Elektronika | Felsőoktatás » Elektronika tételek II, 2006

Elektronika tételek II - 2006 1. tétel Analóg jel: az értékkészlete időben és amplitudóban is folytonos és végtelen. A minket körülvevő világ analóg. Az analóg jel egy folyamatosan változó jel idő és amplitúdó szerint egyaránt. Leginkább abban különbözik a digitális jeltől, hogy az apró ingadozásoknak, hullámzásoknak is van jelentésük. Az analóg kifejezést többnyire elektronikus értelemben használják, bár mechanikai, pneumatikus, hidraulikus és más rendszerek is használhatnak analóg jeleket. Digitális jel: a folytonos jelet mennyiséggé alakítjuk át időben és amplitudóban is. (csak bizonyos időpillanatban vizsgálom a jelet). A digitális világot nem hozzuk létre Digitális: valamely változó jelenségnek, vagy fizikai mennyiségnek diszkrét (nem folytonos), megszámlálhatóan felaprózott, s így számokkal felírt értékein alapuló (például: jel (informatika), számítógép, szélessávú internet-kapcsolatok,

digitális fényképezők stb.) Logikai (Boole) fv-ek: olyan összefüggések, amelyek függő változójának igazságértékét (igaz= 1, hamis= 0) a független változók igazságértékei hat meg. Az algebrai alakban megadott logikai fv-ek hátránya, h egy adott fv-t több egymással azonos értékű módon is fel lehet írni. Ezt a hátrányt a logikai fv-ek szabályos alakjának alkalmazásával lehet kiküszöbölni, melyek segítségével egy fv csak egyetlen algebrai alakban írható le. A szabályos alakú logikai fv-ek 2 csoportja: diszjunktív szabályos alak (olyan logikai fv, amely minterm-ek VAGY kapcsolatából áll), konjuktív szabályos alak (olyan logikai fv, amely maxterm-ek ÉS kapcsolatából áll). Egyváltozós logikai fv-ek: 4 különböző jöhet létre. Kétváltozós logikai fv-ek: 16 különböző jöhet létre. Legfontosabb logikai műveletek: A + B = B + A, A*B = BA  KOMMUTATÍV (A + B) + C = (B + C) + A = (A + C) + B, (A*B)C = (BC)A = (AC)B 

ASSZOCIATÍV A + (B*C) = (A + B)(A + C), A(B + C) = AB + AC  DISZTRIBUTÍV SZABÁLY DE MORGAN AZONOSSÁG:. A*B = A + B, A + B = A B 2.tétel Term: független változók azon csoportja, melyeket azonos logikai kapcsolatra jell szimbólummal kötünk össze. Minterm: a független változók logikai ÉS kapcsolata, amelyben minden változó – igaz v tagadott formában – egyszer és csakis egyszer szerepel. Jele: mn i A minterm sorszámát bináris kód alapján a term változói alapján a term változóiból képezzük. A változókat jobbrabalra növekvő sorrendű bináris helyértéknek tekintjük, majd az igaz változókat 1-nek, a tagadókat 0-nak tekintve a keletkezett bináris számot decimálissá alakítjuk. Maxterm: a független változók logikai VAGY kapcsolata, amelyben minden változó – igaz v tagadott formában – egyszer és csakis egyszer szerepel. Jele: Mn i 3.tétel Kapuzott tárolók: a kapcsolás stabilitásának növekedésére használják. Lényege, h

a bemeneten beállítjuk a megfelelő konfigurációt, majd ezután a folyamatot egy órajellel indítjuk, ami vmilyen impulzus. (kapuzott R-S, J-K, T, D tárolók) 4.tétel Félvezetős tárak: RAM (statikus, dinamikus), ROM (MASZK, PROM, EPROM, EEPROM, EAPROM, PLA, FPLA, PAL). Az infó megőrzése szempontjából: 1) Statikus: az infót korlátlan ideig megőrzi, feltéve ha a tápfesz nem szűnik meg. Mátrixos alakban elhelyezett tároló cellákból állnak. 2) Dinamikus: időnként felfrissítésre szorul, különben a tartalma véglegesen törlődik. Dinamikus RAM lényege: az adott infó tárolását egy C kondenzátor végzi, amely az adatvonalra 1-100mV fesz-et ad. A kondenzátor egy idő után veszít fesz-éből, azaz elveszti az infót, ezért kb 2ms-onként felfrissítik. 5.tétel Szekvenciális hálózatok: olyan elrendezések, melyek a logikai fv-ek szerint működnek és emellett tárolókat is tartalmaznak. Egyik fontos területét képezik: Bináris számlálók:

