Digitalis Technika II Jegyzet

5/16/2018 Digitalis Technika II Jegyzet - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/digitalis-technika-ii-jegyzet 1/28

Digitális Technika 2 jegyzet http://www.aut.vein.hu/oktatok/golleia/ Készítette: Sziládi Gábor

Digitális Technika II

Vizsga: Teszt. Egy kérdésre 5 lehetséges válasz.

Gépesítés: Emberi izomer ő helyettesítése.

Automatizálás: Emberi agytevékenység (nagy részének) helyettesítése.Műszerezésre van szükség.Primer műszerezés: technológiáról információt gyű jtünk.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 jellemző je 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 Vezérlés technikaVisszacsatolás is van. Nyitott hatáslánc:Tervezés után is Csak a tervezésnél figyelembekiküszöbölhetők a zavaró vett zavaró tényezők 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 célszer ű a magas szintet az ’igaznak’ választani.

Végrehajtó jel Beavatkozási jelKezelő Rendelkező jel

Bemeneti szerv Vezérelt berendezésKimeneti szerv

Járulékos szervPl.: kijelzők

Visszacsatolás, pl. szabályozás technikánál

Logikai szerv

- 1 -




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 Hátránya

Villamos

Leggyorsabb, legkönnyebb,korlátlan távolságra jelátvitel,

könnyen kombinálhatók,villamos energia könnyen

rendelkezésre áll.

Tűz –és robbanásveszélyes, javítása szakértelmet igényel,

érintésvédelem, melegszik.

Pneumatikus

Tűz –és robbanásbiztos,tápenergia rendelkezésre áll,

könnyen javítható, nem termelhőt, rázkódásra és sugárzásra

nem érzékeny, a levegő bárholkiengedhető.

A sűrített levegő hatótávolságamaximum 300 méter, szűrni és

olajozni kell a levegőt zajosműködés, bonyolult

csővezetékrendszert kellkiépíteni.

Hidraulikus

Nagyon er ős, kezelése éskarbantartása egyszer ű, nemkell olajozni, jeltovábbítás

gyors.

Olajvezeték érzékeny atömítetlenségre, az olajat

cserélni kell, tűzveszélyes,vissza kell vezetni az olajat a

kompresszorba.

Üzembiztonság: Nagyszámú elem együttműködésekor egy elem meghibásodásánál az egészrendszer rosszul működik.

Megbízhatóság: az a valószínűség, melynél egy alkatrész bizonyos ideig meghibásodás nélkülműködik.

Élettartam: a megbízhatóság mellet üzemszer űen (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 származóvédettsége, de a szándékosság ellen nem véd.2. Ujjak érintése elleni védelem.3. Szerszámoktól, huzaloktól vagy 2,5 mm átmér őnél vastagabb tárgyakkal szemben

védett.4. 1 mm átmér őnél 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 kívülr ől 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

Zener-gát

Zener-dióda

…

Leválasztó ( U/U vagy I/I )

B biztosíték)

R

Megjegyzés: Galvanikus optoelektronikus leválasztás.

- 3 -




Digitális készülékek szervei I. Érzékelő szervek :1. Nyomásmérő: általában félvezető ből készülnek. Membrán az érzékelő. Abszolút és relatív

nyomás is mérhető. Piezoelektromos készülék.

2. Hőmérsékletmérő: a.) higanyos:Higany

Érzékelő

Ha a higany eléri a felső érzékelő, villamos zárlat jön létre. b.) Platinaszálas (Pt) pl. Pt100-as: 0°-on 100Ω.c.) Infravörös hőmér ő.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 zárásaelőtt kis áramok ív formájában már áthúznak (a felületi egyenetlenség miatt) amásik érintkezőre és az elektronika ezt úgy is értelmezheti, hogy többször nyomtuk meg ugyanazt a gombot.

- szűr ővel 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: - hardveres:

Schmitt-trigger bemenetű áramkör:- szoftveres: bizonyos ideig letiltják a bemenetet.

U beU bill0 1

H (hiszterézis érték)

Uki

t

Itt történik a prell jelenség

U

U billenési

0 1

c.) Billenő kapcsoló: üzemmódok váltására, memóriával rendelkezik.d.) Fólia tasztatúra: a felső fólia megnyomásával összeér a felső és az alsó

érintkező.

Felső érintkezőAlsó érintkező

Alsó fólia

Felső fólia

Festett fólia l. F1, ESC

Távtartó

- 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 azinformációt. A kimenet akár bemenetként is használható a leválasztás miatt.

