Zagadnienia do egzaminu z Elektroniki i Technik Mikroprocesorowych:

1. Dioda prostownicza - symbol, charakterystyka, zastosowanie

2. Dioda Zenera - symbol, charakterystyka, zastosowanie

3. Tranzystor bipolarny - symbol, charakterystyka wyjściowa, podstawowa zależność, parametr opisujący,

zastosowanie,

4. Wzmacniacz operacyjny - symbol, charakterystyka, parametry i ich typowe wartości

5. Wzmacniacz nieodwracający - schemat, wyprowadzenie zależności na wzmocnienie, zakres zmian

wzmocnienia

6. Wzmacniacz odwracający - schemat, wyprowadzenie zależności na wzmocnienie, zakres zmian

wzmocnienia

7. Sumator - schemat, zależność na napięcie wyjściowe, rysowanie przebiegów dla zadanych napięć

wejściowych

8. Integrator - schemat, zależność na napięcie wyjściowe, rysowanie przebiegów dla zadanych napięć

wejściowych

9. Schemat blokowy zasilacza - funkcje poszczególnych bloków

10. Prostownik - działanie, podział, schematy i przebiegi dla prostownika jedno- i dwupulsowego

11. Stabilizatory - definicja i podział

12. Stabilizator kompensacyjny - schemat i działanie

13. Generatory sinusoidalne - definicja i warunki generacji

14. Generatory niesinusoidalne - podział i warunki generacji

15. Dyskretyzacja - definicja, parametry dyskretyzacji - definicje (kwantyzacja, próbkowanie)

16. Prawa de Morgana - wzory, zastosowanie

17. Różnica pomiędzy układami kombinacyjnymi a sekwencyjnymi

18. Podstawowe bramki cyfrowe i ich tablice prawdy

19. Realizacja funkcji logicznych za pomocą bramek logicznych

20. Parametry bramek cyfrowych.

21. Co to jest kod BCD i kod siedmiosegmentowy, zastosowania.

22. Operacje arytmetyczne i logiczne na liczbach binarnych (dodawanie liczb binarnych, iloczyn logiczny,

suma logiczna)

23. Sumator (półsumator) - symbol, tablica prawdy, realizacja za pomocą bramek

24. Przerzutniki (RS, JK, D) - symbol, tablica prawdy, rysowanie przebiegów wyjściowych dla zadanych

przebiegów wejściowych

25. Różnica pomiędzy układami sekwencyjnymi synchronicznymi i asynchronicznymi oraz przerzutnikami

synchronicznymi i asynchronicznymi.

26. Budowanie liczników asynchronicznych z przerzutników JK

27. Przetwornik analogowo-cyfrowy - definicja, zastosowanie, parametry, schemat i zasada działania

przetwornika bezpośredniego

28. Błąd kwantyzacji i błąd nieliniowości

29. Przetwornik cyfrowo-analogowy - definicja, zastosowanie, parametry, schemat i zasada działania

przetwornika z przetwarzaniem równoległym

30. Pamięci półprzewodnikowe - zastosowanie, rodzaje, cechy charakterystyczne

31. Pamięci RAM - różnice pomiędzy pamięciami dynamicznymi i statycznymi

32. Pamięci nieulotne - podział i cechy charakterystyczne poszczególnych rodzajów (EEPROM i FLASH

traktować wspólnie)

33. Mikroprocesor - definicja, budowa wewnętrzna, rola poszczególnych elementów składowych

34. Mikrokontroler - definicja, budowa wewnętrzna, rola poszczególnych bloków wewnętrznych

35. Struktura programu w procesorze (schemat blokowy i zadania realizowane w blokach)

36. Zastosowanie przerwań, przykładowe źródła przerwań dla rodziny MSC51

37. Sterowniki PLC - definicja, podział

Zagadnienia z laboratorium:

1. Zastosowanie tablic Karnaugha do tworzenia układów kombinacyjnych, zastosowanie przerzutników

RS jako układu pamięci do sterowania, budowa liczników z przerzutników JK, zastosowanie

licznika liczącego CBU14 (patrz instrukcja) do realizacji układów liczących

2. realizacja podstawowych bramek logicznych w języku drabinkowym (dla sterowników PLC),

realizacja prostych zadań czasowych wykorzystujących liczniki i timery.Dioda - nieliniowy element półprzewodnikowy, pozwalający na przepływ prądu tylko w jednym kierunku. Wykorzystywany w elektronice do prostowania (zamiany napięcia przemiennego na stałe), kształtowania nieliniowych charakterystyk wzmacniaczy, zabezpieczania wejść układów elektronicznych itp.

