Grad Didactic 1 Corectat Ghelesian Petru (1) [311262]

[anonimizat] I

COORDONATOR ȘTIINȚIFIC :

Prof. Dr. Ing. Lascu Mihaela

CANDIDAT: [anonimizat] 2019

Titlul lucrării:

Metode moderne interactive de predare a simulării circuitelor logice integrate în automatizări

Cuprins

Introducere

Motivația alegerii temei “METODE MODERNE INTERACTIVE DE PREDARE A SIMULĂRII CIRCUITELOR LOGICE INTEGRATE ÎN AUTOMATIZĂRI” [anonimizat].

Utilizarea instrumentelor software de predare în Electronica digitală bazată pe computer este o varianta disponibilă în prezent cu scopul de a oferi soluții problemelor de logică digitală.

Avem astfel acces la o suită de platforme de simulare logice precum:

WinLogiLab (Computer-[anonimizat]) http://www.hakasoft.com.au/winlogilab,

Dc Ac lab software (https://dcaclab.com/sl/lab),

Circuit Maker 2000 (https://circuitmaker.com/)

Arduino platform (https://create.arduino.cc/)

National Instruments (https://www.ni.com/ro-ro.html)

Spice software

(http://www.electronics-lab.com/downloads/circutedesignsimulation/?page=5)

Circuit lab https://www.circuitlab.com/

Platformele electronice reprezintă instrumentul pe care orice producător de componente electronice îl așteaptă și ele sunt concentrate în comunitatea digitală.

Soft-[anonimizat].

Specialiștii în electronică de la CircuitMaker au o [anonimizat] a unui „barebones tool” pentru cei care aspiră să fie "mad engineers".

Tutorialele combinatoriale prezintă pașii de proiectare inițiali: [anonimizat], [anonimizat]-un mod perfect.

[anonimizat]-urile de simulare pot proiecta contoare simple de stare finită și pot modela cele mai complexe automate finite de stare.

Termenii cheie pentru Circuit Maker 2000 utilizați în cadrul lucrării de grad 1 sunt: [anonimizat]-[anonimizat], [anonimizat], software-[anonimizat].

[anonimizat], playere multimedia oferă suport profesorilor de astăzi pentru a [anonimizat]. Astăzi, [anonimizat].

Acum, [anonimizat], dintr-o [anonimizat].

Pentru a ilustra, într-o clasă, [anonimizat]-un sistem de afișare pe un ecran mare.

[anonimizat], un student: [anonimizat], predarea și învățarea au apărut într-o [anonimizat], până la educația în aer liber, la clasa "tradițională" cu tablă și cretă, la sala de clasă computerizată, cunoscută și ca sala de clasă electronică.

Fiecare dintre aceste medii oferă o perspectivă unică asupra învățării și fiecare dintre ele a fost considerat un forum valid pentru educație.

Cu toate acestea, pe măsură ce ajungem în secolul al XXI-lea, ne găsim echipați cu o multitudine de instrumente computerizate, inclusiv clasă electronică, disponibile pentru educație, care se dovedesc a fi foarte utile în condițiile actuale.

Termenul de "clasă electronică" poartă o varietate de semnificații. Acesta a fost folosit pentru a indica o cameră separată, care este echipată cu dispozitive electronice pentru instruire.

Cu alte cuvinte, este o cameră cu computere și dispozitive multimedia. În sens larg, un mediu de clasă electronică este capabil să susțină procesul de predare și învățare într-o sală de clasă.

Dar pentru a oferi un astfel de mediu sala de clasă electronică trebuie să aibă o combinație între următoarele elemente: o stație de lucru pentru calculator, pentru instructor; un sistem multimedia capabil să prezinte o varietate de informații elevilor (de exemplu, text, grafică, animație, audio și video); o bază de date cu materiale educaționale în cadrul clasei, o stație de lucru pentru fiecare elev; o rețea locală care permite comunicarea între toate stațiile de lucru și un aranjament pentru vizualizarea și partajarea imaginilor de pe ecran; un sistem care asigură stocarea, partajarea și transferul documentelor; un sistem de telecomunicații care să lege clasa de resursele educaționale externe.

Configurația multimedia în sala de clasă electronică este o colecție de computere și echipamente audio-vizuale, deseori coordonate de unul sau două panouri de control.

Această configurare permite instructorului posibilitatea de a folosi diverse dispozitive pentru a prezenta informații elevilor. De asemenea, oferă elevilor multe modalități diferite de a învăța.

Proiectarea circuitului elementar de logică digitală, circuit pregatit de predare poate fi o provocare pentru că elevii din domeniul ingineriei electrice adesea nu își găsesc relația directă între cauză și efect, lucru care poate fi văzut, de exemplu, în experimentele de inginerie mecanică.

Durabilitatea Software Circuit Maker 2000 se află în valoarea sa pedagogică, prezentând începătorilor legătura dintre algebra booleană și circuitele logice digitale finalizate într-un mediu complet integrat și confortul de a fi compatibil cu MS-Windows.

În cadrul studiului modulelor de Electronică Digitală, elevii trebuie să înțeleagă conceptele de proiectare logică digitală.

Elevii dobândesc cunoștințele despre cum să proiecteze inițial un circuit logic digital, permițându-le să rezolve, de exemplu, următoarea problemă a vieții reale: necesitatea de a active o alarmă în situația spargerii unui geam în prezența unui intrus, existența unor tampoane de presiune pentru și să existe posibilitatea de afișare a orei în momentul detecției mișcării.

Cu toate acestea, alarma nu trebuie să se activeze dacă o persoană avizată intră pe ușă, detectată fiind de către senzorul de mișcare.

CAPITOLUL 1. CADRUL TEORETIC

Sisteme digitale și analogice

1.1 Circuite analogice versus circuite digitale

Circuitele analogice sunt acelea în care tensiunile și curenții variază continuu în intervalul dat [1], [2], [3]. De exemplu, tensiunea de ieșire la un amplificator audio poate varia între -10V și +10 V într-un moment dat de timp.

Alte exemple de circuite analogice includ generatoare de semnal, emițătoare și receptoare de radiofrecvență, circuite de putere, controlere de viteză ale motoarelor, etc.

Pe de altă parte, un circuit digital este acela în care nivelele de tensiune presupun un număr finit de valori distincte.

Un circuit digital este un circuit în care semnalul trebuie să fie unul dintre cele două nivele discrete. Fiecare nivel este interpretat ca unul din două stări diferite (de exemplu, on / off, 0/1, true / false).

Circuitele digitale utilizează tranzistori, pentru a crea porți logice, pentru a realiza logica booleană [1], [2], [3].

Această logică reprezintă temelia electronicii digitale și a procesării informatice.

Circuitele digitale sunt mai puțin sensibile la zgomot sau la degradarea calității decât circuitele analogice.

De asemenea, este mai ușor să efectuăm detectarea erorilor și corectarea semnalelor digitale.

Circuitele digitale sunt adesea denumite circuite de comutare de la o valoare la alta instantaneu.

Circuitele digitale sunt de asemenea denumite circuite logice, deoarece fiecare tip de circuit digital se supune unui set de reguli logice.

Sistemele digitale sunt utilizate în special în calculul și procesarea datelor, controlul sistemelor, comunicații și măsurători.

Sistemele digitale au un numar mare de avantaje în comparație cu sistemele analogice:

Sistemele digitale pot fi proiectate cu ușurință;

Circuitele de comutare în care folosim doar 2 nivele a tensiunilor, HIGH și LOW, sunt ușor de proiectat;

Valorile numerice exacte ale tensiunilor nu sunt importante pentru că au doar semnificație logică; numai domeniul în care acestea se încadrează este important;

Sistemele digitale sunt mult mai exacte și mai precise decât sistemele analogice, deoarece sistemele digitale pot fi ușor extinse pentru a manipula mai multi biți prin adăugarea mai multor circuite de comutare;

Sistemele digitale sunt mai versatile;

Este destul de ușor să proiectezi sisteme digitale. Operația este controlată de un set de instrucțiuni stocate numit program;

Ori de câte ori operațiunea sistemului trebuie schimbată, se poate realiza cu ușurință prin modificarea programului;

Circuitele digitale sunt mai puțin afectate de zgomot.

În sistemele analogice, semnalele au semnificație numerică, deci proiectarea lor este mai complexă. Proprietățile sistemelor analogice sunt următoarele:

Stocarea informațiilor este ușoară;

Există multe tipuri de memorii semiconductoare și magnetice de capacitate mare, care pot stoca date pe perioade de timp atăt cât este necesar;

Acuratețea și precizia sunt mai mari;

Sistemele analogice vor fi destul de complexe și costisitoare pentru aceeași precizie;

Chiar dacă sistemele analogice pot fi de asemenea programate, varietatea operațiunilor disponibile este sever limitată.

Semnalele electrice nedorite se numesc zgomote. Zgomotul este inevitabil în orice sistem.

Deoarece în sistemele analogice valorile exacte ale tensiunii sunt importante, iar în sistemele digitale este importantă numai gama de valori, efectul zgomotului este mai sever în sistemele analogice.

În sistemele digitale, zgomotul nu este critic atâta timp cât nu este suficient de mare pentru a ne împiedica să distingem un HIGH de LOW.

Mai multe circuite digitale pot fi fabricate pe IC chips-uri.