lényege, h az áramkörbe bocsátott órajeleket, azaz impulzusokat megszámolják és a kimeneten bináris szám formájában adják az eredményt. 2 csoportja: 1) Aszinkron számlálók: egy Zi kimeneti változó akkor változtatja meg az értékét, ha az előtte álló Zi- 1 (kisebb helyiértékű) 1-ről 0-ra vált. 2) Szinkron számlálók: a Zi kimeneti változó akkor változtatja meg értékét, ha minden kisebb helyiértékű változó Zi- 1 Zo egyértékű és egy újabb impulzus érkezik. Aszinkron számlálót kapunk, ha több T típusú tárolót sorba kötünk és ezek C kimenetét mindig az előző Q bemenethez csatlakoztatjuk. Az előre számítás elérésére a tároló kimeneti állapotát akkor kell változtatni, amikor az órajel 1-ről 0-ra vált. (tehát élvezérelt tárolókat alkalmazunk). Amennyiben 0-ról 1-re működő tárolót alkalmazunk, akkor visszafelé számlálót kapunk. Az aszinkron számlálók jellegzetes tul-a, h a számlálandó impulzusok

az első tároló bemenetére kerülnek. Azaz az utolsó tárolóra csak akkor érkezik bemenő jel, ha minden előző tároló átbillen. Ezért az utolsó impulzus beírása után ki kell várni a késleltetési időt, h az eredmény kiértékelhető legyen. Szinkron számláló: a bemenő impulzusok (órajelek) minden tárolóra rákerülnek, mégse billennek be vmennyien, ugyanis a billenési folyamatot a j-k bemenettel is vezéreljük. Ezzel a számlálóval könnyen létesíthetünk visszafelé számlálót, ha a j-k bemenetre, Q kimenetre Q kimeneteket kötünk. Előnye, h a visszaszámlálást ezért könnyen meg tudjuk oldani Tetszőleges hosszú szinkron számlálókat azonban nem lehet létrehozni, mert a kapcsolásban nagyon sok az ÉS kapu, ami konstrukciós- és időproblémát okozhat. Ezért használják a KASZKÁD kapcsolást.  lényege, h a szinkron számláló fokozatokat sorba kapcsoljuk és pl 4-4 tárolóból álló egységeket hozunk létre. Az egyes egységek

átviteli kimenetének akkor kell 1-nek lennie, ha a számláló állása eléri az 1111 állapotot. A műszaki gyakorlatban nagyon sokszor alkalmaznak 2 bemenetű szinkron számlálót  lényege: amennyiben az egyik bemenetre adjuk a jelet, előreszámlálót; amikor elektronikus kapcsolóval átkapcsoljuk a jelet a másik bemenetre, visszaszámlálót kapunk. 6.tétel Memória (tárak): azon eszközök összessége, melyek az infót tetszés szerinti ideig megőrzik, és ahonnan azokat bárhonnan ki lehet olvasni. A szg utasításai által felhasználandó bitek, bytok és karakterek azon sorát, amely a memóriában is tárolható, szónak nevezzük. A szó hosszúsága, amelyeket bitekben adnak meg, a szg és egyben a memóriák egyik legfontosabb jellemzője. A memóriában minden szó tárolására külön rekesz áll rendelkezésre. A rekeszt a cím azonosítja A memória kapacitását, amelyet bitben fejeznek ki, a rekeszek számának és a tárolható szó hosszúságának

