Schieberegister

BitBasics - 74xx595 / 74HC595 - Schieberegister (September 2018).

Anonim

Schieberegister

Digitale Schaltungen


Frage 1

Sitz nicht nur da! Baue etwas !!

Um digitale Schaltkreise analysieren zu können, bedarf es viel Übung und Übung. Üblicherweise üben die Schüler, indem sie viele Beispielprobleme durcharbeiten und ihre Antworten mit denen des Lehrbuchs oder des Lehrers vergleichen. Während das gut ist, gibt es einen viel besseren Weg.

Sie werden viel mehr lernen, indem Sie reale Schaltkreise erstellen und analysieren und Ihr Testgerät die "Antworten" anstatt eines Buches oder einer anderen Person liefern lassen. Führen Sie die folgenden Schritte aus, um erfolgreiche Übungen für den Schaltungsaufbau durchzuführen:

  1. Zeichnen Sie das Schaltbild für die zu analysierende digitale Schaltung.
  2. Bauen Sie diese Schaltung vorsichtig auf einem Steckbrett oder einem anderen geeigneten Medium auf.
  3. Überprüfen Sie die Genauigkeit der Schaltungskonstruktion, folgen Sie jeder Leitung zu jedem Verbindungspunkt und überprüfen Sie diese Elemente nacheinander in der Abbildung.
  4. Analysieren Sie die Schaltung und bestimmen Sie alle Ausgangslogikzustände für gegebene Eingangsbedingungen.
  5. Messen Sie diese Logikzustände sorgfältig, um die Genauigkeit Ihrer Analyse zu überprüfen.
  6. Wenn es Fehler gibt, überprüfen Sie sorgfältig die Konstruktion Ihres Schaltkreises gegen das Diagramm, dann analysieren Sie die Schaltung sorgfältig und messen Sie erneut.

Vergewissern Sie sich immer, dass die Spannungspegel der Stromversorgung den Spezifikationen für die zu verwendenden Logikschaltkreise entsprechen. Wenn TTL, muss die Stromversorgung eine geregelte 5-Volt-Versorgung sein, auf einen Wert so nahe wie möglich 5, 0 Volt DC eingestellt.

Eine Möglichkeit, Zeit zu sparen und die Möglichkeit von Fehlern zu reduzieren, besteht darin, mit einer sehr einfachen Schaltung zu beginnen und schrittweise Komponenten hinzuzufügen, um nach jeder Analyse die Komplexität zu erhöhen, anstatt für jedes Übungsproblem eine ganz neue Schaltung zu erstellen. Eine weitere zeitsparende Technik ist die Wiederverwendung der gleichen Komponenten in einer Vielzahl verschiedener Schaltungskonfigurationen. Auf diese Weise müssen Sie den Wert einer Komponente nicht mehr als einmal messen.

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Lassen Sie die Elektronen selbst Antworten auf Ihre eigenen "Übungsprobleme" geben!

Anmerkungen:

Es ist meine Erfahrung, dass Studenten viel Übung mit Schaltungsanalyse benötigen, um kompetent zu werden. Zu diesem Zweck stellen die Dozenten ihren Studenten normalerweise viele Übungsprobleme zur Verfügung und geben den Studenten Antworten auf ihre Arbeit. Während dieser Ansatz Schüler in der Schaltungstheorie kompetent macht, kann sie sie nicht vollständig ausbilden.

Studenten brauchen nicht nur mathematische Praxis. Sie brauchen auch echte, praktische Übungsschaltkreise und Testgeräte. Daher schlage ich den folgenden alternativen Ansatz vor: Schüler sollten ihre eigenen "Übungsprobleme" mit realen Komponenten aufbauen und versuchen, die verschiedenen logischen Zustände vorherzusagen. Auf diese Weise wird die digitale Theorie "lebendig", und die Schüler erwerben praktische Kenntnisse, die sie nicht nur durch Lösen von Booleschen Gleichungen oder Vereinfachen von Karnaugh-Karten gewinnen könnten.

