Comunicarea digitală

Comunicarea eficientă și nuanțată în era digitală (Iunie 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Comunicarea digitală

Circuite digitale


Intrebarea 1

Nu stați acolo! Construiți ceva!

Învățarea de a analiza circuitele digitale necesită mult studiu și practică. În mod obișnuit, elevii practică prin lucrul prin numeroase probleme de probă și verificând răspunsurile lor față de cele oferite de manual sau instructor. În timp ce acest lucru este bun, există o cale mult mai bună.

Veți învăța mult mai mult prin construirea și analizarea circuitelor reale, permițând echipamentul de testare să furnizeze "răspunsurile" în loc de o carte sau de o altă persoană. Pentru exerciții de construire a circuitelor de succes, urmați acești pași:

  1. Desenați schema schematică a circuitului digital care urmează să fie analizat.
  2. Construiți cu atenție acest circuit pe un panou sau alt mediu convenabil.
  3. Verificați precizia construcției circuitului, urmărind fiecare cablu la fiecare punct de conectare și verificând elementele unu-câte unul pe diagramă.
  4. Analizați circuitul, determinând toate stările logice de ieșire pentru condițiile de intrare date.
  5. Măriți cu atenție aceste stări logice, pentru a verifica corectitudinea analizei.
  6. Dacă există erori, verificați cu atenție construcția circuitului în funcție de diagramă, apoi reanalizați cu atenție circuitul și re-măsurați.

Asigurați-vă întotdeauna că tensiunile sursei de alimentare sunt în limitele specificațiilor pentru circuitele logice pe care intenționați să le utilizați. În cazul în care TTL, sursa de alimentare trebuie să fie o sursă de reglare cu 5 volți, ajustată la o valoare cât mai apropiată de 5, 0 volți DC.

O modalitate prin care puteți economisi timp și reduce posibilitatea de eroare este să începeți cu un circuit foarte simplu și să adăugați incremental componente pentru a crește complexitatea acestuia după fiecare analiză, mai degrabă decât să construiți un circuit complet nou pentru fiecare problemă de practică. O altă tehnică de economisire a timpului este de a reutiliza aceleași componente într-o varietate de configurații diferite de circuite. În acest fel, nu va trebui să măsurați valoarea unei componente mai mult decât o dată.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Lăsați electronii înșiși să vă dea răspunsul la propriile "probleme practice"!

Note:

Experiența mea a fost că studenții au nevoie de multă practică cu analiza circuitului pentru a deveni competenți. În acest scop, instructorii oferă de obicei studenților lor o mulțime de probleme de practică prin care să lucreze și oferă răspunsuri elevilor să-și controleze munca. În timp ce această abordare îi face pe studenți să se familiarizeze cu teoria circuitelor, nu reușește să le educe pe deplin.

Elevii nu au nevoie doar de practică matematică. Aceștia au nevoie, de asemenea, de circuite de construcție practice practice și de echipamente de testare. Deci, sugerez următoarea abordare alternativă: elevii ar trebui să își construiască propriile "probleme practice" cu componente reale și să încerce să prezică diferitele stări logice. În acest fel, teoria digitală "vine în viață", iar studenții dobândesc o experiență practică pe care nu o vor câștiga decât prin rezolvarea ecuațiilor booleene sau prin simplificarea hărților Karnaugh.

Un alt motiv pentru a urma această metodă de practică este de a învăța metodele științifice ale studenților: procesul de testare a unei ipoteze (în acest caz predicții de stare logică) prin efectuarea unui experiment real. Elevii vor dezvolta, de asemenea, abilități reale de depanare, deoarece uneori fac erori de construcție a circuitelor.

Petreceți câteva momente de timp cu clasa dvs. pentru a revizui unele dintre "regulile" de construire a circuitelor înainte de a începe. Discutați aceste probleme cu elevii dvs. în aceeași manieră Socratică, în mod normal, ați discuta cu întrebările din foaia de lucru, în loc să le spuneți pur și simplu ce ar trebui și nu ar trebui să facă. Nu mă mai opresc niciodată să fiu uimită de modul în care elevii slab înțeleg instrucțiunile atunci când sunt prezentați într-un format tipic de prelegere (instructor monolog)!