Fabricarea IC-urilor digitale este mai simplă și mai economică decât cea a IC-urilor analogice.

Densitățile mari ale integrării rezistoarelor de precizie, inductoarelor și transformatoarelor pot fi realizate mai ușor în circuitele integrate digitale decât în ​​IC-uri analogice, deoarece design-ul digital nu necesită condensatori cu valoare ridicată, rezistențe de precizie, inductoare și transformatoare.

1.2 Nivelele logice și forma de undă a impulsurilor

Sistemele digitale folosesc sistemul binar de numere. Prin urmare, dispozitivele cu două stari sunt utilizate pentru a reprezinta cele două cifre binare 1 și 0 cu două nivele de tensiune diferite, numite HIGH și LOW [2].

În cazul în care nivelul HIGH este utilizat pentru a reprezenta 1 și nivelul LOW pentru a reprezenta 0, sistemul se numește sistem logic pozitiv.

Pe de altă parte, dacă nivelul HIGH reprezintă 0 și nivelul LOW reprezintă 1, sistemul se numește sistem logic negativ.

În mod normal, binarul 0 și 1 sunt reprezentate de nivelurile de tensiune 0V și +5 V. Astfel, într-un sistem logic pozitiv, 1 este reprezentat de + 5 V (HIGH) și 0 este reprezentat de 0 V (LOW); iar într-un sistem logic negativ, 0 este reprezentat de + 5 V (HIGH) și 1 este reprezentat de 0 V (LOW).

Atât logica pozitivă cât și cea negativă sunt utilizate în sistemele digitale, dar logica pozitivă este mai des întâlnită. Din acest motiv, voi folosi doar sistemul logic pozitiv in această lucrare.

De obicei, orice tensiune între 0 V și 0.8 V reprezintă „0” logic și orice tensiune între 2 V și 5 V reprezintă „1” logic.

Semnalele de intrare/ieșire se încadrează într-unul dintre aceste intervale, cu excepția tranziției de la un nivel la altul. Intervalul cuprins între 0,8 V și 2 V se numește domeniu nedeterminat. În cazul în care semnalul cade între 0,8 V și 2 V, răspunsul nu este previzibil.

Circuitele digitale sunt concepute pentru a răspunde predictibil la tensiunile de intrare, care sunt în interiorul unui interval specificat.

Aceasta înseamnă că valorile exacte ale tensiunilor nu sunt importante și circuitul dă același răspuns pentru toate tensiunile de intrare în gama permisă, adică o tensiune de 0V dă același răspuns ca o tensiune de 0,4 V sau 0,6 V sau 0,8 V, și similar, o tensiune de 2 V dă același răspuns ca o tensiune de 2,8 V sau 3,6 V sau 4,7 V sau 5 V.

În circuitele și sistemele digitale, nivelele de tensiune se schimbă în mod normal înainte și înapoi între starile HIGH și LOW. Deci, impulsurile sunt foarte importante în funcționarea lor.

Un impuls poate fi un impuls pozitiv sau un impuls negativ. Un singur impuls pozitiv este generat atunci când în mod normal, tensiunea LOW merge la nivelul său HIGH și apoi se întoarce la nivelul său normal scăzut.

Un singur impuls negativ este generat atunci când tensiunea devine HIGH, scade la nivelul său LOW și apoi se întoarce la nivelul său normal HIGH.

Remarcăm fronturile crescător/descrescător ale impulsurilor și perioada de repetiție T=tw(H)+tw(L).

Fig.1.1. Reprezentare impuls pozitiv și negativ.

Timpul de creștere este timpul necesar ca un semnal să treacă printr-un prag de tensiune mai scăzut, urmat de un prag de tensiune superioară specificat ( t10-90 ).

Acesta este un parametru important atât în ​​sistemele digitale, cât și în cele analogice.

În sistemele digitale se descrie cât timp parcurge semnalul în starea intermediară între cele două nivele logice valide.

În sistemele analogice se specifică timpul necesar ca ieșirea să crească de la un nivel specificat la altul atunci când intrarea are un timp de creștere zero.

Aceasta indică cât de bine păstrează sistemul o tranziție rapidă în semnalul de intrare.

Fig.1.2. Definirea timpului de creștere.

Timpul de cădere (tf -fall time) este timpul necesar scăderii amplitudinii unui impuls pentru de la o valoare specificată (de obicei 90% din valoarea maximă) la o altă valoare specificată de obicei 10 % din valoarea maximă).

Timpul de creștere și timpul de cădere pentru un impuls dat diferă în general.

Fig.1.3. Definirea timpului de creștere și de cădere.

1.3 Funcțiile logicii digitale

Multe operațiuni pot fi efectuate prin combinarea de porți logice și flip-flops.

Unele dintre cele mai multe operațiuni comune sunt operațiunile aritmetice, comparația, conversia codurilor, codificarea, decodarea, multiplexarea, demultiplexarea, deplasarea biților, numărarea și memorarea.

1.3.1 Operatii Aritmetice

Operațiunile aritmetice de bază sunt adunarea, scăderea, multiplicarea și divizarea.

Funcționarea aritmetică a adunării este realizată de un circuit logic digital numit sumator (adder).

Un sumator este un circuit digital care efectuează adunarea numerelor. În multe computere și alte tipuri de procesoare se folosesc adunări în unitățile logice aritmetice sau în unitățile de tip ALU.

Ele sunt de asemenea folosite în alte părți ale procesorului, unde sunt folosite pentru a calcula adresele, indicatorii de tabel, operatorii de creșteri și reduceri și operații similare.

Fig.1.4. Sumator (adder).

Funcția sa este de a aduna două numere (A) și (B) cu un input de transport (Cin); și generează un termen (S) de sumă și un termen de ieșire pentru transport (Cout).

Funcționarea aritmetică a scăderii poate fi efectuată de un circuit logic digital numit scăzător (subtractor).

Funcția sa este de a scădea din descăzut (A) scăzătorul (B), având în vedere împrumuturi de intrare (BI) și pentru a genera un termen de diferență (D) și un termen de ieșire de împrumut BO (Boorow output term).

Fig.1.5 Scăderea binară

Funcționarea aritmetică a multiplicării poate fi realizată printr-un circuit logic digital numit multiplicator, funcția sa este de a multiplica un multiplicand (A) cu multiplicatorul (B) și de a genera termenul produsului (P).

Deoarece multiplicarea este pur și simplu o serie de completări cu schimbări în poziții dintre produsele parțiale, acesta poate fi efectuată cu ajutorul unui adder.

Fig. 1.6 Multiplicarea binară

Funcționarea aritmetică a divizării poate fi efectuată de un circuit logic digital numit

divizor. Divizarea poate fi, de asemenea, efectuată de către un adder în sine, deoarece divizarea implică o serie de scăderi, comparații și schimburi.

Funcția sa este de a împărți dividendul (A) cu divizorul (B) și generează un termen cât (Q) și un termen rest (R).

Exemplu1, [1] Multiplicarea binară fig. 1.7: Binary input digits 6, 4.

Binary Product 24.

Exemplu2, [1] Divizarea binară fig. 1.8: Binary input digits 30, 4.

Binary Cât 7.

Rest 2.

Fig. 1.7 Schema bloc Multiplicarea binară

Fig. 1.8. Schema bloc. Divizarea binară

1.3.2 Codarea

Codarea este procesul de conversie a unui număr sau a unui simbol familiar într-o formă codificată. Codificatorul este un dispozitiv digital care primește cifre (zecimale, octale etc. ), sau alfabete, sau simboluri special și le transformă în codurile lor binare.[7]

Fig. 1.9. Codarea/Decodarea

Decodarea este o operațiune inversă de codare. Un decodor convertește informații

codate binar (A,B,C) și le transferă ieșirilor unice, ca cifre zecimale, cifre octale etc.

În fig. 1.10 se prezintă codarea binară octal digit 6 to binary 110. [1].

Fig. 1.10 Codarea binară

În fig. 1.11 se prezintă decodarea binară 110 digit to octal 6. [1]

Fig. 1.11 Decodarea binară

1.3.3 Multiplexorul (MUX) / Demultiplexorul (DMUX)

MUX selectează o intrare de la intrările multiple și o redirecționează către linia de ieșire prin linia de selecție. Cele m linii de date de intrare sunt controlate de n linii de selecție.

În fig. 1.12 se prezintă schema bloc MUX 4:1 (a), respectiv tabela de adevăr (b).

Fig. 1.12 Schema bloc MUX 4:1 (a); Tabela de adevăr (b)

În fig. 1.13 se prezintă funcționarea MUX 8:1 cu intrările I7=HIGH, I0, I1, …I6=LOW.

Cele 8 linii de date sunt controlate de cele 3 linii de selecție (S2=HIGH, S1=HIGH, S0=HIGH). Se selectează așadar la ieșirea Y intrarea I7=HIGH, aspect pus în evidență de Logic Display, L1=HIGH

Fig. 1.13 Funcționare MUX 8:1

Acțiunea sau funcționarea unui demultiplexor este opusă celei a multiplexorului.

Ca invers la MUX, DEMUX-ul este un circuit ce preia o singură intrare și o distribuie la mai multe ieșiri. Cu ajutorul unui demultiplexor, datele binare pot fi transmise la una din multele linii de date de ieșire.