Ein weiterer Grund für die Anwendung dieser Methode besteht darin, den Schülern eine wissenschaftliche Methode beizubringen: den Prozess des Testens einer Hypothese (in diesem Fall logische Zustandsvorhersagen) durch Ausführen eines echten Experiments. Die Schüler entwickeln auch echte Fähigkeiten zur Fehlersuche, da sie gelegentlich Schaltungsfehler machen.

Verbringen Sie einige Momente mit Ihrer Klasse, um einige der "Regeln" für den Aufbau von Schaltungen zu überprüfen, bevor sie beginnen. Besprechen Sie diese Probleme mit Ihren Schülern auf die gleiche sokratische Weise, dass Sie normalerweise die Arbeitsblattfragen diskutieren, anstatt ihnen einfach zu sagen, was sie tun sollten und was nicht. Ich bin immer wieder erstaunt darüber, wie schlecht die Schüler Anweisungen verstehen, wenn sie in einem typischen Vortragsformat (Instructor Monolog) präsentiert werden!

Ich empfehle CMOS-Logikschaltungen für Experimente zu Hause, bei denen die Schüler möglicherweise keinen Zugang zu einer geregelten 5-Volt-Stromversorgung haben. Moderne CMOS-Schaltungen sind hinsichtlich der statischen Entladung weitaus robuster als die ersten CMOS-Schaltungen, so dass die Befürchtungen, Schüler könnten diese Geräte beschädigen, weil sie zu Hause kein "richtiges" Laboratorium eingerichtet haben, weitgehend unbegründet sind.

Ein Hinweis an die Dozenten, die sich über die "verschwendete" Zeit beschweren können, die erforderlich ist, damit die Schüler reale Schaltungen aufbauen können, anstatt nur theoretische Schaltkreise mathematisch zu analysieren:

Was ist der Zweck der Schüler, die Ihren Kurs belegen? "Worksheetpanel panel panel-default" itemscope>

Frage 2

Vervollständigen Sie das Zeitdiagramm für diese Schaltung, wenn Sie davon ausgehen, dass alle Q-Ausgänge im niedrigen Zustand beginnen:

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Folgefrage: Erklären Sie, warum der "High" -Zustand am D-Eingang des ersten Flip-Flops beim ersten Takt nicht alle Flip-Flops durchläuft.

Anmerkungen:

Diese Frage überprüft die Prinzipien von Flip-Flops vom D-Typ, Zeitdiagramme und dient als Einführung in Schieberegister.

Frage 3

Vervollständigen Sie das Zeitdiagramm für diese Schaltung, wenn Sie davon ausgehen, dass alle Q-Ausgänge im niedrigen Zustand beginnen:

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Anmerkungen:

Diese Frage überprüft die Prinzipien von Flip-Flops vom D-Typ, Zeitdiagramme und dient als Einführung in Schieberegister.

Frage 4

Vervollständigen Sie das Timing-Diagramm für diese Schaltung und zeigen Sie Ausbreitungsverzögerungen für alle Flip-Flops (Verzögerungszeiten, die viel kleiner sind als die Breite eines Taktimpulses) unter der Annahme, dass alle Q-Ausgänge im niedrigen Zustand beginnen:

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Anmerkungen:

Diese Frage überprüft die Prinzipien von Flip-Flops vom D-Typ, Zeitdiagramme und dient als Einführung in Schieberegister.

Frage 5

Was ist die Definition eines Registers im Zusammenhang mit digitalen Schaltungen? # 5 "> Antwort anzeigen Antwort ausblenden

Ein "Register" ist eine Sammlung von Flip-Flops oder Latches, die zum Speichern einer Binärzahl (mehrere Bits) verwendet werden. Im Wesentlichen ist es eine Ein-Wort- Speicherschaltung . Ein "Schieberegister" macht dasselbe wie ein Register, außer dass es auch die Fähigkeit hat, dieses Binärwort von einem Ort zu einem anderen zu bewegen .