szorzata fejezi ki. A címzés után csak 1 bizonyos idő után lehet a tárolt adatokat kiolvasni v újabbat beírni. Ez az idő az ún hozzáférési (elérési) idő A kapacitás és a hozzáférési idők a memóriák 2 fontos jellemzője. A memóriákat technológiai felépítésük és funkcionális jellemzőik szerint osztályozzák. Technológiai felépítés szerint lehet: félvezetős, mágneses, optikai és magneto-optikai m. Félvezetős tárak: RAM (statikus, dinamikus), ROM (MASZK, PROM, EPROM, EEPROM, EAPROM, PLA, FPLA, PAL). Másnéven Flip-flopok: olyan tárolóelemek, amelyek csak 1bit infó tárolására alkalmasak. A memóriák egyik legfontosabb funkcionális jell-je, megcímzett rekesz hozzáférési módja lehet: 1) Tetszőleges hozzáférésű memóriák: ezekben a tárakban bármely adat függetlenül a címtől uolyan rövid idő alatt érhető el. Az ilyen típusú memória a RAM (köztudatban ez írható és olvasható). 2) Soros (szekvenciális)

hozzáférésű m.: a keresett adat hozzáférési ideje különböző, és függ a címtől. 3) Asszociatív memóriák: a bemenetén lévő szó egyidejűleg összehasonlítja az egyes címeken tároltakkal, és azt a címet adja meg, amelynél a tárolt szó megegyezik a b emeneti szóval. Megnevezése: CAM Az infó beírhatósága szempontjából: 1) Végleges memóriák: a végleges beírás legtöbbször irreverzibilis szerkezeti változást hoz létre a memóriában, utána a tartalma nem változtatható meg. Az infót csak kiolvasni lehet: ROM. 2) Módosítható memória: ide tartozik a RAM. Az infó megőrzése szempontjából: 3) Statikus: az infót korlátlan ideig megőrzi, feltéve ha a tápfesz nem szűnik meg. Mátrixos alakban elhelyezett tároló cellákból állnak. 4) Dinamikus: időnként felfrissítésre szorul, különben a tartalma véglegesen törlődik. Dinamikus RAM lényege: az adott infó tárolását egy C kondenzátor végzi, amely az adatvonalra 1-100mV

fesz-et ad. A kondenzátor egy idő után veszít fesz-éből, azaz elveszti az infót, ezért kb 2ms-onként felfrissítik. ROM: csak olvasható memóriák. MASZK: ezeknél a tárolóknál a félvezető struktúrájában rögzítik az adatot, azok többé nem változtathatóak. Ez a fajta tároló nagy sorozatban gyártott elektronikus készülékek esetén kerül alkalmazásra. PLA: gyakran gazdaságos, h a ROM-ban ne az egész igazságtáblázatot tároljuk, hanem csak magát a logikai fv-t valósítjuk meg. Ebben az esetben diszjunkt Normál alakot állítunk elő, és az áramkört így valósítjuk meg, ami 1 ÉS és 1 VAGY mátrix elrendezéssel történik. PROM: az alkalmazó maga rögzíti az adatait, a gyártó által szigorúan előírt előírások szerint. Ennek a leírásnak a neve égetés. Azért hívják égetésnek, mert az ák belsejében mikrostruktúra változás jön létre. Az áramimpulzusok okozta helyi túlmelegedés hatására EPROM: ez az ák a felhasználó

által többször programozható. Az adat feltöltés egy speciális hardver környezetet igényel. EEPROM: szintén a felhasználó által többször programozott. Tartalma rövid áramimpulzusokkal törölhető és újraprogramozható. EAPROM: felhasználó szempontjából legrugalmasabban kezelhető, mivel a beírás elektromosan és érezhetően, akár bitenként is történhet. FPLA: felhasználó által programozható ROM. A programozás legegyszerűsítésére kialakítottak olyan rsz-eket, ahol a VAGY mátrixot a gyártás folyamán kialakítják, és csak az ÉS mátrix programozható. Az ilyen FPLA ák-öket PAL-nak nevezzük 7.tétel Regiszterek (átmeneti tároló): olyan tárolóelemek, amelyek több bit tárolását teszik lehetővé (flip-flopok: olyan tárolóelemek, amelyek csak 1bit infó tárolására alkalmasak). Az infó tárolására annyi flip-flopra van szükség, ahány bit tárolását akarjuk elérni. Az infó beírásának és beolvasásának módja hat meg,