3. Relé:

Pogácsa

Működés: feszültség hatására magához vonzza avasmagos tekercs a fém pálcikát, ami rövidrezárja az áramkört a pogácsán keresztül.Élettartam: nem idő ben, hanem kapcsolásbanmérik. Pl.: terheléssel 105, terhelés nélkül 107.

Jellemzők: - pogácsa ellenállásaVasmagos tekercs

- 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

Morze reed relé is van.

Reed relé 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

G

Hátrányai:- eléggé melegednek - nem választanak le galvanikusan

A1

5. Triak : mindkét irányban képes vezetni.

GA2

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:

a

- pontmátrix.- 5x8-as kijelző.

- 16 szegmenses kijelző:

- LCD kijelzők: kis feszültséggel és kis árammal működik.

d

e

f g

b

c

Elforgatja a fény polarizációs síkját.- Szematikus- Nematikus

A folyadékra vetített fényt vagy átengedi (transzmissziós) vagy nem(reflexiós).Két üveglemez között folyadék + polársz

űr ő

Váltakozó áramot használnak az elektrolízis elkerülése miatt

Nincs frissítési frekvencia- Nixi-cső: hosszú élettartamú.

Nagysebességű anódos és katódos gázkisüléses kijelző; nagyfeszültséggel (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 -




Számrendszerek

0: nincs áram; 1: van áram.Valamely N szám (numerikus) az R alapú (radixú) számrendszerben deffiníciószer űen:

NR = ∑

−

−=

1

*

n

hk

k

k R A 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 érték ű bináris számot jelent.Számkonverzió: váltás egyik számrendszerből a másikba.A legfontosabb számrendszerek és számjegyeik:

Bináris (kettes) → 0,1Ternális (hármas) → 0,1,2Kvintális (ötös) → 0,1,2,3,4

Oktális (nyolcas) → 0,1,2,3,4,5,6,7Decimális (tízes) → 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9Duodecimális (12-es) → 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,a,bHexadecimális (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 újbólelosztjuk 2-vel. Az eredményt a szám alá, a maradékot pedig a szám jobb oldalára húzott vonalmellé írjuk. Az osztást addig folytatjuk, amíg 0-t nem kapunk eredményül. A maradékot alulrólfölfelé olvasva az adott szám egész részének bináris megfelelő jét kapjuk. Az adott decimális szám tört részének bináris megfelelő jét 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 addigfolytatjuk, amíg a tizedesvessző jobb oldalán csupa 0-s decimális jegyet nem kapunk. A leolvasásfelülr ől lefelé történik.

Pl.: 497,351562510

497 1 ← 1 0, 3515625248 0 ← 2 0 7031250 ← 1/2124 0 ← 4 1 4062500 ← 1/4

62 0 ← 8 0 8125000 ← 1/831 1 ← 16 1 6250000 ← 1/1615 1 ← 32 1 2500000 ← 1/32

7 1 ← 64 0 5000000 ← 1/643 1 ← 128 1 0000000← 1/1281 1 ← 2560

Tehát: 497,3515625d → 111110001,00101101 b

Bináris-Decimális konverzió: (B → D)A bináris-decimális konverzió legegyszer ű bben 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 kapotttriádok adják az oktális szám egy-egy helyi értékét.

- 9 -




7 6 1111110001 = 761

4 2 1 4 2 1 4 2 1

Bináris-Hexadecimális konverzió: (B → H)

A bináris és a hexadecimális számrendszer radixai közötti kapcsolat révén ez a konverzió a B → Oátalakításhoz hasonlóan végezhető el. A bináris szám számjegyeit a bináris vesszőtől indulva jobbraés balra négyes csoportokra (tetrádokra) osztjuk, majd ezen tetrádokat hexadecimális számokkáalakítjuk.

1 F 1111110001 = 1F11 8 4 2 1 8 4 2 1

Komplemens számok :Komplemens számon kiegészítő számot értünk.A leggyakrabban használt komplemens típusok és képzéseik:

10-es komplemens: NK10 = 10n-N2-es komplemens: NK2 = 2n-N9-es komplemens: NK9 = 10n-1-N1-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 változatlanulhagyjuk, de az összes többi helyiértéken invertálást végzünk.