Vă recomand foarte mult circuitele logice CMOS pentru experimentele la domiciliu, unde elevii nu pot avea acces la o sursă de alimentare reglementată de 5 volți. Circuitele CMOS moderne sunt mult mai rezistente în ceea ce privește descărcarea statică decât primele circuite CMOS, astfel încât temerile studenților care lezează aceste dispozitive prin faptul că nu au un laborator "potrivit" înființat la domiciliu sunt în mare măsură nefondate.

O notă adresată acelor instructori care se pot plânge de timpul "irosit" trebuie să-i facă pe elevi să construiască circuite reale în loc să analizeze doar matematic circuitele teoretice:

Care este scopul studenților care vă ia cursul "panoul de lucru" panoul panoului de lucru implicit?

intrebarea 2

Explicați diferența dintre datele digitale seriale și cele digitale paralele .

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Datele seriale sunt transmise de-a lungul unei linii, câte un bit la un moment dat; datele paralele sunt transmise simultan.

Note:

Cereți studenților dvs. că au auzit vreodată despre porturile "serial" și "paralele" pe computerele personale. Dacă timpul permite, examinați cele două tipuri de porturi din partea din spate a unui PC, contraindicând numărul de pini utilizați pentru fiecare conector.

Întrebarea 3

Următoarea diagramă schematică prezintă două registre de deplasare universal cu patru biți utilizate pentru a comunica serios datele printr-un cablu coaxial de lungime nespecificată:

Specificați ce stări logice ar trebui să fie introduse la terminalele PL, CE și Clk ale fiecărui registru de deplasare, și la ce momente, pentru a încărca cu succes patru biți de date paralele, le schimbați serial pe cablu de date coaxial și apoi țineți-le la ieșirile (Q) ale registrului de deplasare primit.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Nu vă voi da toate detaliile aici, dar vă voi face să începeți cu câțiva pași:

Dezactivați intrările de activare a ceasului (CE) ale ambelor registre de deplasare.
Aplicați cei patru biți doriți (niveluri logice) la intrările D 0 până la D 3 ale registrului de deplasare din stânga.
Activați activ activarea paralelă (PL) a registrului de deplasare din stânga.
Activați simultan intrările ceasului (CE) ale ambelor registre de deplasare pentru patru impulsuri de ceas.
etc.
etc. . .

Note:

Această întrebare cere studenților să se gândească la modul în care funcționează două registre de deplasare cuplate pentru a realiza sarcina de conversie de date paralel la serial la paralel. Nu numai că este vorba despre o revizuire bună a operării registrului de deplasare, dar arată unele (nu toate!) A ceea ce se întâmplă în timpul procedurii aparent simple de a trimite patru biți de date în serie pe un cablu.

Un detaliu dificil pentru a afla în această schemă este modul de păstrare a ambelor registre de schimbare sincronizate, astfel încât să fie recepționate biți de date seriale în același timp în timp ce ceilalți le trimit. Există mai multe moduri de a face acest lucru, desigur, dar cel mai simplu ar fi să conectați cele două intrări de ceas împreună printr-un alt conductor de cablu.

Întrebarea 4

Calculatoarele personale și dispozitivele periferice oferă o sursă bogată de exemple atât pentru transmiterea de date în serie, cât și paralelă. Identificați câteva exemple comune ale rețelelor de transmisie de date (și standarde) în serie și în paralel la locul de muncă într-un computer personal comun. Exemplele pot include comunicarea între computere, între computere și dispozitive periferice (imprimante, scanere, camere foto, carduri speciale) sau între componentele fundamentale ale computerului (CPU, unitate de disc, monitor etc.).

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Exemple de comunicare de date seriale includ conectorii "serial" cu 9 pini și / sau 25 pini pentru comunicare RS-232C, comunicație Ethernet, porturi USB și majoritatea "șoarecilor". Exemple de comunicare paralelă de date includ conectori "paraleli" cu 25 de pini la dispozitivele de imprimantă și de scanare și cablurile între placa de bază și unitățile de disc (tehnologia IDE veche).