Schema bloc DMUX1:4 se prezintă în fig. 1.14. în care intrarea este Din, ieșirile DMUX sunt Y0, Y1, Y2, Y3, controlate de cele 2 linii de selecție, S1, S2.

Fig. 1.14 Schema bloc DMUX 1:4

Un circuit logic folosit pentru a compara două cantități și pentru a da un semnal de ieșire care indică dacă cele două cantități de intrare sunt egale sau nu și care arată care dintre ele este mai mare, se numește comparator.

În fig. 1.15 se prezintă funcționarea unui comparator binar. HIGH nivel indică ca A>B ( 8>4).

Fig. 1.15 Schema bloc comparator

1.3.4 Memorarea biților

Stocarea și transferul informațiilor este esențial în sistemele digitale. Circuitele digitale utilizate pentru stocarea temporară și transferul de informații (date) se numesc registre.

Registrele au elemente numite flip-flops.

Fig. 1.16 indică schimbarea sau încărcarea datelor într-un registru format din patru flip-flops.[1].

După fiecare puls de ceas, bitul de intrare este mutat în primul flip-flop și conținutul fiecărui flip-flop este mutat la flip-flopul din dreapta.

Fig.1,17 arată trecerea de date în registru. Conținutul ultimului flip-flop este deplasat out și este pierdut. [1].

Fig. 1.16. Memorarea datelor binare

Fig. 1.17. Transferarea datelor binare

Deplasarea informației se poate face într-un singur sens sau în ambele sensuri.

Înscrierea informației în registru se poate face serial (bit după bit, toți biții cuvântului de n biți) sau paralel (cei n biți se scriu simultan în registru).

Citirea registrului se poate face serial (bit după bit) sau paralel (toți biții simultan).

1.3.5 Numărarea biților

Operațiunea de numărare a impulsurilor este foarte importantă în sistemele digitale. Un circuit logic folosit pentru a număra numărul de impulsuri introduse la el, este numit numărător.

Numărătoarele sunt circuite logice secvențiale utilizate pentru contorizarea (numărarea și memorarea) impulsurilor aplicate la intrările acestora.

Numărătoarele nu au intrări de date, tranzițille se efectuează după o anumită regulă într-o anumită ordine, fixată prin construcția numărătorului, în ritmul unui semnal de tact(clock).

Pentru a contoriza, contorul trebuie să-și amintească numărul prezent, astfel încât să poată merge la următorul număr corespunzător din secvență atunci când vine următorul impuls.

Așadar, elementele de stocare, adică flip-flops, sunt folosite pentru a construi numărătorul.

Caracteristica principală a unui numărător este capacitatea de numărare adică numărul maxim de stări distincte ale numărătorului Nmax.

Numărul maxim de stări distincte și stabile ale unui numărator format din n bistabile este Nmax = 2n, deci numărătorul este modulo 2n.

În fig. 1.18 se prezintă funcționarea unui Numărător asincron cu 4 bistabile, numărul stărilor dinamice fiind m=24=16. Bascularea are loc pe frontal descrescator al clock-ului.

Bistabilele funcționează în regim de divizor de frecvență.

Fig. 1.18 Numărător asincron (a); diagram de impulsuri (b)

1.3.6 Divizarea frecvențelor

Un contor poate fi, de asemenea, utilizat pentru a efectua împărțirea frecvenței. Pentru a împărți un semnal de frecvență f cu N, semnalul este aplicat unui contor mod-N. Ieșirea contorului va avea frecvența f / N.

Fig. 1.19 Divizarea frecvențelor

1.3.7 Transmiterea datelor

Una dintre cele mai comune operațiuni care au loc în orice sistem digital este transmiterea de informații (date) dintr-un loc în altul.

Distanțele peste care informațiile sunt transmise pot fi foarte mici sau foarte mari.

Informațiile transmise sunt în formă binară, reprezentând tensiuni la ieșirile unui circuit de expediere la care sunt conectate intrările unui circuit de recepție.

Există două metode de bază pentru transmiterea informațiilor digitale: paralel și în serie. În transmisia paralelă de date, toti biții sunt transmiși simultan.

Deci, o linie de conexiune este necesară pentru fiecare bit. Deși transmisia de date este mai rapidă, numărul de linii utilizate între transmițător și receptor este mai mare.

Prin urmare, acest sistem este complex și costisitor.

Pe de altă parte, în transmisia în serie, informația este transmisă bit-by-bit.

Deci, doar o linie de conectare este suficientă între transmițător și receptor.

Prin urmare, o transmisie serială de date e mai simplă și mai ieftină, dar mai lentă.

Compromisul principal între transmisiile paralel și transmisiile seriale este, prin urmare, unul de viteză versus simplitate de circuit.

Fig. 1.20. Transmitere de date prin interfață paralelă

Fig. 1.21. Transmitere de date prin interfață serială

2. Sisteme numerice și coduri

2.1 Sisteme numerice

Un computer, ca toate mașinile digitale, utilizează două stări pentru a reprezenta informații. Aceste două stări sunt date simbolurilor 0 și 1.

Este important să ne amintim că aceste “0” și “1” sunt simboluri pentru cele două stări și nu au semnificații numerice inerente ale lor.

Aceste două cifre sunt numite cifre binare (biți) și pot fi folosite pentru a reprezenta numerele de orice magnitudine.

Microcomputerul efectuează toate operațiile aritmetice și logice interne folosind numere binare.

Deoarece numerele binare sunt lungi, o formă mai compactă folosind un alt sistem de numere este de preferat să le reprezinte.

Utilizatorul computerului consideră că este convenabil a lucra cu această formă compactă, de exemplu sistemul hexazecimal.

2.2 Reprezentarea generală a unui număr

2.2.1 Sistemul zecimal de numerație

Sistemul zecimal de numerație are 10 cifre ( 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9).

Fiecare poziție a cifrei are o pondere ce este o putere a lui 10.

Baza sau rădăcina este 10.

Exemple:

234=2×102+3×101+4×100.

250.67=2×102+5×101+0x100+6×10-1+7×10-2.

2.2.2 Sistemul binar de numerație

Sistemul binar de numerație are 2 cifre ( 0,1).

Fiecare poziție a cifrei are o pondere ce este o putere a lui 2.

Baza sau rădăcina este 2.

Exemplu:

110=1×22+1×21+0x20.

101.01=1×22+0x21+1×20+0x2-1+1×2-2.

2.2.3 Sistemul octal de numerație.

Sistemul octal de numerație are 8 cifre ( 0,1,2,3,4,5,6,7).

Fiecare poziție a cifrei are o pondere ce este o putere a lui 8.

Baza sau rădăcina este 8.

Exemplu:

621.03=6×82+2×81+1×80+0x8-1+3×8-2.

2.2.4 Sistemul hexazecimal de numerație

Sistemul binar de numerație are 16 simboluri ( 0,1,2,3,4,5,6,7, 8,9, A. B, C, D, E, F).

Fiecare poziție a simbolului are o pondere ce este o putere a lui 16.

Baza sau rădăcina este 16.

Exemplu:

6AF.3C=6×162+10×161+15×160+3×16-1+12×16-2.

2.2.5 Conversia binar-zecimal

Exemplu:

1010112=1×25+0x24+1×23+0x22+1×21+1×20=4310.

.01012=0x2-1+1×2-2+0x2-3+1×2-4=.312510.

101.112=1×22+0x21+1×20+1×2-1+1×2-2=5.7510.

2.2.6 Conversia zecimal-binar

a) Numere întregi. Algoritm de conversie.

Împărțim în mod repetat numărul dat la 2, și mergem mai departe acumulând resturile, până când numărul devine zero. Aranjăm resturile în ordine inversă. Acest lucru este exemplificat în fig. 1.22

Fig. 1.22 Conversia zecimal binar numere întregi

b) Numere fracționare. Algoritm de conversie.

Multiplicăm în mod repetat fracția dată cu 2. Se acumulează partea întreagă (0 sau 1). Dacă partea întregă este 1, o decupăm. Aranjăm componentele întregi în ordinea în care sunt obținute.

(0.634)10=(0.10100…)2.

0.634×2=1.268

0.268×2=0.536

0.536×2=1.072

0.072×2=0.144

0.144×2=0.288

2.2.7 Conversia binar- hexazecimal

a) Pentru partea întreagă.

Scanăm numărul binar de la dreapta la stânga. Convertim fiecare grup de patru biți în cifra hexadecimală corespunzătoare. Se adaugă zerouri principale, dacă este necesar.

b) Pentru partea fracționată.

Scanează numărul binar de la stânga la dreapta. Convertim fiecare grup de patru biți în cifra hexadecimală corespunzătoare. Se adaugă zerouri de urmărire, dacă este necesar.

Exemplu: (1011 0100 0011)2=(B43)16.

2.2.8 Conversia hexazecimal-binar

Translatăm fiecare cifră hexazecimală în cei 4 biți binari echivalenți.

Exemplu:(3A5)16=(0011 1010 0101)2.

3. Coduri binare

3.1 Coduri ponderate

Câteva coduri ponderate sunt prezentate în tabelul de mai jos.

În codul 8421, cuvintele de cod sunt numere succesive în sistemul binar natural și din acest motiv, codul se mai numește cod zecimal-binar natural (NBCD)

Codurile 2421 si 4221 au pentru primele 4 cifre zecimale aceeași ieșire ca și codul 8421.