Anmerkungen:

Register sind eine gute Möglichkeit, die grundlegenden Konzepte der Halbleiterspeichertechnologie (RAM-Speichertechnologie) einzuführen und zu zeigen, wie Flip-Flop- oder Latch-Schaltungen als Datenspeichervorrichtungen verwendet werden können. Stellen Sie sicher, dass Sie Ihre Studenten fragen, wo sie diese Informationen finden können, da es für sie sehr einfach sein sollte zu recherchieren!

Frage 6

Erläutern Sie den Unterschied zwischen seriellen digitalen Daten und parallelen digitalen Daten.

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Serielle Daten werden entlang einer Zeile, jeweils ein Bit, übertragen; parallele Daten werden alle gleichzeitig übertragen.

Anmerkungen:

Fragen Sie Ihre Schüler, dass sie jemals von "seriellen" und "parallelen" Ports auf PCs gehört haben. Wenn es die Zeit zulässt, lassen Sie sie die beiden Arten von Anschlüssen auf der Rückseite eines PCs untersuchen und stellen Sie dabei die Anzahl der für jeden Anschluss verwendeten Anschlüsse gegenüber.

Frage 7

Eine hilfreiche Analogie für ein Schieberegister ist ein Förderband . Untersuchen Sie diese Abbildung, die ein einzelnes Förderband zu vier verschiedenen Zeiten zeigt, und bestimmen Sie, welche der folgenden Schieberegisteroperationen die Sequenz darstellt:

Parallel-In, Seriell-Out
Parallel-Ein, Parallel-Aus
Serial-In, Seriell-Out
Serial-In, Parallel-Out

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Dies ist eine Seriell-in-Parallel- Schieberegister-Analogie, bei der jede Box einzeln auf dem Förderband ankommt, aber zusammen als Gruppe verbleibt.

Anmerkungen:

Einige Analogien können für Studenten sehr hilfreich sein, wenn sie neue Konzepte lernen. Ich habe herausgefunden, dass Förderbänder sehr gut funktionieren, um die verschiedenen Arten von Schieberegisterverhalten zu veranschaulichen.

Frage 8

Eine hilfreiche Analogie für ein Schieberegister ist ein Förderband . Untersuchen Sie diese Abbildung, die ein einzelnes Förderband zu vier verschiedenen Zeiten zeigt, und bestimmen Sie, welche der folgenden Schieberegisteroperationen die Sequenz darstellt:

Parallel-In, Seriell-Out
Parallel-Ein, Parallel-Aus
Serial-In, Seriell-Out
Serial-In, Parallel-Out

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Dies ist eine Parallel-In-Seriell-Out- Schieberegister-Analogie, bei der jede Box einzeln auf dem Förderband ankommt, aber zusammen als eine Gruppe zurückbleibt.

Anmerkungen:

Einige Analogien können für Studenten sehr hilfreich sein, wenn sie neue Konzepte lernen. Ich habe herausgefunden, dass Förderbänder sehr gut funktionieren, um die verschiedenen Arten von Schieberegisterverhalten zu veranschaulichen.

Frage 9

Eine hilfreiche Analogie für ein Schieberegister ist ein Förderband . Untersuchen Sie diese Abbildung, die ein einzelnes Förderband zu vier verschiedenen Zeiten zeigt, und bestimmen Sie, welche der folgenden Schieberegisteroperationen die Sequenz darstellt:

Parallel-In, Seriell-Out
Parallel-Ein, Parallel-Aus
Serial-In, Seriell-Out
Serial-In, Parallel-Out

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Dies ist eine Serial-In-Serial-Out- Schieberegisteranalogie, bei der jede Box einzeln auf dem Förderband ankommt und auch jeweils einzeln zurückbleibt.

Anmerkungen:

Einige Analogien können für Studenten sehr hilfreich sein, wenn sie neue Konzepte lernen. Ich habe herausgefunden, dass Förderbänder sehr gut funktionieren, um die verschiedenen Arten von Schieberegisterverhalten zu veranschaulichen.

