennyi bites adatot át akarunk vinni. Drága és gyors. Handshaking Adó

Vevő

Handshaking: üzenővezetékek. - Soros átvitel: olcsó és lassú. Bitszinkronizáció kell: időzítéssel oldják meg. 8 bites csomagokban történik az adatküldés. Blokkszinkronizáció kell: szinkronizáló karakterekkel odják meg. Adó

Vevő

Szinkron adatátvitel: Elterjedtebb. Bitszinkronizáció: az órajel felfutó élénél küldi az adatot. CLK Adó

Vevő

Adat

- 11 -



Előnye: Gyors. Hátránya: drága, mert kell egy külön órajel vezeték. Aszinkron adatátvitel: Pl. USB. Egy adatvezeték, nincs CLK vezeték. Szinkronizálni kell a vonalat. Bitszinkronizáció: Azonos sebességgel kell adni és venni. Szabványos adatátviteli sebességek: Baud [Bit/s] Pl. 150, 300, 600, ..., 19200, …, 115200. Szinkronbit: start bit. Paritásbit: páros = 1, páratlan = 0 az értéke. Adatküldés: … [(Start bit)-(8 bites adat)-(paritás bit)-(stop bit)]-[3-15 bit átvitelig szünet]

…

Blokkszinkronizáció: karakterekkel vagy bájtokkal. SYN : szinkron fejléc vagy karakter. Üzenetszinkronizáció: blokkokkal. Az aszinkron adatátvitelt start-stop üzeműnek is nevezik. Hátránya: a szünetek miatt nincs kihasználva a csatorna. Előnye: olcsóbb (, mint a szinkron adatátvitel). SYN

Header

Adat

CRC vagy LRC kód

END

Header: információt tartalmaz, pl. adat hossza, címzett stb. Moduláció Van feszültség: 1, nincs feszültség: 0. - Amplitúdó moduláció: sérülékeny, külső zavarok, pl. villámlás hatására megváltozik. Jele: AM 100%

50%

Logikai:

1

0

- Frekvencia moduláció: FM

TV-nél: kép: AM Hang: FM - PSK (fázis moduláció): adott fázishelyzetű jel átmegy egy másik fázisba. Előnye: legkevésbé sérülékeny. Hátránya: bonyolult a kódolás és a dekódolás.

- 12 -



- NRZ (non return to zero) kódolás:

- RZ (return to zero) kódolás: minden egyes után visszaugrik 0-ra.

- Fáziskódolt jelátmenet (Phase Encoded): kétcsatornás NRZ. Egyik csatorna az egyeseket hordozza, a másikon akkor van jel, ha 0-ba van átmenet. Az adat (1. csatorna) és az órajel (2. csatorna) is bent van. A bitértéket a jelátmenetek határozzák meg. 1

0

1

1

0

1

1 „1”

„0”

Számkódok vagy numerikus kódok - Súlyozott vagy pozícionált számkódok: A kódszavak helyiértékéhez valós számot, mint súlyt rendelünk. A kódszó információtartalmát az egyesek számának összege adja. k

N10=∑ Wi * Si i=1

k = Kódszó elemeinek száma. Wi = i-edik súlyozás. Si = i-edik bináris szám (0 vagy 1). - BCD kódok: 10-es számrendszer 2-es számrendszerbeli reprezentációja. 4 bit hosszú (max. 16 lehet), de csak 10-et használnak (0-9). N=

16! (16-10)!

= 2.9 * 1010 féle bináris kód lehet.

Normál BCD kód (NBCD) súlyozása: 8, 4, 2, 1.

- 13 -



- Stibitz kód: 3 többletes (vagy élőnullás) kód. Decimális érték 0 1 5 9

Bináris érték 0011 (3) 0100 (4) 1001 (9) 1100 (12)

- Excess kódok: a szám képzése: N10 =

∑W × S i

i

−e

q q, e : két különböző szám, a kódolástól függően kell megadni. 1. Stibitz: ha e = 3 és q = 1. 2. Nidding kód: 5 bites kód. q= 2, e= 5. 3. Diamond kód: q= 27, e= 6.