Codul pentru 5 se obține inversând codul pentru 4; la fel se obține 6 din 3, 7 din 2, 8 din 1 si 9 din 0.

Codurile cu această proprietate se numesc coduri autocomplementare.[5].

Fig. 1.23 Coduri autocomplementare

La https://codebeautify.org/all-number-converter putem realiza online diverse conversii numerice.

3.2 Coduri neponderate.

Exemple de coduri neponderate sunt:

codul binar reflectat

codul 8421 cu bit de paritate

codul exces 3

codul 2 din 5

Codul "binar reflectat" se obtine prin "reflectări repetate" a codurilor pe n-1 ranguri, adăugând biți 0 într-unul din domenii și biți 1 în celălalt domeniu (cele 2 domenii sunt separate prin planul de oglindire).

Exemple de coduri "binar reflectate" sunt codul Gray și codul Gray închis.

Codul Gray prezintă proprietatea de adiacență: trecerea de la o cifră zecimală la următoarea se face prin modificarea unui singur bit din cuvântul de cod.

Acest cod este util în cazul mărimilor ce cresc succesiv. în mediile puternic influențate de zgomot, verificarea transmiterii corecte a informațiilor se face prin folosirea codurilor detectoare de erori.

În codul 8421 cu bit de paritate, fiecare cuvânt de cod are un număr par sau impar de 1. La emisie se adaugă un bit 1 sau un bit 0 astfel încât numărul de biți 1 să fie par sau impar. La recepție se numără biții 1, numărul acestora putând indica dacă au apărut erori constând în modificarea unui număr impar de biți din structura binar.

Codul exces 3 se obtine din codul 8421 la care se adună 3 = 0011.

În acest fel se poate face distincție între 0 lipsa (zero este codificat prin 0011 nu prin 0000, fiind numit uneori, zero viu").

Codul 2 din 5 se caracterizează printr-un cuvânt de cod de 5 biți, din care numai doi sunt 1. Se realizează astfel o unicitate a reprezentării deoarece numai 10 din cele 32 de configurații posibile pe 5 satisfac această condiție.

Prin folosirea acestui cod se pot detecta erorile multiple apărute la transmiterea informației.

Principalele coduri neponderate sunt prezentate în fig, 1.24.

Alte tipuri de coduri sunt codurile detectoare de erori codurile corectoare de erori, care, pe lângă detecția erorilor asigură și corectarea lor.

3.3 Coduri ponderate particulare

Codul ponderat 8421 este cel mai răspândit fiind particularizat pentru reprezentarea cifrelor în diverse baze de numerație.

Deoarece fiecare bit are ponderea numărului în binar cuvintele de cod sunt chiar numerele succesive în sistemul binar natural, acest cod se mai cod zecimal binar natural (NBCD, Natural Binary Coded Decimal).

El cuprinde cifrele binare de la 0 la 10. Atunci când codifică toate combinațiile binare pe 4 biti este numit cod BCD (Binary Coded Decimal).

În funcție de baza de numerație a numărului care trebuie codificat putem avea alte tipuri de coduri (octal-binar, hexazecimal-binar).

Codul octal-binar realizează corespondența biunivocă între cifrele sistemului de numerație în baza 8 și triadele binare succesive.

Codul hexazecimal-binar realizează corespondența biunivocă între cifrele sistemului de numerație în baza 16 tetradele binare succesive corespunzătoare.

Fig. 1.24 prezintă principalele coduri binare uzuale.[5].

Fig. 1.24 Coduri neponderate

3.4 Coduri alfanumerice

În cazul acestor coduri, mulțimea X a informațiilor primare este formată din cifre, litere, semne ortografice, comenzi speciale, denumite în general caractere.

Codificarea datelor alfanumerice este necesară pentru vehicularea diferitelor mesaje.

Trebuie codificate minim 88 caractere distincte (2 x 6 litere, 10 cifre, 26 de caractere speciale), deci sunt necesari minimum 7 biți.

Cel mai răspândit cod alfanumeric este codul ASCII (American Standard Code for Information Interchange).

Codul ASCII codifică 128 de caractere (cele 52 de litere, majuscule minuscule, ale alfabetului englez, cele 10 cifre zecimale, caractere special, caractere de comandă).

Codul EBCDIC (Extended Binary Coded Decimal Interchange Code) codifică 136 de caractere. Există caractere ASCII care nu au corespondent invers.

Codul ASCII, datorită succesiunii caracterelor majuscule minuscule, poate fi utilizat pentru ordonări alfabetice.[1]

Exemplu:

Caracterul ,?" în ASCII are codul 3F iar în EBCDIC are codul 6F.

De asemenea, caracterele “0", “A", “a" au reprezentările în ASCII cf. fig.1.25:

0=0110000,

A=1000001,

a=1100001.

Fig. 1.25 Codul ASCII

Abbreviations

ACK Acknowledge

BEL Bell

BS Backspace

CAN Cancel

CR Carriage return

DC1 Direct control 1

DC2 Direct control 2

DC3 Direct control 3

DC4 Direct control 4

DEL Delete

DLE Data link escape

EM End of medium

ENQ Enquiry

ENQ Enquiry

EOT End of transmission

ESC Escape

ETB End of transmission block

EXT End of text

FF Form feed

FS Form separator

GS group separator

HT Horrizontal tab.

LF Line feed

NAK Negative acknowledge

NUL Null

RS Record separate

SI Shift in

SO Shift out

SOH Start of heading

STX Start text

SUB Substitute

SYN Synchronous idle

US Unit separator

VT Vertical tab.

Porți logice

Porțile logice sunt elementele fundamentale ale sistemelor digitale.

Numele de poartă logică este derivat din abilitatea unui astfel de dispozitiv de a lua decizii, în sensul că porțile logice produc un nivel de ieșire atunci când sunt prezente anumite combinații de niveluri la intrare și un nivel de ieșire diferit atunci când sunt prezente alte combinații de niveluri la intrare. Sunt doar trei tipuri de porți de bază AND, OR și NOT.

Faptul că computerele sunt capabile să efectueze operațiuni logice foarte complexe, rezultă din modul în care aceste porți elementare sunt interconectate.

Interconectarea porților pentru a efectua o varietate de operațiuni logice se numeste design logic. Intrările și ieșirile porților logice pot apărea doar în două niveluri.

Aceste două niveluri sunt numite HIGH și LOW, TRUE și FALSE, sau ON și OFF, sau pur și simplu 1 și 0.

Un tabel care enumeră toate combinațiile posibile de variabile de intrare și combinațiile corespunzătoare la ieșiri se numește tabel de adevăr.

Acesta arată modul în care ieșirea circuitului logic răspunde la diferite combinații de niveluri logice la intrări. Logica de nivel poate fi logică pozitivă sau logică negativă.

Un sistem logic pozitiv este cel în care cel mai mare dintre cele două niveluri de tensiune reprezintă nivelul logic 1 și cel mai jos din cele două niveluri de tensiune reprezintă logic 0. Un sistem logic negativ este cel în care cea mai mică dintre cele două niveluri de tensiune reprezintă logic 1 și cea mai mare dintre două nivele de tensiune reprezintă logic 0. În logica tranzistorului-tranzistorului (TTL, cele mai familia logică utilizată pe scară largă), nivelurile de tensiune sunt de 5 V( logic 1) și 0 V( logic 0).

Fig. 1.26 Simboluri porți logice/tabele de adevăr

4.1 Poarta logică “ȘI”, “AND”.

Funcția “ȘI” logic are următoarea interpretare: – dacă cel puțin una din intrări se află în 0 logic, atunci ieșirea este în 0 logic – dacă ambele intrări sunt în 1 logic atunci ieșirea va fi în 1 logic. Ecuația booleană AND: f=x·y

Fig. 1.27 Simbol poarta AND/ Tabela de adevăr AND

În fig.1.28 se prezintă circuite AND seria TTL versus seria CMOS 4000 iar în fig. 1.29 structura interioară CI.

Fig. 1.28 Circuite AND seria TTL versus seria CMOS 4000

Fig. 1.29 Structura interioara CI: MMC 4081, SN7408, SN 7411

4.1.1 Circuit de simulare a porții logice “AND”.

Poarta logică AND este supusă tuturor posibilităților logice la intrare (00, 01, 10, 11). Pentru determinarea nivelului logic de ieșire se foloseste un LED cf. fig. 1.30.

Situația intrărilor A=B=1 logic este prezentată în fig. 1.31

Fig. 1.30 Schema electronică de simulare AND

Fig. 1.31 Schema electronică de simulare AND cu software Circuit Maker 2000

Ca și poarta AND standard cu două intrări, există disponibile și porți AND standard cu trei, patru sau opt intrări:

4073: Poartă AND triplă cu 3 intrări

4082: Poartă AND duală cu 4 intrări

Există o poartă NAND cu opt intrări (4068), și aceasta este ușor transformată într-o poartă AND cu opt intrări prin inversarea ieșirii.

Fig. 1.32 Tabel de adevăr AND cu 3 intrări

4.1.2 Circuit de simulare AND cu 2 circuite NAND

Fig. 1.33 Schema electronică simulare AND cu 2 circuite NAND

Schema electronică este prezentată în fig. 1.33. Baza tranzistorului BC 171 de tip npn va fi “atacată” de semnalul logic Y=A·B, 0V sau 5 V. Tranzistorul va conduce și LED-ul se va “aprinde” doar în varianta A=1 logic și B=1 logic, conform tabelului de adevar al circuitului logic AND.

