Eksamen i emne TFE4110 DIGITALTEKNIKK MED KRETSTEKNIKK

Transkript

1 5.juni 2010 Side 1 av 17 NORGES TEKNISK- BOKMÅL NATURVITENSKAPLIGE UNIVERSITET Institutt for elektronikk og telekommunikasjon Faglig kontakt under eksamen: Bjørn B. Larsen / (Digitaldel) Ingulf Helland (Kretsteknikkdel) Eksamen i emne TFE4110 DIGITALTEKNIKK MED KRETSTEKNIKK Lørdag 5. juni 2010 Tid kl. 09:00 13:00 Tillatte hjelpemidler: D: Ingen trykte eller håndskrevne hjelpemidler er tillatt. Bestemt, enkel kalkulator tillatt. Sensuren faller: 26. juni 20010

2 5.juni 2010 Side 2 av 17 Oppgave 1 (30 %) a) De to nettverkene gitt nedenfor skal forenkles. Betrakt hvert av nettverkene inn på klemmene. Reduser motstandsnettverket til én enkelt resistans og angi størrelsen på denne. Reduser kondensatornettverket til én enkelt kondensator og angi størrelsen på denne.

3 5.juni 2010 Side 3 av 17 b) Gitt kretsen som er vist nedenfor Bryteren har stått i posisjon a i lang tid. Ved tiden t=0 slås bryteren over i posisjon b. Finn startverdi og sluttverdi for v c (t) etter at bryteren er slått over. OBS! Merk polarisasjon i spenningsangivelse på spenningskildene. Hva blir de to tidskonstantene for kretsen når bryteren står i henholdsvis posisjon a og når bryteren står i posisjon b. Hvor lang tid tar det før spenningen over kondensatoren, v c (t), har blitt 0 V etter at bryteren er slått over fra posisjon a til posisjon b? Skisser spenningen v c (t) for t 0.

4 5.juni 2010 Side 4 av 17 c) Gitt spolekretsen som vist nedenfor Sett opp differensiallikningen for strømmen gjennom spolen. (likningen skal ikke løses) Differensiallikningen kan generelt løses slik at strømmen kan uttrykkes i L (t) V S R I 0 V S e tt 0, der L /R R Strømmen gjennom spolen L ved tiden t = 0 er i dette tilfellet gitt ved i L (0) = 0. Hvordan blir uttrykket for spenningen v(t) over spolen? Skisser strømmen i(t) og spenningen v(t) i intervallet t til t 4. d) Gitt en krets med to kilder slik som vist nedenfor: Finn Thevenin-motstanden R Th, sett fra terminalene A-B. Finn Thevenin-spenningen V Th ved bruk av superposisjonsprinsippet (tips: nodespenningsmetoden kan være godt egnet for å finne bidraget fra spenningskilden). Tegn Thevenin-ekvivalenten sett fra terminalene A-B.

5 5.juni 2010 Side 5 av 17 Oppgave 2 (40 %) Nedenfor er gitt 20 spørsmål i form av 3 påstander eller svaralternativer A, B eller C. Bare en av påstandene er riktig. Kryss av for riktig svar A, B eller C i tabellen bak i oppgavesettet. OBS! Tabellsiden må leveres inn som en del av besvarelsen. Riktig svar gir 2 poeng, manglede svar gir 0 poeng, og galt svar gir -1 poeng. Flere svar på samme spørsmål regnes som manglende svar og gir 0 poeng. 1. Nedenfor er vist en elektrisk krets. Hva vil skje med strømmen gjennom R2 dersom det blir brudd i R4? R1 R3 R2 R4 A. Øke B. Minke C. Holde seg konstant 2. Forsterkningsfaktoren i den strømstyrte avhengige kilden i kretsen nedenfor er a = 0,5A/A. For at spenningen over 5 -motstanden i kretsen nedenfor da skal bli 15 V som angitt må V s være: A. 20 V B. 35 V C. 45 V 3. En lastmotstand er knyttet til terminalene på kretsen vist nedenfor. Den maksimale effekt levert til lasten fra dette nettverket er? A. 188 mw B. 500 mw C. 562 mw