- Paritás kód: 9. bit bevezetése. Páros vagy páratlan számúra egészíti ki az egyesek számát. Egyetlen hiba ún. paritásos ellenőrzéssel felfedhető: azaz minden kódszóval még egy ellenőrző helyi értéket (paritás bit) is átviszünk a csatornán. Ennek értékét úgy választjuk meg, hogy a teljes kódszó az ellenőrző helyi értékkel együtt páros vagy páratlan 0-kat ill. 1-eseket tartalmazzon. Ezt a járulékos helyi értéket paritás bitnek nevezik. A hiba javításához a hiba helyét is ismerni kell. A hibajavítást blokkszerű adatátvitel estén sor- és oszlop paritás ellenőrzésével is elvégezhetjük. Ha az adó kódszavait szisztematikusan egymás alá írva képzeljük el, akkor egy-egy paritás bitet minden sorhoz és minden oszlophoz rendelhetünk. Ily módon egyetlen hiba a hibás sor és oszlop metszéspontjában van.

- 14 -



Betűk és karakterek kódolása: - EBCDIC kód. - Telex kód: 5 bites alfanumerikus kód, mivel az 5 sáv csak 25 = 32 variációs lehetőséget nyújt, ezért külön kell gondoskodni a betűk és a többi jel kódolásáról. Pl.: á= aa ö= oo ő=ooo Betűváltó és számváltó (11011) kód: 29-es és 30-as kódelem váltott. Független, lehallgathatatlan vonal volt. - ASC kód: Eredetileg 7 bites volt, majd kibővítették 8 bitesre. ASCII: American Standard Code for Information Interchange.

- 15 -



Ipari adatátviteli rendszerek Csak soros adatátvitelű, kivéve GPIB busz, ami párhuzamos adatátvitelű. - 1-wire® busz: Dallas cég gyártmánya. 3 lábú tranzisztor: 2 áramellátás, 1 adatvezeték. Kétirányú kommunikáció egy vezetéken. Presents jel van: hosszú, alacsony jelszintű állapot. Ekkor kommunikál a master az egyik slave-vel. A master küldi az információt a slave-eknek. Minden eszköznek van kódja: azonos eszközöknek family kód, minden eszköznek unique kód (64 bites). Search Rom parancs: az összes eszköz az azonosítójának 0. bitjét kiteszi a buszra, utána az azonosítójának 0. bitjének az inverzét teszi ki a buszra. A mester visszaküldi annak az eszköznek a kódját, amelyikkel kapcsolatot akar létesíteni. - SPI (Serial Periferial Interface): Motorola terméke. Szinkron busz: CLK, ADATBE és ADATKI vezetékek. Full Duplex-es: oda-vissza kommunikáció egyszerre lehetséges. Sebesség: 2-2,5 MBit/s. Master

Data In Data Out CLK

Chip Select vezetékek az eszköz kiválasztására

- IIC (I2C) (Integrált áramkörök közötti kommunikáció): - Philips-es termék. Csak CLK és ADAT vezeték. - Egységek kiválasztása címzéssel. - master – slave kapcsolat van az eszközök között. - mindig a master generálja az órajelet (magas szint), de a master jelleget más is átveheti. - nincsen ellenőrzés, csak adatforgalom. - zavarszűréssel rendelkezik. - 8 bites: 1. bit: írni vagy olvasni akarjuk az integrált áramkört. Következő 3 bit: programozható. Következő 4 bit: fix, az eszköz címe. - Sebesség kb. 400 KBit/s. - 16 -



RS232: Full Duplex-es. Sebesség: 150 – 115200 Baud. - Iparban is használják 10 – 15 m-re, de egyes változatait akár 45 m-re is. - Hosszú vezeték estén zavarérzékeny. - Általában csak két eszköz összeköttetésére használják. - Meghatározott sebességgel kommunikál, amit szabályoznak és irányítanak. - Az átvitel során: start –stop bit; adatbit (8 bit); paritás bit átvitele történik, amiket még programozni is lehet. - 2 interfészes adatátvitel: TXD (Transmit Data), RXD (Receive Data) és más (RTS, CTS, DSR, DTR, DCD) vezérlőjeleket használnak. RTS: request to send CTS: clear to send Handshaking jelek TTR TSR Nagy távolságokra áramhurkos megoldás. Point-to-Point megoldásokra használják. 12V 3V 0V