Fig. 1.34 Schema electronică simulare AND cu 2 circuite NAND( simulare software CM 2000)

4.1.3 Simulare AND gate cu tranzistoare

Fig. 1.35 Schema electronică simulare AND cu tranzistoare npn.

În cazul simularii AND gate cu tranzistoare atunci când intrările X, Y = 0V sau când X = 0V și Y = + 5V sau când X = + 5V și Y = 0V, ambele tranzistoare Q1 și Q2 sunt în starea OFF.

În același timp, tranzistorul Q3 primește suficientă tensiune în bază de la sursa de alimentare prin rezistorul R3 și astfel tranzistorul Q3 va fi pe ON. Astfel, tensiunea de ieșire Z = Uce (sat) corespunde la 0V.

Când ambele intrări sunt egale cu + 5V, tranzistoarele Q1 și Q2 vor fi ON și, prin urmare, tensiunea la colectorul tranzistorului Q1 va scădea la aprox. 0,4 V.

Prin urmare, tranzistorul Q3 nu are suficientă tensiune de bază și este OFF( blocat).

Ca urmare, nu trece curentul prin rezistorul colectorului Q3 și, prin urmare, nu există o cădere de tensiune pe acesta. Așadar Z=5V ( 1 logic).

Fig. 1.36 Schema electronică simulare AND cu comutatoare A, B și bec Q

La adresa :

http://www.ee.surrey.ac.uk/Projects/CAL/digital-logic/gatesfunc/QuizFrameSet.htm

Logic Gates Interective Quiz pot fi simulate tabelele de adevăr a tuturor circuitelor logice și anume : AND, NAND, OR, NOR, NOT, XOR, NXOR, valorile logice de intrare fiind introduse cu “ radio butoane”.

Sunt propuse de asemenea diverse exerciții de simulare ce pot fi folosite în lecțiile interactive la clasă, Disciplina : Bazele Electronicii Digitale.

Interfața grafică are un design prietenos cu elevii.

În egala măsură putem utiliza LabVIEW, NATIONAL INSTRUMENTS în lecțiile digitale la clasă.

http://www.ni.com/ro-ro/support/downloads/software-products/download.labview-student-software-suite.html

Simulare circuite logice cu plăci Breadboard.

Breadboard Arduino este folosit în general pentru realizarea rapidă a montajelor.

Fig. 1.37 Simulare MM74HCT08N cu Breadboard

Breadboard este o modalitate de a construi circuite electronice fără a fi nevoie să folosim un pistol de lipit.

Componentele sunt împinse în prizele de pe Breadboard și apoi sunt folosite fire suplimentare pentru a face conexiuni.

Un breadboard este un instrument simplu care se utilizează pentru a conecta împreună componentele electrice și firele.

Numai anumite tipuri de componente și fire sunt aplicabile pentru utilizarea panourilor breadboard.

Componentele și firele sunt atașate la breadboard prin simpla apăsare a pieselor în orificiile panoului.

Pentru a utiliza un breadboard, trebuie doar să împingem picioarele componentelor electrice prin gaură, fie pe firele de jumperi în orificii.

Găurile au arcuri în ele pentru a evita căderea componentelor. Unele dintre găurile din breadboard sunt conectate împreună și este important să știm care sunt acestea.

Poarta logică “ȘI-NU”, “NAND”.

În electronica digitală, o poartă NAND (NOT-AND) este o poartă logică care produce o ieșire ce este falsă numai dacă toate intrările sunt adevărate; astfel ieșirea sa este complementară cu cea a unei porți AND.

O ieșire LOW (0) se obține numai dacă toate intrările către poartă sunt HIGH (1); dacă orice intrare este LOW (0), rezultă o ieșire HIGH (1).

O poartă NAND poate fi realizată folosind tranzistori și diode de joncțiune.

Prin teorema lui De Morgan, o logică cu două intrări NAND poate fi exprimată ca:

(A·B)’ = A’ + B’, făcând o poartă NAND echivalentă cu 2 porti invertoare plasate la intrarea unei porti poartă OR.

Fig. 1.38 Tabel de adevăr/Simbolizare NANDcu 2 intrări

Fig. 1.39 Structura interioară CI 7400, 4011,CDB 404E, CDB 413 E

5.1. Circuite Simulare NAND gate

5.1.1 Simulare NAND gate cu componente discrete ( diode-tranzistoare).

Fig. 1.40 Schema electronică simulare NAND cu tranzistori

Cele două intrări sunt reprezentate de X și Y. Ieșirea este reprezentată de Z. Când intrarea X și Y = + 5V, atunci ambele diode D1 și D2 sunt OFF.

Tranzistorul Q1 primește suficientă tensiune pe bază de la sursa de alimentare prin rezistorul R1 și, prin urmare, tranzistorul Q1 este ON și ieșirea Z = Uce (sat) corespunde la 0V. Similar, atunci când intrările X = 0V sau Y = 0V sau când ambele intrări sunt egale cu 0V, tranzistorul Q1 este OFF și, prin urmare, tensiunea de ieșire Z = + 5V.

Fig. 1.41 Schema electronică simulare NAND cu tranzistori cu software CM 2000

5.1.2 Simulare NAND gate folosind resistors și transistors.

Fig. 1.42 Schema electronică simulare NAND cu tranzistori

Rezistoarele de pe intrări limitează curentul de bază la necesarul de a porni tranzistoarele. Se poate observa că circuitul electronic din fig.1.42 efectuează operația NAND.

Dacă ambele tranzistoare conduc (ambele intrări + 5V sau 1), ieșirea va fi conectată la masă (la 0V sau 0 logic). Dacă un tranzistor este blocat, ieșirea este conectată prin rezistența R2 la + 5V. Comportamentul circuitului respectă tabela de adevăr a circuitului NAND.

Fig. 1.43 Schema electronică simulare NAND cu tranzistori și software CM 2000

5.1.3 Simulare NAND gate cu E=10V cc, R=1kΩ și LED

Fig. 1.44 Schema electronică simulare NAND ( E=10 V, R=1 kΩ, LED) și software CM 2000

Poarta logică “SAU”, “OR”.

Funcția “SAU” logic are următoarea interpretare: – ieșirea sa este adevărată (1 logic) dacă cel puțin una din intrări este adevărată (1 logic) – ieșirea sa este falsă (0 logic) dacă ambele intrări sunt false (0 logic).

Fig. 1.45 Tabel de adevăr și simbolul porții logice OR

Pe lângă poarta SAU (OR) standard, cu două intrări, mai există și porți:

CMOS:

4075: Poarta OR (triplă pe CI) cu 3 intrări

4072: Poarta OR (dublă pe CI) cu 4 intrări

TTL:

74LS32: Poarta OR (dublă pe CI) cu 4 intrări

6.1 Simulare OR gate cu 2 diode cu Siliciu si Rezistor.

Simularea OR este realizată cf. schemei din fig. 1.46 starea intrărilor fiind 00, 01, 10, 11. Tensiunea la ieșire respectă tabela de adevăr OR gate.

Fig. 1.46 Simulare poarta OR cu 2 diode Si, rezistor, software CM 2000

6.2 Simulare OR gate cu 3 tranzistoare tip “npn” cu Siliciu

Fig. 1.47 Simulare poarta OR cu 3 tranzistoare tip npn, software CM 2000

În schema electronică din fig. 1.47 se testează tabelul de adevăr OR gate.

În poarta OR când A = 0 V și B = 0 V ambii tranzistori T1 si T2 sunt blocați (OFF).

Tranzistorul T3 este alimentat în bază prin rezistența R de la + 5 V și prin urmare va conduce la saturație, așadar tensiunea de ieșire va fi X=0,2 V ( O logic)

Când A = + 5 V sau B = + 5 V tranzistorii T1 respectiv T2 vor conduce la saturație iar tranzistorul T3 va fi blocat, adică, se va obține la ieșire X=1 (5V), nivel logic 1.

Același efect se obține când ambele intrări A si B sunt pe 1 logic (5V).

6.3 Circuite simulare OR gate cu sursa cc și bec cu incandescență .

Fig. 1.48 Simulare poarta OR cu sursă c.c, lampă L, switch A, B.

O lampă L este conectată la o sursă de tensiune. Comutatoarele A și B permit simularea intrărilor (00, 01, 10, 11).

Circuitul de comutare ilustrează faptul că lampa L va străluci atunci când unul dintre comutatoarele A sau B sau ambele comutatoare A și B sunt închise.

Lampa se va stinge când ambele comutatoare A și B sunt în stare deschisă.

6.4 Circuit simulare OR gate cu 2 relee.

Comutatoarele in1 și in2 permit simularea intrărilor (00, 01, 10, 11).

Circuitul de comutare ilustrează faptul că becul va străluci atunci când unul dintre comutatoarele in1 sau in2 sau ambele comutatoare in1 și in2 sunt închise.

Fig. 1.49 Simulare poarta OR cu 2 comutatoare in1, in2 și 2 relee

Poarta logică NOR

O poartă logică OR urmată de o poartă NOT în cascadă este numită poartă NOR.

Cu alte cuvinte, poarta NOR furnizează un semnal de ieșire HIGH numai atunci când există semnale LOW pe ambele intrări.