- Párhuzamos algoritmussal: első lépésben előállítjuk az adott szám (N) egyeskomplemensét (NK1), majd ehhez hozzáadunk egyet:

NK2 = NK1+1

Bináris számábrázolás digitális berendezésekben:A nagyságrend ábrázolására a fixpontos és a lebegő pontos ábrázolásmód terjedt el.- Fixpontos számábrázolás:

A fixpontos ábrázolás esetén a tizedesvessző a számot tartalmazó

regiszterben előzetes megállapodás szerint rögzített helyen, rendszerint azelső értékes jegy előtt van, vagyis minden szám csak 1-nél kisebb lehet.Legnagyobb helyiértéken van az elő jelbit.2 bájtos (16 bit, 216-1= 65535) vagy 4 bájtos (32 bit, 232-1= 4294967295).

- Lebegőpontos számábrázolás:Lebegő pontos ábrázolásmód esetén a regiszter tartalmazza a számnormalizált értékét, mely a fixpontoshoz hasonlóan, valamilyen 1-nél kisebbszám ezt követően tartalmazza a szorzó 10 ill. 2 hatványkitevő jének elő jel

bitjét és a hatványkitevő értékét.M*Pk (mantissza*alapkitevő) (1/p)<=M<1A mantisszában a törtpont után nem lehet nulla, ha a szám nem nulla.

- 10 -




Pl.: 10.123 10 = 0.10123*102

1A3D 16 = 0.1A3D*164

10001 2 = 0.10001*25

Elő jel ábrázolása:„0” az elő jelbit → pozitív

„1” az elő jelbit → 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 ellenkező jére fordítani, hogy az üzenet ellentettjét kapjuk.Kód Hamming-távolsága: a kódszó készletének elemei között észlelt legkisebb Hamming-

távolságot értjük.Kódolt információ átvitele:- Párhuzamos átvitel: annyi vezeték kell, amennyi bites adatot át akarunk vinni. Drága és gyors.

Adó Vevő

Handshaking

Handshaking: üzenővezetékek.- Soros átvitel: olcsó és lassú. Bitszinkronizáció kell: időzítéssel oldják meg.

8 bites csomagokban történik az adatküldés.Blokkszinkronizáció kell: szinkronizáló karakterekkel odják meg.

Vevő Adó

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

Adat

CLK Vevő Adó

- 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).

Header: információt tartalmaz, pl. adat hossza, címzett stb.

ENDCRC vagy LRC kódAdatHeader SYN

Moduláció

Van feszültség: 1, nincs feszültség: 0.- Amplitúdó moduláció: sérülékeny, küls

őzavarok, pl. villámlás hatására megváltozik.

Jele: AM100%

Logikai: 1 0

- Frekvencia moduláció: FM

TV-nél: kép: AMHang: FM

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

50%

- 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 1 1 1 10 0

„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.

N10=∑ Wi * Si

k

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= = 2.9 * 1010 féle bináris kód lehet.16!

(16-10)!

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

- 13 -




- Stibitz kód: 3 többletes (vagy élőnullás) kód.

Decimális érték Bináris érték 0 0011 (3)1 0100 (4)

5 1001 (9)9 1100 (12)

- Excess kódok : a szám képzése:

q

eSW N ii∑ −×

=10

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 mégegy ellenőrző helyi értéket (paritás bit) is átviszünk a csatornán. Ennek értékét úgyválasztjuk 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 blokkszer ű adatátvitel estén sor- és oszlop paritás ellenőrzésével iselvégezhetjük. Ha az adó kódszavait szisztematikusan egymás alá írva képzeljük el,akkor egy-egy paritás bitet minden sorhoz és minden oszlophoz rendelhetünk. Ilymódon 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= ooő=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 kapcsolatotakar 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 Out

CLK Chip Selectvezetékek azeszközkiválasztására

Data In

- 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) vezérlő jeleket használnak.RTS: request to sendCTS: clear to send Handshaking jelek TTR TSR

Nagy távolságokra áramhurkos megoldás.Point-to-Point megoldásokra használják.

12V 1

3V

-12V

-3V

0V

Tiltott sáv

0

- 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 adatotdolgozhat 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 megymehet 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 biztosanlegyen olyan eszköz, amelyik biztosan át tudja majd venni.A slave-ekben van egy időzítő, ami számlálja, hogy neki mikor kell majd sorrakerülnie. A master kimaradása esetén a slave-ek figyelik a hálózatot, hogy van-eadatforgalom és figyelik az időzítő jüket, 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 elolvasta-e 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 eszközlekapcsol, azaz nincs be –és kimenő kommunikáció.

Digitális eszközök funkcionális egységei

1. Komparátor: Bemenet: analógKimenet: digitálisÖsszehasonlítást végez.

Nem visszacsatolt műveleti er ősítő.