1 Tiltott sáv

-3V 0 -12V

- RS485: Két vezetékből áll. A pozitív és a negatív potenciál cserélődik. Nagy távolságokra jó, kb. 1200 m. A jelek polaritását vizsgálja a rendszer komparátorral. Tápfeszültség: 5V. Sebesség: 5 kbit/s. Half Duplex-es: egyszerre egyfelé kommunikál. - RS422: - Full duplex: 2-2 vezeték → az egyiken adatot kap a másikon vezérel. - Fizikai felülete ugyanolyan, mint az RS 485-ösé. - Galvanikus leválasztásra alkalmas. ( 100-tól néhány száz Ohm-ig szokták lezárni a vezeték két végét). - Viszonylag nagy távolságú adatátvitelre alkalmas. - Az adatátviteli sebesség növekedésével csökken az áthidalható távolság és az átvitel pontossága. - Sebessége: 250 kbit/sec – 2,5 Mbit/sec. - Can busz (Car Area Network, később Controller Area Network): Bosh fejlesztette ki eredetileg autókba. Hardveres, nehéz szoftveresen megvalósítani. Alacsony költségű, mert nagyon elterjedt. Megbízható, valósidejű (realtime), flexibilis, gyors. Adatátvitel: csavart érpárú vezetéken, max. 40 m-ig 1 MBit/s. Intelligens hibafelismerés és kezelés. Multimasteres üzemmód. Az eszközök alapértelmezetten egyenrangúak. Az eszközök száma nincsen korlátozva. Csomópontok telepítéséhez vagy eltávolításához nem kell leállítani. Alkalmazása: autóipar, ipari szegmensek, vonatok, gyógyászat, iroda-automatika. Verziók: - Basic/Standard Can: 11 bites rendszer. - Extended (PELI) Can: 29 bites rendszer.

- 17 -



A mask regiszterben, ahol 1-es van ott a code regiszterben rögzített az érték, ahol a mask regiszterben 0 van ott a code regiszterben bármilyen érték lehet. Üzenetek fontossága: 0 a domináns bit (feszültség különbség 3V) 1 a recesszív bit (feszültség különbség 2V) Az autókban három különböző sebességű buszrendszer van: 1. Biztonsági rendszert összekötő → leggyorsabb (125-1024 KBit/s) 2. Autó vezérlő egységeit összekötő → közepes (10-125 KBit/s) 3. Kényelmi rendszert összekötő → alacsony (10 KBit/s) Rövid üzenetek. Azonosító kódokat is küldözgetnek, amikkel prioritást is meg lehet állapítani. A csomag hosszúsága kötött: 8 byte maximálisan. Csak az üzeneteket azonosítják, a vevő oldalon megvan, hogy melyik milyen kódú adatot dolgozhat fel. Master – Slave viszony a buszon: Master irányít. Egyszerre csak egy master lehet, slave-ekből több is lehet. A master osztja ki, hogy mikor melyik eszköz aktív: Mindenkinek van „master” joga, meghatározott szabályok szerint. Az eszközök egyszerre küldik ki az azonosítójukat a buszra. Amelyik ugyanazt olvassa vissza, mint amit elküldött, az versenyben marad. Amelyik nem, az a következő körben újra próbálkozhat. A jelenlegi master lemondhat jogáról, ilyenkor más veszi át a szerepét, ez így megy mehet tovább, de az átvevést vissza kell igazolni, csak akkor adható át ténylegesen a jog. A master a jog átadását általában több irányba is megvalósíthatja, hogy biztosan legyen olyan eszköz, amelyik biztosan át tudja majd venni. A slave-ekben van egy időzítő, ami számlálja, hogy neki mikor kell majd sorra kerülnie. A master kimaradása esetén a slave-ek figyelik a hálózatot, hogy van-e adatforgalom és figyelik az időzítőjüket, majd próbálkoznak master-ré előlépni. Csökken a rendszer eszközigénye. Az esetleges hibák esetén nő a megbízhatóság. Üzenet hossza max. 8 bit lehet. Üzenethossz kód van. CRC kóddal van lezárva az üzenet. InBitResponse: Már az üzenetküldés befejezése előtt tudja az üzenetküldő, hogy elolvastae legalább egy egység az üzenetet. Bit időzítés: bit idő változtatása: 8-20 bitquantum. Szoftverből programozható. NRZ kódolású: bitátvitelre. Bit Stuff eljárás: a.) 5 egyes után 1 db 0. b.) 5 nulla után 1 db 1-es. Busz lezárása 120-124 Ω-os ellenállással. Hibaframe-k: - CRC hiba: különbözik a CRC - kód a vevőnél és a fogadónál. - Nyugtázási hiba: a küldő üzenetét senki sem olvasta el (InBitResponse-ból tudja) - Alaki hiba: az üzenet szerkezete hibás. - Bithiba - Bitfeltöltési hiba