Note:

În calitate de computerizare la fel ca majoritatea studenților tineri, întrebări precum acestea au tendința de a evoca răspunsuri rapide și un interes puternic. S-ar putea să constatați că este nevoie de puțin efort din partea dvs. pentru a introduce aceste tehnologii studenților dvs., deoarece acestea pot fi mai familiarizați cu anumite zone și caracteristici ale ei decât tine!

Întrebarea 5

Un exemplu omniprezent de comunicare de date în serie este cablul care leagă o tastatură de un computer personal: pentru fiecare comutator de taste apăsat, un caracter ASCII este transmis la computer. O caracteristică interesantă a acestui protocol de comunicare este rata aleatorie la care sunt expediate caracterele ASCII. Deoarece caracterele sunt generate la viteza utilizată de utilizatorul computerului, rata este complet imprevizibilă. În consecință, această formă de comunicare de date seriale este cunoscută ca asincronă .

Comparați și contrastați acest lucru cu comunicarea sincronă de date seriale, oferind un exemplu de standard sincron de comunicații de date.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Un standard de comunicații de date sincronizate pe scară largă este SONET, folosit în aplicațiile de comunicații de date pe distanțe lungi. Te las să faci cercetarea pentru a compara și a compara sincron cu asincrone.

Întrebare privind problema: datele trimise între calculatoare de-a lungul rețelelor seriale, cum ar fi RS-232C și Ethernet, sunt "tactate" de oscilatoare precise la ambele capete de transmisie și recepție, dar nu sunt considerate "sincrone", chiar dacă fiecare octet de date este trimise la intervale regulate (non-aleatoare). Explică de ce.

Note:

La început, se pare că orice comunicare între dispozitivele digitale care au loc la o frecvență prestabilită (bps) și rată (caractere pe secundă) ar fi sincronă, deoarece totul se întâmplă la intervale fixe. Cu toate acestea, precizia inerentă unei rețele reale de comunicații sincrone este mult mai riguroasă decât aceasta. Lăsați elevii să elaboreze ceea ce au găsit prin cercetarea lor.

Întrebarea 6

Un important circuit integrat (IC) utilizat în comunicarea digitală de date este un UART . Descrieți ce înseamnă acest acronim și explicați scopul acestui circuit.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

"UART" este un transmițător universal de transmițător asincron, iar sarcina sa este de a acționa ca o interfață între două dispozitive paralele de date, gestionând comunicațiile în format serial de-a lungul unei linii de comunicații de un fel.

Următoarea întrebare: dați un exemplu de IC UART disponibil pentru achiziționare astăzi.

Note:

Când elevii studiază ce este un UART, ei se vor poticni invariabil pe termeni precum paritatea, bitul de pornire și oprirea . Dacă nu sunt încă familiarizați cu detaliile comunicațiilor de date asincrone, acest lucru ar putea duce la unele descoperiri iluminate. Asigurați-vă că ați discutat acești termeni și detalii cu elevii dvs. dacă le vor aduce în clasă, pentru că înseamnă că vor fi foarte receptivi la instruirea dvs. (fiind "pregătiți" pentru a învăța prin dorința de a ști).

Întrebarea 7

Se afișează aici trei circuite telegrafice diferite. Determinați care dintre acestea ar putea fi clasificate ca simplex, full-duplex și semi-duplex, în termeni de transmisie de date în serie:

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Simplex: comunicare unică
Semi-duplex: comunicare bidirecțională, într-un fel la un moment dat.
Full-duplex: comunicare bidirecțională, ambele moduri simultan.

Următoarele întrebări: urmăriți toți curenții în aceste circuite utilizând fluxul convențional și apoi fluxul de electroni.

Note:

Aș fi putut cere doar definiții aici, dar legătura dintre aceste concepte și circuite reale, oricât de simplă, ar aduce mai mult beneficii educaționale. De asemenea, este important să arătăm studenților că conceptul de bază al comunicării digitale nu este într-adevăr mai complex decât vechiul telegraf, mai repede.