Frage 10

Zeichnen Sie das schematische Diagramm für eine 5-Bit-Seriell-Ein- / Aus-Schieberegisterschaltung und seien Sie bereit, kurz zu erklären, wie es funktioniert.

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Folgefrage: Wenn wir Daten aus dieser Schieberegisterschaltung parallel ausgeben wollten, wo würden wir die Verbindungen "Notizen ausgeblendet" machen

Eine Anwendung für ein Seriell-Ein- / Seriell-Aus-Schieberegister ist eine genaue Zeitverzögerung für serielle Datenströme.

Frage 11

Zeichnen Sie die notwendigen Verbindungskabel zwischen den Flip-Flops, so dass die seriellen Daten von rechts nach links anstatt von links nach rechts verschoben werden, wie Sie es vielleicht in einem Schieberegisterschema sehen:

Achten Sie auch darauf, wo Daten in dieses Schieberegister gelangen und wo Daten ausgegeben werden.

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Anmerkungen:

Dies ist eine sehr einfache Frage zu beantworten. Ich stelle es hier primär vor, so dass die Schüler anfangen, darüber nachzudenken, wie man die Richtung der Verschiebung in einer Schieberegisterschaltung ändert : ein Vorspiel zu bidirektionalen Schieberegisterschaltungen.

Frage 12

Erläutern Sie, wie eine Schieberegisterschaltung aus D-Flip-Flops aufgebaut werden könnte, mit der Möglichkeit, Daten auf Befehl entweder nach rechts oder nach links zu verschieben. Ich frage nicht unbedingt nach einer schematischen Darstellung, sondern nach einer Erklärung, wie eine solche Schaltung aufgebaut werden könnte. Natürlich, wenn Sie Ihre Idee am besten vorstellen, ist es, ein schematisches Diagramm zu zeichnen, weiter so!

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Um einer Schieberegisterschaltung eine bidirektionale Verschiebungsrichtungsfähigkeit bereitzustellen, müssen Sie wahrscheinlich Steuergatter verwenden, um die Flip-Flop-Ausgänge auf verschiedene Flip-Flop-Eingänge zu richten. Ich lasse die Details für Sie zu erforschen und zu erklären!

Anmerkungen:

Ich habe absichtlich vermieden, eine Frage zu Schaltplänen aus einem bestimmten Grund zu stellen: Es ist zu einfach, einfach ein Lehrbuch durchzusehen oder ein Datenblatt zu recherchieren und eine Zeichnung zu kopieren. Am wichtigsten ist hierbei, dass die Studierenden verstehen, wie die Bidirektionalität in Schieberegisterschaltungen erreicht wird. Was genau ist ein Steuergate, warum werden sie verwendet, und welche In / Out-Flip-Flop-Verbindungen werden benötigt, um eine gewünschte Verschiebungsrichtung zu erreichen.

Frage 13

Erklären Sie, was ein universelles Schieberegister ist. Der 74194 ist ein Beispiel für ein universelles TTL-Schieberegister, daher finden Sie das Datenblatt sehr hilfreich bei der Beantwortung dieser Frage.

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Ein universelles Schieberegister hat die Fähigkeit, Daten sowohl in serieller als auch in paralleler Form sowie als Ausgangsdaten in serieller oder paralleler Form einzugeben.

Hinweis: Diese Antwort ist absichtlich minimal. Ich erwarte, dass Sie während der Diskussion eine detailliertere Antwort geben, basierend auf der Erforschung universeller Schieberegister!

Anmerkungen:

In Bezug auf den Punkt in der Antwort über Studentenforschung, fragen Sie Ihre Schüler, wie ein einzelner Schieberegister-Chip in der Lage ist, alle verschiedenen Arten von Eingabe / Ausgabe-Kombinationen durchzuführen. Fragen Sie Ihre Schüler zum Beispiel, wie Sie den 74194 nur als Parallel-In / Parallel-Out-Register agieren lassen.