- 18 -



- Hibaaktív eszköz: csupa nullát küld (ő lesz a legdominánsabb). Ekkor az összes eszköz lekapcsol. - Hibapasszív eszköz: csak recesszív bitet küld. Nincs kommunikáció megszakítás. - Hibaszámláló: értéke hibatípustól függően nő, hibátlan működés esetén csökken. 0-127-ig mehet (benne van a fogadási és küldési hiba is) Hibaaktív eszköz: ha a hibaszámláló értéke 0 és 127 között van. Hibapasszív eszköz: ha a hibaszámláló értéke nagyobb 127-nél. Ha a hibaszámláló értéke nagyobb, mint 255, akkor az eszköz lekapcsol, azaz nincs be –és kimenő kommunikáció. Digitális eszközök funkcionális egységei 1. Komparátor:

U1 Uki

U2

Bizonytalansági sáv

Bemenet: analóg Kimenet: digitális Összehasonlítást végez. Nem visszacsatolt műveleti erősítő. Ha U1 > U2 + Ha U1 > U2 Uki -

Uki = Uki max Uki = Uki min

Uki

Ube

Ube

Bizonytalansági sáv

2. Hiszterézises komparátor: R2

Uki R1 U1

+

U2

-

Ube

3. Nullkomparátor: - Normál - Hiszterézises

- 19 -

Uki



4. Digitális komparátor: CD4063 A0 A1 A2 A3 A>B A=B A
Sokbites komparátor építhető Kaszkádosítható A>B A=B A
Bemenet

Kimenet

5. Ablakkomparátor: U2>U1 Ha Ube>U2 K1=”0” és K2=”1” Ha U2>Ube K1=”1” és K2=”1” Ha U1>Ube K1=”1” és K2=”0” 6. Invertáló Schmitt-trigger: Bekapcs.: U = R1R+1R2 × U ki min Kikapcs.: U =

R1 R1 + R2

× U ki max

Ablakkomparátor beszkennelt képe.

„0”

Invertáló Schmitt-trigger beszkennelt képe.

„1”

U h = R1R+1R2 × (U ki max − U ki min ) (h=hiszterézis) 7. Multivibrátorok: pl. NE555 a.) Monostabil: 1 stabil állapota van. Egy külső impulzus hatására kibillen a stabil állapotából. Kvázistabil állapot = Instabil állapot. τ = időintervallum (amíg τ nem jár le, addig nem történik semmi)

Indító impulzus

τ

- 20 -



Újraindítható monostabil: Indító impulzus

τ

τ

b.) Astabil: nincs stabil állapota. Alacsony és magas instabil állapota van. Rezgéskeltők. A két instabil állapot időtartama változtatható. Szintérzékeny:

Indító impulzus

τ

c.) Bistabil: 2 stabil állapota van. D CLK

Q Q

8. Demultiplexerek: Egy bemenet és sok kimenet. Egyszerre csak egy kimenet van aktiválva.

- 21 -



9. Multiplexerek: Sok bemenet és egy kimenet.

10. Prioritás dekódoló áramkör: N-ből egy kód előállítása. Bemenet: n db. Kimenet: 1 db. A0

Hp = high priority. Oa = érvényes jel van a kimeneten. EN = enable; akkor működik csak a rendszer, ha ezen magas jel van.