h m ilyen a regiszter típusa: soros üzemmódú regiszter (soros beírású és kiolvasású) és párhuzamos. A beírandó infót kapuzni is lehet, amit kapuzott bemenetű- ill kimenetű regiszternek nevezzünk. Legegyszerűbb több bites tároló: LATCH regiszter. 4bites LATCH D-tárolókból: a latch-ek D-tárolói az infót fogadják a bemenetén és az órajel hatására a Q kimeneteken a bemenő infók megjelennek. A tárolók száma a regiszterek hosszát (kapacitását) adja meg. Ezek a tárolók viszonylag nagy mennyiségű infó rövid idejű tárolására alkalmasak, kül konfigurációkban nagyon gyakran az egyes regiszterek egy szó tárolására vannak kiépítve. Léptető-regiszterek: egy tárolóval egyetlen bináris infó tárolható. Amennyiben több infót akarunk tárolni, akkor több tárolóra van szükség. A tárolók kapcsolása nagy mértékben meghat annak jellegét. Amennyiben a t árolókat az ábra szerint sorba kapcsoljuk, akkor az infó minden

órajelnek egyik tárolóból a következőbe jut, ezért ezt az elrendezést léptetőregiszternek v Shift-regiszternek nevezzük. Gyűrűs-léptető regiszter: a gyakorlatban nagyon sokszor a léptető-regiszter tárolt infóját törlés nélkül sorosan kell kiolvasni. Ehhez az infót visszacsatoló vezeték segítségével a lánc elején ismételten beírjuk. Erre a feladatra alkalmas az ábrán látható kapcsolás Amíg az U átkapcsoló bemenetén logikai 1 van, addig a Dbe = D. a visszacsatolás hatástalan, a léptetőregiszter az előzőek szerint működik Az első n órajel alatt n bit tárolható Hogy a további órajelek során a további infó ne vesszen el, az U átkapcsoló jelet 0 állapotba tesszük. Emiatt a regiszter minden kiolvasott bitje újra beolvasódik a bemeneten. Tehát a léptető-regiszter n ütemének állapotai újra felvételre kerülnek. Az átkapcsoló bemenet állapota dönti el, h új infó kerül-e a léptető-regiszterbe, v az eredeti

korábban tárolt infó kerül tovább. Párhuzamos beírású regiszter: a léptető-regiszterre von ábránál a regiszterből az adatokat sorosan v párhuzamosan olvashatjuk ki, de csak sorosan táplálhatjuk be. Gyakran előfordul, h egy szám párhuzamosan áll rendelkezésre, és azt egy léptető-regiszterbe kell beírni. Ez az igény főleg aritmetikai műveleteknél fordul elő. Az ilyen feladatok megoldására kifejlesztették az ún Párhuzamos beírású regiszteret. Soros – párhuzamos átalakító: léptető regisztert alkalmazunk, amit 1 órajel szinkronizál. Az adatbuszra adat csak akkor jut, ha a reg megtelt. A töltés folyamán 1 léptető indítójelet kell a regiszterbe küldeni. Párhuzamos - soros átalakító: soros adatkimenetel esetén a kimeneti egység először megkapja az adat szót, ami párh-osan kerül a léptető regiszterbe. A soros adatkimenet úgy jön létre, h a léptető reg-ből 1 léptetőjel segítségével sorosan kiléptetjük az egyes

biteket. 8.tétel Bináris számlálók: lényege, h a z áramkörbe bocsátott órajeleket, azaz impulzusokat megszámolják és a kimeneten bináris szám formájában adják az eredményt. 2 csoportja: 3) Aszinkron számlálók: egy Zi kimeneti változó akkor változtatja meg az értékét, ha az előtte álló Zi- 1 (kisebb helyiértékű) 1-ről 0-ra vált. 4) Szinkron számlálók: a Zi kimeneti változó akkor változtatja meg értékét, ha minden kisebb helyiértékű változó Zi- 1 Zo egyértékű és egy újabb impulzus érkezik. 9.tétel Címdekódoló: egy olyan több kimenetű áramkör, amelyet – a cím bemenet alapján kiválasztandó – kimenetén logikai 1 cím jelenik meg. 10.tétel Adatszelektorok (multiplexerek): 4 bemenete van, amelyek bármelyikét össze lehet kapcsolni az Y kimenettel. A digitális multiplexereket természetesen nem mechanikus kapcsolókkal, hanem kombinációs, logikai áramkörökkel A kapcsoló fokozat beállítása a vezérlő