Întrebarea 8

O formă timpurie de comunicații digitale, de date în serie a fost codul Morse . Explicați ce este "codul Morse" (sau a fost) și cum se compară cu codurile mai moderne, cum ar fi ASCII.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Codul Morse era o convenție simplă utilizată pentru a reprezenta caractere alfanumerice pentru transmisia de date telegrafice. La început, operatorii umani au servit la sarcini de convertoare de date paralel la serial la paralel, dar apoi au fost construite mașini pentru a face acest lucru automat.

Note:

O caracteristică interesantă a codului Morse, probabil nerecunoscută de studenți, este compresia inerentă. Deoarece unele caractere Morse sunt mai scurte decât altele (mai puține impulsuri) spre deosebire de ASCII unde toate caracterele au aceeași lungime, mesajele trimise în Morse tind să necesite mai puține biți decât mesajele trimise în ASCII.

Întrebarea 9

Un parametru important de performanță al rețelelor de comunicații digitale este numărul de biți pe secundă (bps) de date pe care le poate gestiona. Din păcate, un alt termen numit baud este adesea folosit interschimbabil cu bps . Definiți ce este "baud" și cum diferă de "biți pe secundă".

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

"Baud" se referă tehnic la numărul de tranziții la nivel logic (low-to-high sau high-to-low) pe secundă într-o rețea, în timp ce "bps" se referă efectiv la numărul de biți de date transmiși pe secundă. Pentru o aplicație specifică în care cei doi termeni diferă semnificativ, cercetați o metodă de modulare a datelor cunoscută sub numele de codificare Manchester .

Note:

În timp ce unii pot argumenta diferența de a fi academic, cred că precizia limbajului și precizia gândirii sunt strâns legate. Persoana care nu recunoaște diferența dintre "baud" și "bps", probabil, nu știe prea multe despre modul în care informațiile digitale sunt codificate pentru transmisia serială. Desigur, aceasta este problema finală - înțelegerea modului în care sunt transmise datele digitale. Deci, în timp ce suntem la asta, am putea să abordăm o utilizare comună greșită a limbajului și să obținem o înțelegere mai profundă a modului în care funcționează lucrurile, drept "panel de lucru panel panou implicit" itemscope>

Întrebarea 10

În celebra lucrare a lui Claude Shannon din 1948 intitulată " O teorie matematică a comunicării", el deschide cu următoarea afirmație:

"Dezvoltarea recentă a diferitelor metode de modulare, cum ar fi PCM și PPM, care schimbă banda de bandă pentru raportul semnal-zgomot, a intensificat interesul pentru o teorie generală a comunicării".

Explicați la ce se referea Shannon atunci când a spus: "schimbați banda de banda pentru raportul semnal-zgomot". În multe cazuri, raportul superior semnal-zgomot al comunicării digitale prin comunicarea analogică este principalul motiv care justifică complexitatea mult mai mare a echipamentelor de comunicații digitale. De asemenea, elaborați modul în care lățimea de bandă devine sacrificată pentru a obține o transmisie de semnal relativ silențioasă.

Revelați răspuns Ascundeți răspunsul

Semnalele digitale sunt foarte rezistente la corupție de zgomot, deoarece sunt compuse din stări discrete ("înalte" și "scăzute"), mai degrabă decât cantități variabile continuu, ca semnale analogice. Cu toate acestea, pentru a comunica orice măsură semnificativă de informații digitale în formă serială, sunt necesare multe impulsuri. Aceasta necesită o cale de date cu lățime de bandă ridicată care să fie comparabilă în viteză cu cea analogică.

Note:

Limba lui Shannon este, probabil, un pic mai mare decât norma pentru învățământul la nivel de tehnician, dar captează totuși o calitate importantă a comunicării digitale: imunitatea la zgomot datorată comunicării digitale vine la un preț: o lățime de bandă mare. Fără un mediu de bandă largă în care să se facă schimb de informații digitale, comunicarea este fie lentă, fie complet nepractică.

  • ← Foaia de lucru anterioară

  • Fișa foilor de lucru

  • Foaia de lucru următoare →