A B C D A10 Hp

EN

Oa

11. Számláló áramkörök: Bármely olyan áramkör bizonyos korlátok között, ahol a bemenő impulzus és a kimenő állapotok között egyértelmű kapcsolat áll fenn. Bináris és decimális számlálók terjedtek el. - Szinkron számlálók: szinkron flip-flopokból.

- 22 -



- Aszinkron számlálók: egymást billentik a flip-flopok.

12. Frekvenciaosztók: ezek is léptetők. Pl.: minden 5. jelre lép egyet és utána a jelet átalakítja négyszögjellé. Programozható: CD4067.

13. Léptető regiszterek: flip-flopok olyan sorozata, melynél minden impulzusra a (bemeneten bemenő) jel egy flip-floppal tovább lép. Pl.: soros – párhuzamos átalakítók készíthetők. 14. Memória áramkörök: A félvezető alapú memóriák a mai digitális berendezések nélkülözhetetlen elemei. Funkció szerint két nagy csoportba sorolhatók: • RAM memória (Random Access Memory) • ROM memória (Read Only Memory) A RAM memóriák készülhetnek bipoláris, ill. MOS technológiával. Bipoláris technikával csak Statikus (SRAM), MOS technikával statikus ill. Dinamikus (DRAM) egyaránt készíthető.

- 23 -



a.) ROM memóriák: Olyan memóriák, melyek flip-flopokból épülnek fel. Ebbe a csoportba csak kiolvasásra szánt memóriák tartoznak maszkprogramozott ROM: gyárilag programozott ROM. PROM (Programable Read Only Memory): elektromosan programozható és nem törölhető. Mátrix elrendezésű. Programozás = beégetés: Ötszörös feszültséget vezetnek arra a diódára, amelyet ki akarnak égetni, meg akarnak szüntetni. A még be nem égetett PROM csupa egyest tartalmaz. EPROM (Eraseable PROM): lebegő gate-es térvezérlésű tranzisztor. Törlése UVfénnyel történik, melyet egy kis kvarc ablakon keresztül juttatunk a kerámia tokozásba. A kerámia tok és kvarc ablak miatt drága volt. Olcsóbbik fajtája: műanyag tok ablak nélkül. Törlése röntgen-sugárzással történik. EEPROM (Electronically Eraseable PROM): elektromosan programozható és törölhető, de a törlés rendszerint bájtonként történik. Flash EPROM → E2PROM, amely nem törölhető bájtonként, hanem chipenként. EAROM → elektromosa programozható és törölhető, működése az E2PROM-hoz hasonló. b.) RAM memóriák: A közvetlen, tetszőleges hozzáférésű, változtatható tartalmú, írható, olvasható (R/W) memóriák. Az információt kapacitással tároljuk. Az információt kb. 2 ms-ig tartja meg, ezért az információt frissíteni kell. - az SRAM-ban az információt egy címzési, írási, olvasási logikával kiegészített eszköz (RSFF) tárolja. - a DRAM esetében a vezérlő elektróda és az alapréteg közötti kapacitás tárolja az információt töltés formájában. - a CMOS SRAM-okat ellátják egy tartalék üzemmóddal (standby), ilyenkor igen alacsony a teljesítményfelvétel, az információt megtartja, de írás, olvasás nem lehetséges. - kikapcsolás esetén az adatok elvesznek. Processzoros rendszerek A 8 bites processzorokról általában:

- 24 -



Processzorok belső felépítése:

• •

BIU (Bus Interface Unit): Busz működtetését végzi. ALU (Arithmetic Logic Unit): legfontosabb rész; az utasításokban meghatározott aritmetikai és logikai műveleteket hajtja végre - Akkumulátor: egy speciális funkciójú 8 bites regiszter, amely forrás és eredményregiszterként egyaránt tekinthető. Az aritmetikai és logikai műveletek egyik operandusza szinte mindig az akkumulátorban van és az eredmény ugyancsak itt képződik. - Utasításszámláló regiszter (Program Counter – PC): amely mindig a soron következő utasítás memóriabeli címét tartalmazza, direktben nem írható át a tartalma. - Veremmutató (Stack Pointer – SP): egy speciális regiszter, amely a veremtár legfelső elemének címét tartalmazza. A veremtároló az adatmemória (RAM) egy lefoglalt területe. Adatokat csak a verem tetejére lehet tenni és csak onnét lehet levenni → „utoljára be, elsőre ki” (Last-In-First-Out = LIFO) memória kezelés. A stack pointer mindig arra a helyre mutat, ahová a következő adatot elhelyezi. - Állapotregiszterek (Flag regiszter): ún. jelzőbitek ill. más vezérlő, ellenőrző biteket tartalmaznak: Z flag (zérus); S flag (sign = előjel); P flag (parity = paritás); C flag (carry = átvitel); AC flag (auxiliary carry = segéd átvitel). - Általános célú regiszterek: Utasítás végrehajtása a processzoron belül: A működése ciklikus: utasítás lehívás; végrehajtás; lehívás; végrehajtás … . Ezt a pontos sorrendiséget a rendszeróra vezérli. A legelemibb időegység a gépi állapot, amely rendszerint egy órajel periódusa alatt játszódik le. Általában több gépi állapot alkot egy gépi ciklust. A gépi ciklus egy összetettebb műveletet jelent. Egy utasítás lehívásának és végrehajtásának együttes műveletét utasítás ciklusnak mondjuk. Az utasítás végrehajtás folyamata: utasítás előkészítés, lehívás (fetching) → a programszámláló tartalmának növelése → a műveleti kód (operation code) értelmezése → a művelethez szükséges adatok előkészítése → utasítás végrehajtása (executing) → az eredmény elhelyezése az előírt helyre → az utasítás-feldolgozási ciklus újra kezdése Utasítások hossza a processzoron belül: A számítógép utasításainak hossza lehet rögzített fix érték, ill. változó hosszúságú. Az utasítás szerkezete határozza meg, hogy a processzornak az utasítás mely részét hogyan kell értelmeznie. Értelmezés szempontjából az utasítások 3 fő részre oszthatók: műveleti kód; címrész; módosító rész. Címzési módok: processzortól függően sok fajtája van: - Közvetlen, direkt címzés: az utasításban maga a tárolóhely cím szerepel. - Abszolút címzés: a tényleges címet tartalmazza az utasítás nem kell sokat számolni. - Relatív címzés: az IP-hez (Instruction Pointer) viszonyított címet tartalmazza az utasítás. Rövid, de egy kicsit kell számolni.