Ad 2. Dioda Zenera - nieliniowy element półprzewodnikowy, który w kierunku przewodzenia zachowuje się jak klasyczna dioda, natomiast w kierunku zaporowym pozwala na stabilizację napięcia w układzie. Wykorzystywany w elektronice do stabilizacji napięcia na zaciskach odbiornika.

Ad 3. Tranzystor bipolarny - (ang. Bipolar Junction Transistor - BJT), podstawowy sterowany element półprzewodnikowy, wykorzystywany w elektronice. Tranzystor może pracować w trzech stanach pracy: odcięcia, aktywnym i nasycenia. Tranzystor bipolarny można traktować jako źródło prądu sterowane prądowo i dzięki temu wpływać na większą moc za pomocą mniejszej (wzmacniacz). Podstawowym parametrem opisującym tranzystor bipolarny jest współczynnik wzmocnienia prądowego β. Parametr ten opisuje ile mniejszym prądem bazy iB można sterować prądem kolektora ic. Przykład zastosowania - wzmacniacz w układzie wspólnego emitera

Ad 4. Wzmacniacz operacyjny

a) schemat zastępczy b) charakterystyka wzmacniacza

Wzmacniacz operacyjny zbudowany jest z tranzystorów jako układ

różnicowy. Wzmacniacze operacyjne produkowane są w postaci scalonej.

Typowa wartość współczynnika wzmocnienia ku 100.000 - 1.000.000

Typowa wartość rezystancji wejściowej 108 do 1012 W

Ad 5. Wzmacniacz nieodwracalny

Wyprowadzenie wzmocnienia: Wzmocnienie:

Wzmocnienie zawsze dodatnie zmienne w zakresie od 1 do ∞

Ad 6. Wzmacniacz odwracający

Wzmocnienie wzmacniacza odwracającego:

Wzmocnienie zawsze ujemne zmienne w zakresie od 0 do -∞

Ad 7. Sumator

Napięcie wyjściowe dla warunku R₁=R₂=R

Ad 8. Integrator

Napięcie wyjściowe integratora:

Przebiegi integratora:

Ad 9. Schemat blokowy zasilacza - funkcje poszczególnych bloków

Ad 10. Prostownik - działanie, podział, schematy i przebiegi dla prostownika jedno- i

Dwupulsowego

Ad 11. Stabilizatory - definicja i podział

Ad 12. Stabilizator kompensacyjny - schemat i działanie

Ad 13. Generatory sinusoidalne - definicja i warunki generacji

Ad 14. Generatory niesinusoidalne - podział i warunki generacji

Ad 15. Dyskretyzacja

Dyskretyzacja - zamiana sygnału ciągłego w cyfrowy

Parametry:

próbkowanie - pomiar zmiennej wielkości analogowej w regularnych odstępach czasu

kwantyzacja - zamiana wielkości analogowej w cyfrową polegający na podziale pewnego ciągłego obszaru zmienności tej wielkości na skończoną liczbę przedziałów.

Ad 16. Prawa de Morgana

Ad 17. Różnica pomiędzy układami kombinacyjnymi a sekwencyjnymi.

Ad 18. Podstawowe bramki cyfrowe i ich tablice prawdy.