bemenettel történik. A 4 kül kapcsoló fokozat digitális vezérléséhez 2 vezérlő bemenet (címbemenet) szükséges (A 0 , A 1 ). „1 a 4-ből” adatszelektor (multiplexer): több csatornát egybefog, 4 a datot ki tudok választani és rá tudom tenni Y-ra. „4-ből 1” típusú adatelosztó (demultiplexer). 12.tétel Komparátorok: 2 számot hasonlít össze. A viszonyt is értékelő komparátoroknak kisebb / nagyobb az igazsághalmaza. 13.tétel Buszrsz: a mikroszg elemeit összekötő vezetékcsop rsz. A busz: Cím és adatbusz használhat közös, azonos vezetékeket, de nem egyszerre: multiplexálás. 1) A BUSZ: a címbusz (ezen keresztül történik meg az elírni kívánt memória szó kiválasztása). 2) D BUSZ: az adatbusz (az adatok morgását teszi lehetővé az egyes egységek között). 3) C BUSZ: a vezérbusz (az összehangolt működést biztosító szinkronjeleket továbbítja). A buszokat ált 4féle módon lehet megkülönböztetni: 1irányú,

2irányú, 2állapotú, 3állapotú. A buszrsz egy részének 3 állapota lehet: magas-, alacsony- és végtelen impedancia szint. Abban azesetben ha meg akarjuk akadályozni, h a kívánt tárból kivett adatokon kívül egy időben más memória adatai bekerüljenek az adatbuszra (CPU-ba), 3állapotú sínrsz-t alkalmazunk. Lényege: 3 állapotban a s ín végtelen nagy impedanciát képez, ezáltal a n em kívánt adatok nem kerülnek adatbuszra. Ezt a végtelen nagyságú, impedanciájú állapotot a gyakorlatban Tristate kapukkal hozzák létre. A kapcsolás lényege: a Tristate áramkör lényege az, h amennyiben a bemenetére magas szintet adunk, a k imeneten megjelenik a b emenetére adott adat. Amennyiben az áramkör alacsony szintet kap, oly mértékben leválasztódik, mintha mechanikusan kikapcsoltuk volna. 14.tétel: 20.tétel A mikroszg felépítése, fontosabb jell-i:  CPU (kp-i egység): ez maga a m ikroprocesszor, amely a m emóriából lehívja az utasításokat,

értelmezi azokat, elvégzi a kijelölt műveleteket, adatokat kér be a környezetből és eredményeket küld be oda. Fontosabb részei: adatregiszter (ALU), aksi, vezérlőegység, címregiszter.  Operatív memória (MEM): tárolja a koordinált működést vezérlő utasításokat, vmint a feldolgozás tárgyát és eredményét képező adathz-t. minden esetben 2 részből áll: RAM és ROM tárakból. Ezek nagymértékben meghat a szg kapacitását és sebességét  Be- és kimeneti illesztő (I/O): a környezettel való infós kapcsolattartás technikai kiszolgálását látja el, sok esetben feladatorientált mikroproc formájában. Ez a be- és kimeneti egység teszi lehetővé, h a kívánt eredmény eljusson a felhasználóhoz, ill h a szg-pel adatokat közöljünk. A leggyakrabban használt periféria típusok: 1) Beviteli p: billentyűzet, egér, fényceruza, optikai letapogató, scanner, joystick. 2) Kiviteli p: megjelenítők (TV képernyő/display), nyomtatók,

rajzolók, akkusztikus kiviteli eszk-ök. 3) Adattárolásra és bevitelre-kimenetre használt perifériák: mágneses tár, floppy disk, winchester, mágneses szalagos tár, optikai lemezes tár.  ITC (megszakítás vezérlő): az infófeldolgozás folyamatának megszakítását kérő váratlan igényeket rangsorolva kezeli és továbbítja a CPU részére.  DMA (közvetlen memóriahozzáférést vezérlő): lehetőséget ad a külvilág és a memória között 2irányú, gyors, a CPU-t megkerülő adatforg lebonyolítására. Ez úgy történik, h a kül buszmeghajtók az ún 3 nagy impedanciájú állapotba kerülnek, így a DMA lehetőséget kap, h az operatív memóriából adatot vegyen, ill oda berakjon