Frage 14

Eine wichtige Funktion in Computerschaltungen ist die Seriell-zu-Parallel-Datenumwandlung, bei der ein Strom von seriellen Daten jeweils ein Bit "gelesen" wird, dann werden alle Bits auf einmal in paralleler Form ausgegeben. Eine Schieberegisterschaltung ist für diese Anwendung ideal. Hier ist eine Acht-Bit-Schieberegisterschaltung gezeigt:

Zeichnen Sie alle notwendigen Drähte und Beschriftungen, die anzeigen, wo serielle Daten in den Schaltkreis gelangen und wo parallele Daten ausgegeben werden.

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Folgefrage: Wenn wir diese Schaltung tatsächlich für die Seriell-zu-Parallel-Datenkonvertierung verwenden würden, müssten wir vorsichtig sein, wie schnell wir das Schieberegister getaktet haben. Erkläre warum.

Anmerkungen:

Das Thema der Seriell-zu-Parallel-Datenumwandlung ist viel tiefer als das, was von dieser entwaffnend einfachen Schaltung vorgeschlagen wird. Sprechen Sie mit Ihren Schülern über die Notwendigkeit einer Uhrensynchronisation (auch bei "asynchroner" serieller Datenübertragung).

Frage 15

Angenommen, wir wollten eine Schieberegisterschaltung verwenden, um mehrere Binärbits gleichzeitig einzugeben ( parallele Datenübertragung) und dann die Bits einzeln über eine einzige Leitung auszugeben ( serielle Datenübertragung). Sie sollten wissen, wie Schieberegister mit D-Flip-Flops aufgebaut sind. Beschreiben Sie nun, wie wir parallele Daten in eine Schieberegisterschaltung eingeben können. Hinweis: Auf diese Frage gibt es mehr als eine Antwort!

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Der vielleicht direkteste Weg zur parallelen Dateneingabe besteht darin, die asynchronen Eingänge der Flipflops zu verwenden.

Anmerkungen:

Lassen Sie Ihre Schüler während der Diskussion ein Bild von einer Parallel-In / Seriell-Out-Schieberegisterschaltung zeichnen oder nennen Sie zumindest eine Seitenzahlenreferenz in ihrem Lehrbuch, damit Sie sicher sein können, dass sie verstehen, worüber sie sprechen (und nicht wiederhole einfach die gegebene Antwort).

Frage 16

Eine Binärzahl wird parallel in ein Schieberegister geladen. Das Schieberegister wird dann angewiesen, für einen Taktimpuls "nach rechts zu schalten". Wie vergleicht sich der Wert der verschobenen Binärzahl mit der ursprünglich geladenen Zahl, unter der Annahme, dass sich das MSB auf dem ganz linken Flipflop des Schieberegisters "# 16"> Antwort anzeigen Antwort ausblenden befindet

Der neue binäre Zahlenwert wird die Hälfte (oder ungefähr die Hälfte) des Werts sein, der vorher war.

Folgefrage: Wie könnten wir mit dem Schieberegister den Wert einer Binärzahl verdoppeln ?

Frage zur Aufgabe: Wenn wir eine Binärzahl durch Verschieben ihrer Bitpositionen teilen, kann die resultierende Antwort genau die Hälfte des ursprünglichen Wertes sein. Erkläre, warum das so ist. Analysieren Sie auch, was passiert, wenn wir eine Binärzahl durch einen Prozess der Bitverschiebung mit zwei multiplizieren . Ist die resultierende Antwort genau doppelt so hoch wie der ursprüngliche Wert oder kann sie auch ungefähr sein, wie es manchmal bei der Division der Fall ist? Erkläre warum oder warum nicht.

Anmerkungen:

Dies ist ein wirklich netter Trick, um Binärzahlen durch Zweierpotenzen zu teilen oder zu multiplizieren. Aufgrund seiner Einfachheit der Ausführung wird es häufig in der maschinellen Mikroprozessorprogrammierung verwendet.