Simbolul logic al porții și tabelul de adevăr NOR gate este prezentat mai jos.

Fig. 1.50 Tabel de adevăr NOR, structura interioară CI 7402

Fig. 1.51 Structura interioară CI 7425, CI 7427.

Fig. 1.52 Tabel adevăr NOR cu 3 intrări

7.1 Circuite simulare NOR gate sursa cc, bec, rezistor.

Lampa se aprinde doar în situația A=B=0

Fig. 1.53 Circuit simulare NOR gate cu sursă c.c, switch A, B, lampă L

7.2. Schema simulare NOR gate cu 2 tranzistoare tip npn.

O schemă logică simplă cu 2 intrări NOR poate fi construită folosind întrerupătoare tranzistor rezistor RTL conectate împreună, după cum se arată în fig. 1.54, cu intrările conectate direct la bazele tranzistorului.

Ambele tranzistoare trebuie să fie deconectate "OFF" pentru o ieșire la Q=HIGH.

Fig. 1.54 Circuit simulare NOR gate cu sursă c.c, switch A, B, tranzistoare T1, T2

Poarta logică NOT

O poartă NOT (numită adesea Invertor) este o poartă logică. Fiecare poartă NOT are un singur semnal de intrare.

Dacă introducem 1 logic în NOT gate se emite ca 0 logic la ieșire; de asemenea, dacă introducem 0, acesta va ieși ca 1. Simbolul, tabela de adevăr NOT gate, structura interioară CI 7404 sunt date în fig. 1.55

Fig. 1.55 NOT gate

8.1 Simulare NOT gate cu tranzistor pe post de comutator electronic.

O schemă simplă cu 2 intrări NOT gate poate fi construită utilizând un întrerupător cu tranzistor rezistor RTL, după cum se arată în fig. 1.56, cu intrarea conectată direct la baza tranzistorului.

Tranzistorul trebuie să fie saturat "ON" pentru o ieșire inversată "OFF" la Q.

Fig. 1.56 Simulare NOT gate cu tranzistor pe post de comutator electronic

8.2 Simulare NOT gate cu sursă alimentare c.c, întreruptor A, lampa L respectiv LED.

Schema electronică din fig. 1.57 permite simularea NOT, adică când întreruptorul A este deschis (A=0 logic), lampa L respectiv LED-ul se “aprind” (1 logic) și invers.

Fig. 1.57 Simulare NOT gate cu comutator A, sursă c.c, lampă L respectiv LED.

Circuitul electronic din fig. 1.58 permite verificarea funcției logice NOT, adică la s=1(comutator închis), LED-ul nu se “aprinde” și invers la comutator s=0 (comutator deschis), LED-ul se “ aprinde”.

Fig. 1.58 Simulare NOT gate cu comutator s1, s2, sursă c.c, respectiv LED.

8.3 Simulare NOT gate cu releu și bec control tensiune ieșire.

Fig. 1.59 Simulare NOT gate cu comutator on/off, sursă c.c, respectiv lampă L

În schema electronică din fig. 1.59 releul R este alimentat de la tensiunea V prin switc-ul on/off. Contactul acestui releu permite alimentarea lămpii L.

Când releul este alimentat la tensiunea V ( s=on, 1 logic), lampa L nu se aprinde.

Când releul nu este alimentat la tensiunea V ( s=off, 0 logic), lampa L se aprinde

8.4 Simulare NOT gate cu software Circuit Maker 2000

Fig. 1.60 Simulare NOT gate cu logic switch, software CM 2000

La ieșirile circuitelor logice NOT (U1A; U1C) având intrările pe V1=0 logic, respectiv V3=1 logic se obține negația logică, adică L1=1 logic, respectiv L3=0 logic.

9. Circuite de simulare logical AND , OR, NOT.

9.1 Simulare AND, OR, NOTcu componente discrete analogice

Fig. 1.61 Panou comandă circuite logice AND, OR, NOT

Porțile logice sunt implementate conform fig. 1.61 în principal utilizând diode sau tranzistoare care acționează ca întrerupătoare electronice.

Avem trei porți de bază logică OR, AND NOT folosind diode și 1 tranzistor tip NPN. LED-ul este folosit ca indicator utilizat pentru a arăta nivelul de ieșire HIGH (1) sau LOW (0). Alimentarea cu 5V este suficientă pentru circuitele din fig. 1.61.

9.2 Metode simple simulare circuite logice NOT, AND, OR.

Se utilizează o lampă L, două switch-uri și o baterie de 1,5 V cf. schemei electrice din fig. 1.62. Porțile AND, OR, NOT respectă tabelele de adevăr corespunzătoare. Lampa L prin starea “aprinsă” (1 logic) respectiv “stinsă” (0 logic) pune în evidență starea ieșirilor.

Fig. 1.62 Metode simple simulare circuite logice AND, OR, NOT

Circuitul logic XOR

XOR gate (EXCLUSIV OR) este o poartă logică digitală care oferă o ieșire (1 sau HIGH) atunci când la intrare avem semnale electrice diferite ( 0 respectiv 1).

O poartă XOR implementează un exclusiv OR, adică un rezultat real de ieșire dacă una și numai una dintre intrările către poarta este adevărată.

Dacă ambele intrări sunt false (0=LOW) sau ambele sunt adevărate (1=HIGH), rezultă rezultate false.

XOR gate reprezintă funcția de inegalitate, adică ieșirea este adevărată dacă intrările nu sunt similare, altfel ieșirea este falsă.

O modalitate de a ne aminti XOR este " una sau cealaltă, dar nu ambele".

Tabela de adevăr, simbolul XOR gate, Boolean expression și structura IC 7486 sunt date în fig. 1.63.

Fig. 1.63 XOR gate

10.1 Simulare XOR gate cu software Circuit Maker 2000 folosind circuite NOT, AND, OR

Circuitul logic din fig. 1.64 realizează funcția logică XOR ( Y=A’B+AB’).

În funcție de situația intrărilor ( 00, 01, 10, 11 ) se verifică tabela de adevăr XOR.

Fig. 1.64 Simulare XOR gate cu circuite NOT, AND, OR cu software CM 2000

Circuitul logic XNOR

Poarta XNOR (Exclusive NOR) este o poartă logică digitală a cărei funcție este complementul logic al porții exclusive OR (XOR) .

Versiunea cu două intrări implementează egalitatea logică, se comportă conform tabelului de adevăr și, prin urmare, poarta este uneori numită "poarta de echivalență".

O ieșire HIGH (1 logic) se obține dacă ambele intrări ale porții sunt aceleași (0 logic, respectiv 1 logic) .

Dacă una, dar nu ambele intrări sunt HIGH (1 logic), rezultă o ieșire LOW (0 logic).

Tabela de adevăr, simbolul NXOR gate, Boolean expression, Equivalent gate circuit, structura CI 4077 sunt date mai jos.

Fig. 1.65 Date tehnice XOR gate.

Circuitul integrat standard, seria 4000, CMOS este 4077, care include patru porți XNOR independente, cu două intrări.

Minimizarea functiilor booleene

Procesul de simplificare a expresiei algebrice a unei funcții booleene se numește minimizare. Minimizarea este importantă, deoarece reduce costul și complexitatea circuitului asociat.

De exemplu, funcția F=x’·y’·z+x’·y·z+x·y’ poate fi minimizată cu F=x’·z+x·y’

( y+y’=1).

Circuitul electric asociat acestor expresii este dat în fig. 1.66. :

Fig. 1.66 Minimizarea funcțiilor booleene.

Este evident din imaginea de mai sus că versiunea minimizată a expresiei are un număr mai mic de porți logice și, de asemenea, reduce complexitatea circuitului în mod substanțial.

Minimizarea este, prin urmare, importantă pentru a găsi cea mai economică reprezentare echivalentă a unei funcții booleene.

Minimizarea poate fi făcută utilizând metoda de manipulare algebrică sau metoda K-Map. Fiecare metodă are propriile sale merite și dezavantaje.

12.1 Minimizarea prin manipularea algebrică

Această metodă este cea mai simplă dintre toate metodele utilizate pentru minimizare.

Este potrivită pentru expresii de dimensiuni medii care implică 4 sau 5 variabile.

Manipularea algebrică este o metodă manuală, de aceea este predispusă la erori umane.

Legile obișnuite folosite în manipularea algebrică:

A+Ā=1

A+Ā·B=A+B

A+A·B=A

Exemplu 1 – Minimizați următoarea funcție booleană folosind manipularea algebrică.

F=ABC’D’+ABC’D+AB’C’D+ABCD+AB’CD+ABCD’+AB’CD’

Soluție – Proprietățile se referă la cele trei legi comune menționate mai sus.

F=ABC’(D’+D)+AB’C’D+ACD(B+B’)+ACD’(B+B’)

F=ABC’+AB’C’D+ACD+ACD’

F=ABC’+AB’C’D+AC(D+D’)

F=ABC’+AB’C’D+AC

F=A(BC’+C)+AB’C’D

F=A(B+C)+AB’C’D

F=AB+AC+AB’C’D

F=AB+AC+AC’D

F=AB+AC+AD

12.2 Minimizarea folosind K-Map ( Diagrame Veitch Karnaugh)

Metoda de manipulare algebrică este obositoare și greoaie. Metoda K-Map este mai rapidă și poate fi utilizată pentru a rezolva funcțiile booleene de până la 5 variabile.

