AVDELING FOR INGENIØRUTDANNING EKSAMENSOPPGAVE

Transkript

1 AVDELING FOR INGENIØRUTDANNING EKSAMENSOPPGAVE Emne: Gruppe(r): 2E Eksamensoppgaven består av: ELEKTRONIKK II Antall sider (inkl. forsiden): 4 Emnekode: SO 313E Dato: 5. juni 2003 Antall oppgaver: 8 Faglig veileder: Bjørn Engebretsen Knut Harald Nygård Eksamenstid: Antall vedlegg: 1 Tillatte hjelpemidler: Alle godkjente Kandidaten må selv kontrollere at oppgavesettet er fullstendig. Ved eventuelle uklarheter i oppgaveteksten skal du redegjøre for de forutsetninger de legger til grunn for løsningen. Alle oppgaver teller likt. Utarbeidet av Kontrollert av (en av disse): (faglærer): Annen lærer Sensor Studieleder/ Fagkoordinator Studieleders/ Fagkoordinators underskrift: Avdeling for ingeniørutdanning Cort Adelersgate Oslo tlf: faks: iu@hio.no

2 Oppgave 1 a) En mikrokontroller er det naturlige valg som styringsenhet for en rekke applikasjoner. Hva er typisk for disse applikasjonene? b) En mikrokontroller kan programmeres i assembler eller et egnet høynivåspråk som f.eks C. Når velger vi assembler? c) Hvilke egenskaper ved assemblerspråket gjør at det ofte blir valgt? Oppgave 2 a) Når vi konfigurerer en mikrokontroller bruker vi en rekke registre. Hvilke typiske funksjoner styrer disse? b) Nevn tre typiske styringsregistre og angi hvilke funksjoner vi styrer med disse. c) Skriv et kort assembler program som setter et register til en ønsket verdi. d) Beskriv kort programmets funksjon. e) Skisser en typisk mikrokontroller arkitektur. Beskriv kort de enkelte elementene. Oppgave 3 a) En typisk mikrokontroller har flere typer avbrudd, interrupts. Nevn to forskjellige typer og forklar hvordan disse styrer mikrokontrollerens arbeidsmåte. b) Hvordan kobles et interrupt mot en interrupt rutine? c) Hvorfor benytter vi avbrudd, nevn to eksempler med begrunnelse. d) Hvorfor benytter vi.org instruksjonen? Oppgave 4 a) Med ordbredde mener vi antall bit i mikrokontrollerens programlager. Hvilke fordeler oppnår vi med en mikrokontroller med større ordbredde? Forklar innholdet i et ord. b) Forklar mekanismen Stack c) Hvorfor benyttet vi registrene R16 R31 på stk 500 kit

3 Oppgave 5 Vi ønsker å lage en 2 bit Flash Analog/Digital omformer (Flash ADC). Det forutsettes at referansespenningen er på 4 V og bare positive verdier omformes. a) Tegn overføringskarakteristikken (analog inn/digital ut) for denne omformeren. b) Tegn skjema for omformeren med motstandsnettverk (spenningsdeler), komparatorer og prioritetskoder. c) Forklar hvordan verdiene på motstandene i motstandsnettverket velges og beregn disse. Oppgave 6 Vi bruker OrCAD Capture til å tegne skjema for et kretskort med A/D-omformeren i Oppgave 5. Vi antar at utgangen av prioritetskoderen føres til et register som klokkes med en ekstern klokke, men at spenningsforsyningene må genereres på kortet. a) Forklar hva som må gjøres i OrCAD for å tegne skjemaet for kretskortet; det må gjøres rede for de forskjellige begrepene som bruk av skjemategningsprogrammet innebærer (hvordan får en tak i symboler, hvordan fås forbindelser, hvordan fås verdier etc.). b) Forklar forskjellen mellom DC Sweep og Time Domain (Transient) analyse for Pspice simulatoren. Hva vil du bruke disse to analysetypene til for A/D-omformeren i Oppgave 5? c) Forklar hva som må gjøres for å få lagt ut kretskortet med OrCAD Layout (når skjemaet tegnes med OrCAD Capture). Vi er her spesielt interessert i sammenhengen mellom symboler og fysisk utseende, konnektorer, definisjon av avstander, lederbredder etc. Oppgave 7 Vi ønsker å bruke en enkel zener regulator for å spenningsforsyne noen CMOS kretser, se figuren nedenfor. Anta en inngangsspenning på 10 V og en 500 mw zenerdiode med en zenerspenning på 5.1 V. Lasten representert ved motstanden R L kan antas å være variabel. a) Finn maksimal strøm gjennom zenerdioden og seriemotstanden R S når lasten ikke trekker noe strøm. b) Beregn størrelsen på R S gitt forutsetningene i punkt a. c) Hva blir maksimal tillatt strøm til lasten når det kreves en minimum strøm på 5 ma for zenerdioden? - 3 -

4 Oppgave 8 a) Forklar hva som må gjøres når du bruker Xilinx verktøyet for å kunne lage en trafikklysstyring der du bruker Xilinx s CPLD. Det forutsettes at hele eller deler av konstruksjonen skrives i VHDL og også skal simuleres. b) Forklar hva VHDL-filen gjengitt i Vedlegg 1 beskriver ved å tegne et skjema med angivelse av blokker, porter og signaler. c) Skissér testvektorene benyttet i Vedlegg 1. Hva brukes en testbenk til? - 4 -

5 Vedlegg 1 library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; use ieee.numeric_std.all; -- file generated by Knut Harald Nygaard entity testbench is end testbench; architecture behavioral of testbench is component circ port ( p1 : out std_logic; p2 : out std_logic; p3 : in std_logic; p4 : in std_logic; p5 : in std_logic ); end component; signal p1 : std_logic; signal p2 : std_logic; signal p3 : std_logic:='1'; signal p4 : std_logic; signal p5 : std_logic; begin uut : circ port map ( p1 => p1, p2 => p2, p3 => p3, p4 => p4, p5 => p5 ); process begin p4 <= '1'; wait for 10 ms; p4 <= '0'; wait for 10 ms; end process; p3 <= '0' after 15 ms; p5 <= 0, '1' after 40 ms; end;