6 5.juni 2010 Side 6 av Hvilken av påstandene A, B, eller C er riktig? 2200Ω 20V mA A. Strømkilden leverer effekt, mens spenningskilden forbruker effekt. B. Spenningskilden leverer effekt, mens strømkilden forbruker effekt. C. Begge kildene leverer effekt. 5. Vi ønsker å konstruere en krets med stabil spenning, lik zenerdiodespenningen, ut på V ut ved varierende last. V s er 1,5 ganger zenerspenningen til D Z. I hvilken av kretsene under er zenerdioden D Z koblet riktig? D z R 1 V s + - R 1 + V ut V s + - D z - + V ut - Alternativ A Alternativ B V s + - D z R 1 + V ut - Alternativ C A. Alternativ A B. Alternativ B C. Alternativ C

7 5.juni 2010 Side 7 av En sterkt forenklet modell av en inverter er som gitt i figuren nedenfor. Komponentene i kretsen setter en begrensning på hvor høy switche frekvens to slike invertere i serie kan operere korrekt på. Komponentverdiene i kretsen i dette tilfellet er: C p 10pF, C n 15pF, R p 10k og R n 5k. For å gjøre kretsen raskere lønner det seg å A. Gjøre R p = R n = 5 k B. Gjøre C n = C p = 10 pf C. Gjøre R p = R n = 10 k og C n = C p = 10 pf 7. Hvor stor må lastmotstanden R L over klemmene a b i kretsen vist nedenfor være for at spenningen over klemmene skal bli 24 V? A. 2 B. 6 C. 18

8 5.juni 2010 Side 8 av I kretsen vist nedenfor slår bryteren over i posisjon 1 ved tiden t = 0. Tidskonstanten når bryteren står i posisjon 1 er A. 2 ms B. 6 ms C. 8 ms 9. En spenningskilde gir ut et spenningssignal som er gitt ved v(t) 4 4 sin(2ft) V. Denne spenningen måles med et digitalvoltmeter som er innstilt på ac-måling. Voltmeteret vil da vise de følgende: A. 2,83 V B. 4 V C. 6,83 V 10. Under er vist et utsnitt av multimeteret med dets innganger koblet opp. Hvilken av disse oppkoblingene vil være riktig om vi ønsker å måle en strøm på 0,513 A med høyest mulig nøyaktighet? V Ω Hz MAX 1000V 750V! 1000V COM 10A ma + - V Ω Hz 10A MAX 1000V 750V! V COM ma + V Ω Hz MAX 1000V 750V! 1000V COM 10A ma - POWER POWER POWER Alternativ A Alternativ B Alternativ C A. Alternativ A B. Alternativ B C. Alternativ C

9 5.juni 2010 Side 9 av Hva er desimalverdien av (2)? Tallet er gitt på toerkomplement binær form. A (10) B (10) C (10) 12. Hva er oktalverdien av det hexadesimale tallet BADE (16)? A (8) B (8) C (8) 13. Du skal adressere 4 GB med data. Hvor mange bit må adressebussen ha for å kunne adressere alle dataene direkte? A. 16 bit B. 30 bit C. 32 bit 14. Du skal lage en paritets sjekker for et 5-bits tall. Det 5-bits tallet er satt sammen av 1 paritetsbit og 4 bit som er tallverdien. Det skal være et ulikt antall enere på de 5 bitene. Paritetsjekkeren skal gi ut en ener dersom pariteten er feil, det vil si at der er et partall med enere. Hvilken av disse funksjonene utfører en riktig paritetsjekk? A.,,,, F V W X Y Z V W X Y Z A B.,,,, F V W X Y Z V W X Y Z B C. F V, W, X, Y, Z V W V X V Y V Z C W X W Y W Z X Y X Z Y Z