Examplu 2 – Se folosește aceeași expresie ca la exemplul nr. 1

(F=ABC’D’+ABC’D+AB’C’D+ABCD+AB’CD+ABCD’+AB’CD’) și vom

minimiza funcția logică folosind K Map.

Diagrama Karnaugh se construiește punând valorile unor variabile pe linii și al celorlalte variabile pe coloane.

Distribuția valorilor trebuie să respecte codului Gray, astfel că între două căsuțe vecine există o diferență de un bit.

Valoarea asociată unei căsuțe este valoarea funcției pentru combinația respectivă de valori de intrare.

Valorile posibile sunt 1, 0 sau X (nu contează).

Diagramele K Map pentru 2, 3 și 4 variabile sunt reprezentate în figura 1.67.

Fig. 1.67 Diagrame K Map

Soluție – Minimizare funcția logică:

F=ABC’D’+ABC’D+AB’C’D+ABCD+AB’CD+ABCD’+AB’CD’.

Vom folosi o structură tabelară K-Map a expresiei date prezentată în fig. 1.68.

Fig. 1.68 Diagrama K Map pentru 4 variabile logice

Figura 1.68 evidențiază combinatiile de 4, 2 termeni implicați în verde, roșu și albastru pentru funcția logică F propusă.

Celula verde se întinde pe întregul al treilea rând, ceea ce ne dă: AB

Celula roșu cuprinde 4 pătrate, ceea ce ne dă: AD

Celula albastră cuprinde 4 pătrate, ceea ce ne dă: AC

Deci, expresia booleană minimizată este : F=AB+AD+AC

13. Aplicații industriale cu circuite logice digitale

13.1 Controlul afișării unui calculator cu porți logice

Segmentele care formează afișarea sunt numite a, b​​, c, d, e, f , g și sunt asamblate astfel încât să permită a activa fiecare segment separat, astfel obținând orice cifră. Se obțin expresiile și diagramele Karnaugh pentru segmente date în fig.1.69. [9]

Fig. 1.69 Tabel adevăr, expresii logice minimizate segmente a, b, c, d, e, f, g.

Pentru realizarea practică a montajului vom folosi schema cu anod comun ( fig. 1.70), ceea ce înseamnă că setarea led-urilor se va face prin setarea tensiunilor la catod pentru a fi mai mici decât cea de la anod. Cum lucrăm în logică digitală, tensiunea la anod va fi de fapt VCC, +5V sau 1 logic, și singura tensiune pe care o putem oferi mai mică decât 1 logic este cea de 0 logic, GND, 0V.

13.2 Controlul unui afișaj pe 7 segmente utilizând CMOS 4511

Fig. 1.70 Schema afisaj 7 segmente anod comun

Fig. 1.71 BCD to seven Segment Decoder

În circuitul din fig.1.71 fiecare segment LED al afișajului catodic comun are propriul terminal anodic conectat direct la CMOS 4511 cu catodii conectați la masă.

Curentul de la fiecare ieșire poate trece printr-un rezistor de 1kΩ care îl limitează la o valoare sigură. Intrarea binară la CMOS 4511 se face prin cele patru comutatoare.

Apoi, putem observa că prin utilizarea unui BCD la un driver de afișare cu 7 segmente, cum ar fi CMOS 4511, putem controla afișajul cu LED-uri folosind doar patru comutatoare sau un semnal binar pe 4 biți, care permite până la 16 combinații diferite .

13.3 Simulare software montaj CI 4511 ce comandă afisaj 7 segmente cc .

Simularea montajului a fost realizată cu software CM 2000 și este dată în fig. 1.72

Logic switch-urile de la intrare codifică 0011 adică cifra 3 în binar.

Voltmetrele indică la ieșire cifra 3 adică activarea segmentelor a, b, c, d, g.

Logic switch la intrare codifică 0000 adica cifra 0 în binar.

Voltmetrele indică la ieșire cifra 0 adică activarea segmentelor a, b, c, d, e, f.

Fig. 1.72 Simulare BCD to seven Segment Decoder( CI 4511)

13.4 Circuit “voter”

Acest tip de circuit logic funcționează pe principiul majorității.

De exemplu, considerând că avem 3 intrări, circuitul scoate “1” logic dacă cel puțin două dintre intrări sunt pe “1”, reciproc ieșirea va fi pe “0” logic dacă cel puțin 2 intrări sunt pe “0” logic.

Fig. 1.73 Tabela de adevăr voter.

Se obține prin diagrame Veitch Karnaugh minimizarea functiei logice F:

F =A’BC+AB’C+ABC’+ABC=C(A’B+AB’)+AB(C+C’)=C(AXORB)+AB

Circuitul prezentat mai sus a fost testat cu software Circuit Maker 2000 și se comportă conform tabelei de adevăr “voter”.

Fig. 1.74 Simulare circuit logic voter

13.5 Comparator pe 2 biți

Schema bloc, tabela de adevar, realizarea comparatorului pe 2 biți urmare a minimizării Veitch Karnaugh sunt date în fig. 1.75. [11]

Fig. 1.75 Tabel de adevăr comparator pe 2 biți

Fig. 1.76 K map comparator pe 2 biți

Din expresiile din fig. 1.76 urmare a minimizării Karnaugh, expresiile logice pentru fiecare ieșire pot fi exprimate după cum urmează:

A>B: A1B1’ + A0B1’B0’ + A1A0B0’

A=B: A1’A0’B1’B0’ + A1’A0B1’B0 + A1A0B1B0 + A1A0’B1B0’

: A1’B1’ (A0’B0’ + A0B0) + A1B1 (A0B0 + A0’B0’)

: (A0B0 + A0’B0’) (A1B1 + A1’B1’)

: (A0 Ex-Nor B0) (A1 Ex-Nor B1)

A<B: A1’B1 + A0’B1B0 + A1’A0’B0=A1’B1+A0’B0(A1’B1’+A1B1)

Fig. 1.77 Simulare cu software CM 2000 comparator pe 2 biți

În fig. 1.77 au fost testate situațiile logice A<B, A=B, A>B cu software CM 2000, conform expresiilor logice minimizate K map.

Situatii logice A<B (00/01; 00/10; 00/11; 01/10; 01/11; 10/11)

Situații logice A=B (00/00; 01/01; 10/10; 11/11)

Situatii logice A>B (01/00;10/00;10/01;11/00;11/01;11/10)

13.5.1 Studiu de caz Comparator pe 2 biți X=Y. [11].

Situațiile logice X=Y: (00/00; 01/01; 10/10; 11/11) sunt prezentate în fig. 1.78.

F=X1’X0’Y1’Y0’+X1’X0Y1’Y0+X1X0’Y1Y0’+X1X0Y1Y0=

=X1’Y1’(X0Y0+X0’Y0’)+X1Y1(X0Y0+X0’Y0’)=

F=(X0Y0+X0’Y0’)(X1’Y1’+X1Y1)

Fig. 1.78 Comparator pe 2 biți, X=Y

13.5.2 Binary comparator CI 7485 pe 4 biți, simulare software cu CM 2000

Fig. 1.79 Simulare software Comparator pe 4 biți, cu CI 7485

Cu ajutorul logic switch la intrările A3, A2, A1, A0 respectiv B3, B2, B1, B0 poate fi setat orice cuvânt de cod pe 4 biți conform Fig. 1.79.

Logic display L1, L2, L3; LL4, L5, L6; L7, L8, L9 afisează situația pe ieșire (A<B; A>B; A=B)

Circuite logice combinaționale

Circuitele combinaționale se caracterizează prin faptul că variabilele de ieșire depind numai de variabilele de intrare și există doar în prezența acestora.

Exemple:

Circuitul de anticoincidență XOR (exclusive OR)

Funcția logică realizată este : F(X,Y)=X’Y+XY’.

Implementarea XOR se face folosind porți logice NOT, AND, OR.

14.1 Simulare circuit XOR cu software Circuit Maker 2000

În fig. 1.80 se prezintă simularea XOR, adică a funcției logice F(X,Y)=X’Y+XY’.

Fig. 1.80 Simulare XOR cu software CM 2000

14.2 Decodificatoare BCD-zecimal

Decodificatoarele de adresă realizează practic o decodificare din sistemul binar natural în sistem zecimal.[12]. Există cazuri în care trebuie realizată o decodificare din alt cod decât cel binar natural, de exemplu BCD8421. Tabelul de adevăr pentru un decodificator BCD 8421- zecimal este prezentat în fig. 1.81.

Fig. 1.81 Tabel adevăr Decodor BCD 8421- zecimal

Ieșirea este activă pe LOW și numără de la 0 la 9 zecimal.

Când toate intrările BCD sunt LOW=0 logic, ieșirea Y0 este LOW și așa mai departe. Acest circuit numără doar până la 9, astfel încât orice intrare mai mare decât '9' are ca rezultat ca toate ieșirile să fie HIGH. Deci, chiar dacă intrările continuă să se schimbe, ieșirea rămâne neschimbată la ultimele șase intrări.