Ad 19. Realizacja funkcji logicznych

y=(a+b)(a+c) + ac=a+bc+ac=a+ac+bc=a(1+c)+bc=a+bc

Ad 20. Parametry bramek cyfrowych

Obciążalność - maksymalny prd wyjściowy jaki może być pobrany w stanie niskim I0L

Ad 21. Kod BCD - kod 4 bity stanowią cyfrę 0 .. 9 (zastosowanie : enkodery, wyświetlacze, multipleksery)

0000-0; 0001-1; 0010-2; 0011-3; 0100-4; 0101-5; 0110-6; 0111-7; 1000-8; 1001-9;

Enkoder - układy służące do zmiany wartości zapisanej w kodzie „1 z n” na inny kod.

Transkoder- zamienia wartości zapisane w określonym kodzie na inny kod ( żaden z nich nie jest kodem „1 z n” przykład: zamiana 4 bitowej liczby w kodzie BCD na wyświetlacza 7- segmentowego (74LS47)

Ad 22. Operacje arytmetyczne i logiczne na liczbach binarnych.

1-kanał

Ad 23. Sumator

Ad 24. Przerzutniki

RS

Przerzutnik JK

Przerzutnik D

Ad 25. Różnice:

Przerzutniki asynchroniczne (RS), nie maja wejść zegarowych, w przeciwieństwie do liczników synchronicznych (JK, D).

Liczniki asynchroniczne - wyjścia zmieniają się asynchronicznie.

Liczniki synchroniczne - wyjścia zmieniają się synchronicznie.

Licznik asynchroniczny

Ad 26. Budowanie liczników z przerzutników JK

Licznik liczący w górę

Licznik liczący w dół

Ad 27. Przetwornik analogowo-cyfrowy

przetwornik analogowo-cyfrowy(A/C) - układ scalony pozwalający na zamianę ciągłych sygnałów wejściowych (najczęściej w postaci sygnałów elektrycznych) na odpowiadającą im wartość cyfrową. W czasie procesu przetwarzania są istotne dwa parametry:

- częstotliwość próbkowania sygnału analogowego (w kHz)

- rozdzielczość sygnału cyfrowego (w bitach).

W przetwornikach analogowo-cyfrowych wykorzystuje się dwie metody przetwarzania:

- metodę bezpośrednią

- metodę wagową.

Metoda bezpośrednia

1-kanał; 24 bitowy przetwornik sigma-delta; wewnętrzny oscylator; filtr przeciwzakłóceniowy 50/60Hz

informacja o przekroczeniu zakresu; czas przetwarzania ok.150ms; interfejs szeregowy SPI

Ad 28. Błąd kwantyzacji i błąd nieliniowości

Ad 29. Przetwornik cyfrowo-analogowy

przetwornik cyfrowo-analogowy(C/A) - układ scalony pozwalający na zamianę cyfrowego sygnału wejściowego (podanego w bitach) na odpowiadającą mu wartość analogową (najczęściej sygnał elektryczny prądu lub napięcia). W czasie procesu przetwarzania są istotne dwa parametry:

- szybkość ustalania sygnału wyjściowego (w µs)

- rozdzielczość sygnału cyfrowego (w bitach).

W przetwornikach analogowo-cyfrowych wykorzystuje się dwie metody przetwarzania:

- metodę równoległą

- metodę wagową.

Parametry:

-komunikacja (szeregowa, równoległa)

-rozdzielczość

-szybkość ustalania sygnału wyjściowego

-napięcie odniesienia Vref (wewnętrzne, zewnętrzne)

-napięcie zasilania (bipolarne, unipolarne)

-dokładność

Metoda równoległa

Ad 30. Pamięci półprzewodnikowe

Podział pamięci półprzewodnikowych:

- pamięci ulotne RAM (Random Access Memory), wykorzystywane jako pamięci danych, których zawartość zanika po wyłączeniu zasilania

- pamięci nieulotne - zachowują zapisane dane również po wyłączeniu zasilania, służące jako pamięć programu lub do zapisu parametrów w systemie mikroprocesorowym, które muszą być zapamiętane po wyłączeniu. Wśród tego typu pamięci wyróżnia się:

-ROM (Read Only Memory) -EPROM -EEPROM -FLASH

Idea pamieci półprzewodnikowych:

Odczyt: -Adres komórki na szynę adresową; - przykładowo 0110; -sygnał Read; -na szynie danych pojawia się zawartość komórki 0

Zapis: -Adres komórki na szynę adresową; - przykładowo 0011; -sygnał Write; -Wartość do zapisania na szynę danych przykładowo 1

Ad 31. Pamięci RAM

Dynamiczne: Statyczne:

Ad 32. Pamieci nieulotne - zachowują zapisane dane również po wyłączeniu zasilania, służące jako pamięć programu lub do zapisu parametrów w systemie mikroprocesorowym, które muszą być zapamiętane po wyłączeniu. Wśród tego typu pamięci wyróżnia się:

-ROM (Read Only Memory)

-EPROM : zadania: -program -stałe dane

-EEPROM -FLASH

Ad 33. Mikroprocesor - miniaturowe urządzenie do przetwarzania informacji w sposób określony przez użytkownika, wykonany w postaci pojedynczego, niepodzielnego układu scalonego.

￿ CPU - jednostka centralna, jej zadaniem jest wykonywanie programu oraz sterowanie pozostałymi

blokami systemu mikroprocesorowego

￿ ALU - jednostka arytmetyczno-logiczna, wykonuje operacje arytmetyczne i logiczne - jest częścią CPU

￿ rejestr pomocniczy - wewnętrzny blok pamięci mikroprocesora zbudowany z przerzutników,

wykorzystywany do chwilowego przechowywania i przetwarzania danych

￿ rejestr specjalny - rejestr sterujący działaniem wewnętrznych układów mikroprocesora (np.

przetwornikiem A/C)

￿ zegar - układ tworzący z zewnętrznym rezonatorem generator sygnału prostokątnego decydujący o szybkości pracy mikroprocesora

￿ magistrala adresowa - wszystkie linie którymi mikroprocesor przesyła adres do pamięci i urządzeń

wejścia/wyjścia

￿ magistrala danych - wszystkie linie, którymi mikroprocesor przesyła dane do pamięci i urządzeń wejścia/wyjścia

￿ magistrala sterująca - linie, którymi mikroprocesor przesyła sygnały określające rodzaj operacji

￿ układy peryferyjne - wszystkie elementy otoczenia mikroprocesora wspomagające jego pracę i połączone z nim za pomocą magistral

￿ długość słowa - szerokość słowa danych, którym posługuje się w operacjach mikroprocesor

￿ przestrzeń adresowa - liczba komórek pamięci, które może zaadresować mikroprocesor

Ad. 34. Mikrokontroler

￿ mikrokontroler - mikroprocesor + elementy peryferyjne (wykonany w jednej obudowie)

￿ procesor sygnałowy - mikroprocesor o architekturze harwardzkiej, z zaimplementowaną jednostką pozwalającą na szybkie wykonywanie operacji mnożenia i rotacji

￿ mikrokontroler sygnałowy - DSP + układy peryferyjne

Ad 35. Struktura programu

Ad 36. Przerwania

Idea przerwania - pewne zadania w mikroprocesorze muszą być wykonywane w określonych chwilach czasowych, bądź przy zajściu konkretnego zdarzenia. Wtedy program główny jest przerywany i wykonywana jest część programu (obsługa przerwania), a po jej zakończeniu układ wraca do

wykonywania programu głównego.

MCS51 - źródła przerwań:

- wejścia zewnętrzne: INT0, INT1

- układ czasowo-licznikowy: przepełnienie liczników T0, T1

- port szeregowy: koniec nadawania (TI) lub odbierania (RI) znaku

Ad 37. Sterowniki PLC

Sterowniki programowalne PLC (Programmable Logic Controller) - układy oparte o system mikroprocesorowy, wyposażone w wejścia i wyjścia, analogowe i cyfrowe, pozwalające na

sterowanie wybranymi procesami technologicznymi. Układ te są wykonane w postaci pojedynczych urządzeń i są przygotowane do bezpośredniego podłączenia odbiorników.

Podział:

15

---