10 5.juni 2010 Side 10 av Om tabellmetoden og Karnaughdiagram for forenkling av funksjoner. Hvilken påstand er feil? A. Tabellmetoden er den beste metoden for å forenkle funksjoner med mange innganger. B. Et Karnaughdiagram gir en god visuell beskrivelse av forenklingsmulighetene. C. Begge påstandene over er feil. 16. To av de tre uttrykkene under er likeverdige. Hvilket av de tre utrykkene (A, B eller C) er ikke likeverdig med de to andre? A. A,, B. B,, C.,, F X Y Z X Y X Y Y Z F X Y Z X Y X Y X Z F X Y Z X Y YZ X Z C 17. Nedenfor er vist tre kombinatorisk kretser. Hvilken av kretsene (A, B eller C) F X, Y 0,2 (sum av mintermer)? beskriver funksjonen A A. X Y B. F C. X Y F

11 5.juni 2010 Side 11 av Hvilken av funksjonene A, B eller C representerer Karnaugh-diagrammet til høyre? A. W X Y Z YZ WX X 1 1 B. F 01 X X 1 1 W X Y Z 10 X C. F 19. Hvilken funksjon er dette? W X Y Z F A.,,,, F W X Y Z X Z XYZ WY A B.,,,, F W X Y Z X ZXYZWY B C.,,,, F W X Y Z X ZXYZW Y C

12 5.juni 2010 Side 12 av Gitt FW, X, Y, Z 1,3,5,7,9 d 10,11,12,13,14,15 F? F W, X, Y, Z Z A. A B. B C. F W, X, Y, Z X Z F W, X, Y, Z W Z C, med don t care betingelsene. Hvilket av alternativene er en forenklet funksjon for

13 5.juni 2010 Side 13 av 17 Oppgave 3 (30 %) Du skal lage en styringsenhet for et trafikklys. Lyset skal styre en fotgjengerovergang som krysser en vei som vist i figur 3.1. Normaltilstanden for lyskrysset er at trafikken på veien kan passere. Det vil si at det lyser grønt for veien og rødt for fotgjengere. Dette er definert i tabellen som tilstand S0. Når en fotgjenger trykker på en bryter på en av sidene av veien skal trafikklyset starte en sekvens med å gi først gult og så rødt lys til veien før fotgjengerne får grønt. Etter en tid skal fotgjengerne få blinkende grønt lys før de får rødt lys og bilene får rødt og gult samtidig. Tilslutt går det tilbake til grønt for bilene og rødt for fotgjengerne. I forbindelse med denne sekvensen skal kontrolleren vente på en timerenhet som bestemmer hvor lenge de forskjellige lysene skal lyse. Denne timerenheten er ikke en del av oppgaven. Inngangssignalene vent_lys og vent_blink lages av denne enheten. Du kan forutsette at de finnes som beskrevet i tabellen under. Figur 3.1. Fotgjengerovergang Vei_rød Kryssing Vei_gul Vent_lys Vei_grønn Vent_blink F_rød Klokke F_grønn Figur 3.2 Symbol for tilstandsmaskinen Disse signalene er definert: Signal Retning Funksjon Verdi Aksjon Vei_rød Utgang Styrer det røde lyset for veien 0 Lyset er av. 1 Lyset er på. Vei_gul Utgang Styrer det gule lyset for 0 Lyset er av. veien. 1 Lyset er på. Vei_grønn Utgang Styrer det grønne lyset for 0 Lyset er av. veien. 1 Lyset er på. F_rød Utgang Styrer det røde lyset for 0 Lyset er av. fotgjengerne. 1 Lyset er på. F_grønn Utgang Styrer det grønne lyset for 0 Lyset er av. fotgjengerne. Kryssing Inngang Signal fra fotgjengere som vil krysse veien 1 Lyset er på. 0 Ingen trykker på knappen. 1 Knappen er inntrykt.