Ha U1 > U2 Uki = Uki max+

U2

U1

-Ha U1 > U2 Uki = Uki minUki

UkiUki

Bizonytalansági sávU be

Bizonytalansági sáv U be

2. Hiszterézises komparátor:

R 2

U be

Uki

+

-Uki

R 1

U1 U2

3. Nullkomparátor: - Normál- Hiszterézises

- 19 -




4. Digitális komparátor: CD4063

A0

A1

A2

A3

A>B A>BA=B A=BA<B A<BB0

B1

B2

B3

Sokbites komparátor építhető Kaszkádosítható

Bemenet Kimenet

5. Ablakkomparátor:U2>U1

Ablakkomparátor beszkennelt képe.

Ha U be>U2 K 1=”0” és K 2=”1”Ha U2>U be K 1=”1” és K 2=”1”Ha U1>U be K 1=”1” és K 2=”0”

6. Invertáló Schmitt-trigger:Bekapcs.: min21

1ki R R

R U U ×=+

„0” Invertáló Schmitt-trigger beszkennelt képe.

Kikapcs.: max211 ki R R R U U ×= + „1”

)( minmax21

1kiki R R

Rh U U U −×=

+(h=hiszterézis)

7. Multivibrátorok : pl. NE555a.) 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)

τ

Indító impulzus

- 20 -




Újraindítható monostabil:

Indító impulzus

b.) Astabil: nincs stabil állapota. Alacsony és magas instabil állapota van. Rezgéskeltők.

ττ

A két instabil állapot időtartama változtatható.Szintérzékeny:

τ

Indító impulzus

c.) Bistabil: 2 stabil állapota van.

D Q

QCLK

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.

11. Számláló áramkörök : Bármely olyan áramkör bizonyos korlátok között, ahol a bemenő impulzus és a kimenő állapotok között egyértelmű kapcsolat áll fenn.

Hp

A0

A

BCD

A10

Oa

EN

Hp = high priority.Oa = érvényes jel van a kimeneten.

EN = enable; akkor működik csak arendszer, ha ezen magas jel van.

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 UV-fénnyel 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, ezértaz 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, direktbennem írható át a tartalma.

- Veremmutató (Stack Pointer – SP): egy speciális regiszter, amely a veremtár legfelső elemének címét tartalmazza. A veremtároló az adatmemória (RAM) egylefoglalt területe. Adatokat csak a verem tetejére lehet tenni és csak onnét lehetlevenni→ „utoljára be, elsőre ki” (Last-In-First-Out = LIFO) memória kezelés. Astack pointer mindig arra a helyre mutat, ahová a következő adatot elhelyezi.

- Állapotregiszterek (Flag regiszter): ún. jelző bitek ill. más vezérlő, ellenőrző bitekettartalmaznak: Z flag (zérus); S flag (sign = elő jel); 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 állapotalkot egy gépi ciklust. A gépi ciklus egy összetettebb műveletet jelent. Egy utasításlehívásának 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 kezdéseUtasítások 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 részéthogyan kell értelmeznie. Értelmezés szempontjából az utasítások 3 f ő 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 aműveletet csak pontosan egy eszköz hajthatja végre.

- Közvetett, indirekt címzés: az operandusz az utasításban megcímzett tárolóhelyenmegadott 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 egyszer ű

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 lehethasználni. Hivatkozunk a programrészletre. A szubrutinok egymásba ágyazhatók.Alkalmazni általában egy vezérlő-átadó programmal lehet, amelynek ’return’ a vége, amivelvisszatér a f ő programhoz (’call’ meghívás esetén a hívással mindjárt a program futásiállapotának eggyel késő bbi (n+1) állapotát tárolja a stack-ben, majd a szubrutin lefutásaután 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 hívástörténik, ennél fogva a makrók használata akkor célszer ű, ha kevés számúutasításból állnak. A makrók tartalmazhatnak szubrutinokat is.

• Megszakítás:A megszakítási események kapcsán különbséget kell tenni a többnyire külső eredetű megszakítások és az utasítások szabályszer ű 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 kelloldania:- 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 idő ben 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 vonalesetén 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 kér ő 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 processzortólengedélyt kér a feladat végrehajtására, meghatározott módon prioritás szerint megkapja.Ettől kezdve ő irányítja a szükséges rendszerfolyamatokat, amiket nagy sebességelképes végezni. Eközben a processzor más folyamatokat tud felügyelni, ami jelentősidőmegtakarítást 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 azadott 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 isképes 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 ahttp://www.aut.vein.hu/oktatok/golleia/Letolt/Vezerles/ weboldalról tölthettek le.

- 28 -

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

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

Documents

Digitalis Technika II Jegyzet