Frage 17

Das Schalten von Kontaktprellen ist oft ein Problem, wenn mechanische Kontaktschalter oder Relais mit den Eingängen von digitalen Halbleiterschaltungen verbunden werden. Wenn ein Schalter von offen auf geschlossen oder von geschlossen auf offen übergeht, gibt es normalerweise eine Häufung von Ein / Aus-Impulsen statt einer einzigen, scharfen Änderung des logischen Zustands:

Natürlich reagieren digitale elektronische Schaltungen auf diese Impulse, als ob sie sehr schnelle Betätigungen / Deaktivierungen des Schalters wären. Dies kann zu Problemen führen, insbesondere bei Anwendungen, bei denen ein mechanischer Schaltereingang einen Zähler inkrementiert oder dekrementiert!

Um dieses Problem zu beheben, müssen wir das Schaltsignal ordnungsgemäß aufbereiten, um die Stör-Ein / Aus-Impulse zu beseitigen. Der Vorgang wird als Entprellen bezeichnet . Es gibt mehr als eine Möglichkeit, einen Schalter zu entprellen, aber eine der ausgefeilteren Methoden verwendet ein Seriell-Ein-, Seriell-Aus-Schieberegister mit einem asynchronen Rücksetzeingang (clear):

Erklären Sie, wie diese Schaltung funktioniert, um das "schmutzige" Signal des Schalters zu entprellen und ein "sauberes" (entprelltes) Signal für einen nachfolgenden digitalen Schaltkreiseingang zu erzeugen.

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Die "entprellte" Ausgangsleitung wird nur dann hoch, wenn das Schaltsignal für mindestens vier Taktimpulse kontinuierlich hoch war.

Follow-up Frage # 1: welcher Schalter (Eingang) Übergang wird sofort am Ausgang gesehen, ein Low-zu-High-Übergang oder ein High-Low-Übergang "Notizen versteckt"> Hinweise:

Einige Studenten müssen möglicherweise ein Impulsdiagramm für diese Schaltung sehen, bevor sie vollständig verstehen, wie es funktioniert. Wenn ja, lassen Sie die Schüler an die Tafel im vorderen Teil des Raumes kommen und analysieren Sie sie, anstatt sie selbst zu machen.

Diese Frage überprüft nicht nur den Schieberegisterbetrieb, sondern überprüft auch das Problem des Kontaktwechsels der Schalter und zeigt eine praktische Lösung dafür. Übrigens bietet diese Frage eine gute Entschuldigung für eine praktische Demonstration des Switch-Bounce unter Verwendung der zuerst gezeigten Schalt- / Pulldown-Schaltung und eines digitalen Speicheroszilloskops zur Erfassung des Schaltvorgangs. Die Schüler werden wahrscheinlich überrascht sein, wie "schmutzig" das Schaltsignal ist!

Frage 18

Ein mechanisch geneigter Freund von Ihnen möchte einen automatisierten Wasserbrunnen bauen, in dem nacheinander zehn Wasserstrahlen nacheinander angeschaltet werden. Jeder Wasserstrahl wird durch ein Magnetventil gesteuert, das durch eine 120-Volt-Netzspannung erregt wird.

Ihr Freund versteht es, die Magnetventile zu verdrahten und alle Rohrleitungen zu bauen, damit der Brunnen funktioniert. Er versteht auch, wie er die Energie zu den Magnetventilspulen unter Verwendung kleiner Relais schaltet, so dass eine digitale Steuerschaltung, die bei einer niedrigen DC-Versorgungsspannung arbeitet, in der Lage sein wird, die Ventile zu erregen. Das einzige Problem ist, dass dieser Freund nicht weiß, wie man eine Schaltung baut, um die Sequenzierung durchzuführen. Wie schalten Sie nacheinander einen von zehn Ausgängen ein?

Ein anderer Freund, der digitale Schaltungen studiert, hat eine Lösung für das Designproblem. Sie sagt, Sie könnten eine One-out-Ten-Sequenz erzeugen, indem Sie einen BCD-Zähler (4 Bit) verwenden, der einen 4- bis 16-Zeilen-Decoder antreibt. Eine einfache astabile Multivibratorschaltung könnte die notwendigen Taktimpulse liefern, und die Decoderausgänge könnten die Relais und dann die Magnetventile so schnell wie gewünscht ansteuern.