14 5.juni 2010 Side 14 av 17 Signal Retning Funksjon Verdi Aksjon Vent_lys Inngang Signal fra en timermodul som angir om ventetiden for et lys er ute. Ventetiden justeres automatisk av systemet. Vent_blink Inngang Signal som angir om ventetiden for blinkende grønt for fotgjengerne er ute. 0 Tiden er ikke ute. 1 Tiden er ute 0 Tiden er ikke ute. 1 Tiden er ute. Følgende utgangs- og nestetilstandstabell er satt opp for tilstandsmaskinen. Når det er angitt en X som inngangsverdi betyr det at verdien på det signalet er likegyldig i den situasjonen. Nåtilstand Utganger Innganger Neste tilstand Vei_rød Vei_gul Vei_grønn F_rød F_grønn Kryssing Vent_lys Vent_blink S S S X X S0 1 X X S1 X 0 X S1 X 1 X S2 X 0 X S2 X 1 X S3 S X X X S4 S S S S X 0 X S4 X 1 X S5 X 0 0 S5 X 1 0 S6 X X 1 S7 X 0 0 S6 X 1 0 S5 X X 1 S7 X 0 X S7 X 1 X S0 a) (2 %) Hvilken type tilstandsmaskin er dette? (Moore eller Mealy). Begrunn svaret ditt. b) (3 %) Tegn et blokkskjema som viser hvordan tilstandsmaskinen er oppbygd med innganger, utganger, register og logikk. I denne deloppgaven skal du ikke tegne logisk skjema.

15 5.juni 2010 Side 15 av 17 c) (4 %) Tegn et tilstandsdiagram for tilstandsmaskinen Bruk notasjonen til høyre. For å forenkle tegningen skal du bare ta med de utgangssignalene som har verdien 1. Eksempelet er angitt for tilstanden Tilstand der signalene Signal_1 og Signal_2 har verdien 1. Signal_3 er 0 og ikke med i diagrammet. Tilstand Signal_1 = 1 Signal_2 = 1 Betingelse d) (6 %) Bestem en tilstandstilordning der du lar alle tilstandene være representert med en binær verdi. Du skal tilstrebe at tilstandsmaskinen bruker minst mulig effekt på grunn av tilstandsendring. I dette tilfellet er det bitendring i tilstandsverdien som gir effekt. Definer et sett med tilstandsverdier som gir minimum bitendring totalt. Anta at alle overganger har samme sannsynlighet. Begrunn hvorfor løsningen du velger er en god løsning. e) (7 %) Bruk implikasjonstabellmetoden for å sjekke om noen av tilstandene i tilstandstabellen er ekvivalente. Forklar summarisk prinsippet for implikasjonstabellmetoden og hvorfor resultatet ditt blir som det blir. Om du finner ekvivalente tilstander, skal de slås sammen og du må tegne nytt tilstandsdiagram for den reduserte tilstandsmaskinen. f) (8 %) I en implementering av tilstandsmaskinen som ikke er optimal med hensyn på effekt er det brukt 1-hotkoding av tilstandene, som vist i tabellen under. Sett opp et uttrykk for signalet Vei_rød, og tegn et skjema med logiske porter. Du skal bruke så få transistorer som mulig for å danne signalet. Det er lagt ved en figur fra læreboken som viser antall transistorer for hver logisk port som er tilgjengelig. Ikkeoptimal tilstandstilordning Tilstand A B C D E F G H S S S S S S S S

16 5.juni 2010 Side 16 av 17 Tilgjengelige logiske funksjoner fra biblioteket:

17 Powered by TCPDF ( 5.juni 2010 Side 17 av 17 HUSK Å LEVER DETTE ARKET SOM DEL AV BESVARELSEN Kandidatnummer: Emnekode: Side: / Svartabell for oppgave 2: SPØRSMÅL NR.: A B C