- 25 -



-

• • •

• •

•

Bennfoglalt címzés: olyan címzés, amely nem tartalmaz címet, mivel azt a műveletet csak pontosan egy eszköz hajthatja végre. - Közvetett, indirekt címzés: az operandusz az utasításban megcímzett tárolóhelyen megadott memória címen van. - Indexelt és indirekt címzés: indirekt módon adom meg a címet, de még valamilyen kiegészítéssel megtoldom. RISC (Reduced Instruction Set Computer = Csökkentett utasításkészletű processzor): Gyors, de kevés utasítást ismer. CSC: pl.: Z80-as processzor. Sok utasítást ismer. Bonyolult utasításokat egyszerű programmal lehet megvalósítani. Szubrutin: alprogram, az ismételten előforduló feladat-részek programozásának hatékony eszköze, egy olyan önálló funkciójú utasítás-sorozat, amely egyszer szerepel a programban (rendszerint a program végén helyezik el), de a feladat elvégzésekor többször lehet használni. Hivatkozunk a programrészletre. A szubrutinok egymásba ágyazhatók. Alkalmazni általában egy vezérlő-átadó programmal lehet, amelynek ’return’ a vége, amivel visszatér a főprogramhoz (’call’ meghívás esetén a hívással mindjárt a program futási állapotának eggyel későbbi (n+1) állapotát tárolja a stack-ben, majd a szubrutin lefutása után a ’return’ a stack-ből egyből az n+1-edik állapotot olvassa ki). Makró: a hívás helyén kerülnek be fizikailag a programkódba, annyiszor, ahányszor a hívás történik, ennél fogva a makrók használata akkor célszerű, ha kevés számú utasításból állnak. A makrók tartalmazhatnak szubrutinokat is. Megszakítás: A megszakítási események kapcsán különbséget kell tenni a többnyire külső eredetű megszakítások és az utasítások szabályszerű végrehajtását megállító kivételek között. A szoftver megszakítási kérelmek azok, amelyek programból lettek kezdeményezve, nem maszkolhatók. A hardver megszakítási kérelmek többsége maszkolható, de van nem maszkolható is. Élreaktív és szintreaktív lehetnek. A megszakítások kiszolgálásakor több olyan kérdés van, amit a rendszernek meg kell oldania: - a megszakítási kérelem helyének megállapítása (melyik eszköz kezdeményezte a megszakítást). - a megszakítások prioritásának meghatározása (ez fix vagy programozható), azaz a megszakítási sorrend felállítása, több, egy időben jelentkező kérelem esetén. - egyes eszközök ideiglenes kizárása a megszakítási procedúrából. - többszörös megszakítás kiszolgálás megoldása. - megszakítás végén return from interrupt utasítás. Egy magasabb prioritás szintű megszakítás megszakíthat egy alacsonyabb prioritás szintű megszakítást. Azonos prioritás szinten levő megszakítások nem szakíthatják meg egymást. A megszakítási kérelem keletkezési helyének megállapítására egy megszakítási vonal esetén két módszer alkalmazható: - szoftver módszer esetén a lekérdezéses megszakításkezelés. - hardver módszer esetén a megszakítás vezérlő alkalmazása. Több megszakítási vonal esetén, amikor minden eszköz saját megszakítást kérő vezetékkel rendelkezik a legáltalánosabban használt a vektor módszer.

DMA (Direct Memory Acces): Közvetlen memória hozzáférés:

- 26 -



Egy regisztert felprogramozunk, hogy mit; honnan és hova vigyen el. A processzortól engedélyt kér a feladat végrehajtására, meghatározott módon prioritás szerint megkapja. Ettől kezdve ő irányítja a szükséges rendszerfolyamatokat, amiket nagy sebességel képes végezni. Eközben a processzor más folyamatokat tud felügyelni, ami jelentős időmegtakarítást tesz lehetővé. A folyamat befejeztével visszaadja az irányítást a processzornak. Memóriák bővítése: A memóriák bővítésére akkor van szükség, ha az egy tokban lévő tárkapacitás nem elegendő az adott feladat megoldásához: • Címhossz szerinti bővíthetőség: a CE bemenetek tiltásával és a három állapotú kimenetek összekötésével érhető el.

•

Adathossz (szóhosszúság) szerinti bővíthetőség: a címvezetékeket párhuzamosan kötjük. Pl.: 2 db 8 bitesből 1 db 16 bitest.

Mikrokontrollerek Processzor mag és ROM + RAM típusú memória; megszakítás vezérlők (külső megszakítást is képes kezelni); timer-ek; időzítők; egységszámlálók; I/O periféria; A/D – D/A átalakítók ’watch-dog’ áramkörök: ’újraindítható monostabil multivibrátor’. Az anyaghoz hozzátartozik még: - 27 -



PLD eszkozok.pdf (PLC ezközök) és PLC_tut.pdf (PLC segédlet) fájlok is melyeket a http://www.aut.vein.hu/oktatok/golleia/Letolt/Vezerles/ weboldalról tölthettek le.

- 28 -

Készítette: Sziládi Gábor Digitális Technika II. Vizsga: Teszt. Egy kérdésre 5 lehetséges válasz

Recommend Documents