Ihr Instruktor hat Ihnen jedoch erst vor kurzem von einer anderen Möglichkeit erzählt, eine One-of-n-Zählsequenz mit Hilfe von Schieberegistern zu erzeugen: Die Schaltung wird Ringzähler genannt . Ein Ringzähler würde weniger Teile als die Zähler / Decoder-Idee verwenden. Erklären Sie, was ein Ringzähler ist und wie er in dieser Anwendung funktionieren würde.

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Ringzählerschaltungen sind einfach genug, um meine Ausarbeitung nicht zu erfordern. Der einzige schwierige Teil dieses Entwurfsproblems könnte darin bestehen, den anfänglichen "hohen" Zustand in dem ersten Bit des Schieberegisters beim Einschalten zu erreichen. Der Rest ist ein Kinderspiel!

Anmerkungen:

Eigentlich würde diese Frage ein großartiges Klassenprojekt für Ihre Schüler werden. Nicht nur der Ringzähler selbst, sondern auch alle Stromversorgungs- und Leistungssteuerschaltungen. Ich hatte tatsächlich ein Studenten-Team, das zuvor einen programmierbaren Zierbrunnen baute, mit einem Mikrocontroller. Wir betraten es als ein Stück kinetisches Kunstwerk in einer Campus-Kunstausstellung und es war ein Hit (besonders für kleine Kinder, die an einem heißen Tag in den Wasserdüsen spielten). Es hat viel Spaß gemacht und die Schüler haben viel gelernt!

Frage 19

Ein Analog-Digital-Wandler ist eine Schaltung, die ein analoges Signal eingibt und eine Binärzahl mit mehreren Bit ausgibt, die der Amplitude dieses Signals entspricht:

Ein freilaufender Analog-Digital-Wandler aktualisiert seinen digitalen Ausgang so oft wie möglich und wartet nicht auf eine Aufforderung von einem anderen Gerät. Wenn wir einen freilaufenden ADC mit einem Computer (Mikroprozessor oder Mikrocontroller) verbinden möchten, müssen wir die Ausgabe des ADC zu den vom Computer angegebenen Zeiten abtasten und diese Binärzahl lange genug halten, damit der Computer sie registrieren kann. Andernfalls kann der ADC seine Ausgabe in der Mitte eines der "Eingabe" -Zyklen des Computers aktualisieren, was möglicherweise zu beschädigten Daten führt.

Wir könnten eine solche Abtast-Halte-Schaltung aus Flip-Flops aufbauen. Welche Art von Flip-Flop würden wir für diesen Zweck verwenden, und wie viele würden wir für den oben gezeigten ADC-Schaltkreis benötigen. "# 19"> Antwort anzeigen Antwort ausblenden

Verwenden Sie zwölf D-Flip-Flops, um ein Parallel-In / Parallel-Out-Schieberegister aufzubauen.

Anmerkungen:

Diese Art von Schieberegister ist immens nützlich für solche Sample-and-Hold-Anwendungen.

Frage 20

Diese Schieberegisterschaltung erregt jeweils eine LED (beginnend mit der unteren LED beim Einschalten) in einem rotierenden Muster, das sich mit dem Takt der Uhr bewegt:

Ein Techniker entscheidet, die Richtung der Musterbewegung umzukehren, und ändert die Schaltung als solche:

Leider funktioniert das nicht wie geplant. Jetzt blinkt die untere LED einmal beim Einschalten, dann bleiben alle LEDs aus. Was hat der Techniker gemacht, der falsch war? "# 20"> Antwort anzeigen Antwort ausblenden

Dies wird das Problem beheben:

Ich überlasse es Ihnen zu erklären, warum diese Änderung funktioniert!

Anmerkungen:

Studenten müssen wahrscheinlich ein Datenblatt für den 74HC194 konsultieren, um herauszufinden, was hier vor sich geht. Wenn sie nicht die Initiative dazu ergriffen haben, ermutigen Sie sie jetzt und später! Datenblätter sind eine unschätzbare Informationsquelle, wenn es um das Verhalten integrierter Schaltungen und die Bedingungen geht, die notwendig sind, damit sie tun, was sie wollen.

Frage 21

Diese Schieberegisterschaltung erzeugt ein sequentielles Lichtmuster, das an die alten Mercury Cougar-Rücklichter erinnert: die erste LED wird aktiviert, dann werden zwei LEDs eingeschaltet, und dann werden alle drei LEDs eingeschaltet, bevor die Sequenz abgeschaltet und wiederholt wird. Die Schieberegisterschaltung 74HC194 wird so eingestellt, daß sie immer im "Shift Right" -Modus arbeitet, wobei der serielle Shift-Rechts-Eingang (DSR) hoch ist, der Master-Reset-Eingang ((MR)), um alle Ausgangsleitungen auf einen niedrigen Zustand zu setzen am Ende jedes Zyklus:

Das sequentielle Lichtmuster sollte immer dann beginnen, wenn der Eingang "Trigger" kurzzeitig hoch geht. Leider ist in dieser Schaltung etwas fehlgeschlagen, was verhindert, dass eine der LEDs aufleuchtet. Unabhängig vom Zustand des "Trigger" -Eingangs erfolgt keine blinkende Lichtfolge.

Identifizieren Sie einige wahrscheinliche Fehler in diesem Schaltkreis, die dazu führen könnten, dass dies geschieht, abgesehen von einem Mangel an Versorgungsspannung. Erklären Sie, warum jeder der von Ihnen vorgeschlagenen Fehler das Problem verursacht und identifizieren Sie auch, wie Sie jeden Fehler mit Testgeräten isolieren.

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Das Fehlen eines Taktsignals könnte dies verursachen (überprüfen Sie den Ausgang des 555-Oszillators mit einer Logiksonde oder einem Voltmeter). Wenn der Ausgang des oberen NOR-Gatters nicht tief war, würde dies auch das Problem erzeugen (den Eingang des Schieberegisters für einen "niedrigen" Zustand prüfen und mit den NOR-Gatter-Eingangszuständen vergleichen).

Dies sind nicht die einzigen möglichen Fehler. Identifizieren Sie ein paar mehr auf eigene Faust!

Anmerkungen:

Studenten finden ein Datenblatt für den 74HC194 hilfreich, um herauszufinden, wie diese Schaltung funktionieren soll.

Frage 22

Diese Schieberegisterschaltung treibt die vier Spulen eines unipolaren Schrittmotors nacheinander in einem sich mit der Taktgeschwindigkeit bewegenden rotierenden Muster an. Die Treibertransistorschaltungen (Q 1, Q 2 und die Widerstände R 2 bis R 6 ) sind nur für eine der vier Spulen gezeigt. Die anderen drei Schieberegisterausgänge haben identische Treiberschaltungen, die mit den jeweiligen Motorspulen verbunden sind:

Angenommen, dieser Schrittmotor-Schaltkreis arbeitete mehrere Jahre lang einwandfrei, dann hörte er plötzlich auf zu arbeiten. Erklären Sie, wo Sie die ersten Messungen vornehmen würden, um das Problem zu isolieren und warum Sie dort messen würden.

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Mein erster Schritt wäre, das Vorhandensein einer ausreichenden Gleichstromleistung sowohl für das Schieberegister IC als auch für den Motor (Transistortreiberschaltung) zu prüfen. Dann würde ich ein Voltmeter oder eine Logiksonde verwenden, um zu prüfen, ob an einem der Q-Ausgänge des Schieberegisters pulsiert wird. Das würde mir sagen, ob das Problem mit dem Schieberegister oder mit der Leistungsschaltung zusammenhängt.

Anmerkungen:

Dies ist eine gute Frage, die Sie mit Ihren Schülern besprechen können, da sie ihnen hilft, ein defektes System zu "teilen und zu erobern".

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