Fig. 1.82 Tabel de adevăr, diagrama de referință și ecuațiile de funcționare Decodor BCD 8421- zecimal

Realizarea practica a Decodor BCD 8421- zecimal este prezentată în fig. 1.83

Fig. 1.83 Schema electronică Decodor BCD 8421- zecimal

14.3 Simulare decodificator BCD –zecimal cu software Circuit Maker 2000

În fig. 1.84 se prezintă simulare funcționare Decodor BCD-zecimal cu software CM 2000.

Fig. 1.84 Schema electronic simulare Decodor BCD 8421- zecimal CM 2000

S-a realizat schema proiectată conform tabelului de adevăr, diagramei de referința și ecuațiilor de funcționare ale decodificatorului BCD-zecimal.

Se observă poziția comutatoarelor logice de intrare : 1000

La ieșirea U6A se obține 0.000 V, adică 1000 BCD a fost decodificat ca 9 (zecimal) la ieșire.

Comutatoarele Digital Logic Switch de intrare pot selecta orice numar pe 4 biți și putem astfel testa prin simulare software situația decodificată la Output cu ajutorul voltmetrelor plasate la iesirea U2A….U6B.

14.4 Half Adder circuit

Cu ajutorul a Half Adder, putem proiecta circuite care sunt capabile să efectueze adunarea simplă a biților cu ajutorul porților logice.[1].

Reguli de bază:

0+0=0 ( transport 0)

0+1=1 ( transport 0)

1+0=1 ( transport 0)

1+1=1 ( transport 1)

Pentru a aduna două numere binare se adună între ei biții numerelor (începând de la dreapta la stânga) iar la acest rezultat se adaugă (care poate fi 0 sau 1) conform regulilor de mai sus.

Half adder adaugă două cifre binare binare A și B. El are două ieșiri, suma (S) și transportul (C). Cel mai simplu Half Adder, încorporează o poartă XOR pentru S și o poartă AND pentru C. Logica booleană pentru suma (S) va fi S=A’B + AB’, în timp ce pentru transport (C) va fi AB conform fig. 1.85.

Fig. 1.85 Half adder tabel adevar, Output S, C.

14.4.1 Simulare functionare Half Adder cu software Circuit Maker 2000

Fig. 1.86 Simulare Half adder, Output S, C.

Se observă funcționarea circuitului din fig. 1.86 conformă cu tabelul de adevăr Half Adder, adică la (1+1) logic se obține: S=1+1=0, C (carry)=1.

14.5 Full Adder circuit

Un adder complet adaugă numere binare și transporturi (C) pentru valori ca OUT.[1]

Un Full Adder de un bit adaugă trei numere de un bit, adesea scrise ca A, B și Cin.

A și B sunt operanzii, iar Cin este bitul de transport preluat de la stadiul anterior mai puțin semnificativ. Un sumator complet (full adder) are la intrare 3 bits, iar ieșirea este un cuvânt de 2 bits (sumă +transport)

Schema bloc, tabela de adevăr și realizarea Full Adder sunt date în fig. 1.87.

Fig. 1.87 Full adder tabel adevăr.

Ecuațiile full adder sunt:

S=A’B’Cin+A’BCin’+AB’Cin’+ABCin=A’(B’Cin+BCin’)+A(B’Cin’+BCin)

=A’(B XOR Cin)+A( B XOR Cin)’

Se obtine : S=A XOR B XOR Cin’

Cout=A’BCin+AB’Cin+ABCin’+ABCin=(A’B+AB’)Cin+AB(Cin’+ Cin)=

Cout=(AXORB)Cin+AB

Un full adder poate fi construit din 2 sumatoare simple ca în fig. 1. 87.

Fig. 1.88 Schema electronică Full adder

14.5.1 Simulare Full Adder cu software Circuit Maker 2000

Fig. 1.89 Simulare software Full adder.

S-a realizat simularea A=1; B=1; Cin=0 cu ajutorul switch logice V1, V2, V3 obținându-se conform tabel full adder S=0 (logic display L1), respectiv C=1( logic display L2)

S-a realizat simulare A=1; B=0; Cin=0 cu ajutorul switch logice V1, V2, V3 obținându-se conform tabel full adder S=1 (logic display L4), respectiv C=0 ( logic display L3)

Multiplexoare

Multiplexoarele (MUX) – sunt circuite logice combinaționale cu m intrări și o singură ieșire, care permit transferul datelor de la una din intrări spre ieșirea unică.[1],[2].

Selecția intrării de la care se transferă datele se face prin intermediul unui cuvânt de cod de selecție numit adresă, cuvânt care are n biți.

Numărul de intrări m este egal cu numărul combinațiilor logice de adresă 2n a căror apariție urmează să autorizeze accesul succesiv al intrărilor către ieșire ( m=2n).

Schema de principiu a unui multiplexor MUX 4:1 este dată în fig. 1.90.

Fig. 1.90 a)-MUX4:1 symbol graphic, b) MUX 4:1 tabela de adevăr.

În fig. 1.91 este prezentat un multiplexor MUX 8:1 .

Fig. 1.91 –MUX 8:1 schema bloc, tabela de adevăr.

În practică se utilizează următoarele tipuri de multiplexoare:

Cu 2 intrări și o linie de adresa (SN74LS157, CDB 4157)

Cu 4 intrări și 2 linii de adresa (SN74LS153, CDB 4153)

Cu 8 intrări și 3 linii de adresa (SN74LS151, CDB 4151)

Cu 16 intrări și 4 linii de adresa (SN74LS150, CDB 4150).

15.1 Aplicație software MUX 8:1cu Circuit integrat SN74LS151

Fig. 1.92 Simulare funcționare MUX 8:1 cu software CM 2000

Au fost simulate 2 situații pentru MUX 8:1, E=LOW

S2=H, S1=H, S0=H , Y=HIGH (se transmite la ieșire informația de la I7).

S2=L, S1=L, S0=L , Y=.LOW (se transmite la ieșire informația de la I0)

Demultiplexoare

Demultiplexoarele (DMUX) – sunt circuite logice combinaționale cu o singură

intrare și m ieșiri, care permit transferul datelor de la intrarea unică spre una din cele m ieșiri.

Selecția ieșirii spre care se transferă datele se face prin intermediul unui cuvânt de cod de selecție numit adresă, cuvânt care are n biți.

Numărul de ieșiri m este egal cu numărul combinațiilor logice de adresă 2n a căror apariție urmează să autorizeze transferul semnalului de intrare succesiv către cele m ieșiri ( m=2n). Schema de principiu și tabelul de adevăr a unui DMUX 1:4 este prezentată în fig. 1.93.

Fig. 1.93 Schema de principiu și tabelul de adevăr DMUX 1:4

Acest demultiplexor permite transferul datelor de pe intrarea de date Input= Din la una din ieșirile Y3, Y2, Y1, Y0 în funcție de starea logică a intrărilor de selecție S1, S0 conform tabelei de adevăr. La proiectarea DMUX 1:4 folosim tabelul intrări selecție, intrare date, ieșiri de date.

Avem ecuațiile de stare:

Y0=A1’·A0’·I

Y1=A1’·A0·I

Y2=A1·A0’·I

Y3=A1·A0·I

Realizat cu porți logice elementare demultiplexorul cu 4 ieșiri arată ca în fig. 1.94.

Fig. 1.94 DMUX 1:4

16.1 Simulare funtionare DMUX 1:4 (cu porți logice elementare) cu software Circuit Maker 2000

Fig. 1.95 Simulare software DMUX 1:4

Intrarea I=1(HIGH) este transferată la ieșirile Y3, Y2, Y1, Y0 în funcție de cuvântul de cod A1, A0 ( 00, 01, 10, 11).

16.2 Aplicație software DMUX 1: 4 realizat cu CI 74LS 155

Din datele de catalog a CI 74LS155 avem:

Simularea software pune în evidență tabela de adevăr a CI 74LS155

Ieșirile 0a, 1a, 2a, 3a sunt evidențiate cu logic display L1-L12.

Cuvintele de cod de selecție sunt puse în valoare cu ajutorul logic switch-uri aflate la intrările A1, A0.

Fig. 1.96 Simulare software DMUX 1:4, CI 74LS155

CAPITOLUL 2. OBIECTIVELE ȘI METODOLOGIA CERCETĂRII

2.1 Simularea software : O abordare a predării și a învățării

Simularea se referă la imitarea activităților și proceselor din lumea reală într-un mediu sigur.

Simulările urmăresc să ofere o experiență cât mai aproape de "lucrul real" posibil; totuși, o activitate simulată are avantajul de a permite cursanților să "reseteze" scenariul și să încerce strategii și abordări alternative.

Acest lucru permite elevilor să-și dezvolte experiența în situații specifice prin aplicarea învățării și a cunoștințelor lor mai largi.

Abordarea este frecvent utilizată în disciplinele în care elevii trebuie să-și dezvolte abilitățile și experiența, dar problemele de siguranță sau considerațiile legate de costuri împiedică acest lucru să se întâmple în lumea reală.

De exemplu, simulatoarele medicale permit studenților să practice diagnosticul și tratamentul cu manechine care pot reacționa în moduri sofisticate și destul de realiste. Piloții stagiari și studenții în domeniul ingineriei aeronautice folosesc simulatoare de zbor pentru a afla cum ar reacționa o aeronavă într-o varietate de condiții fără a părăsi vreodată terenul.

În unele discipline, diferența dintre o simulare și un exercițiu de joc poate fi neglijabilă, în special în cazul în care exercițiul se concentrează asupra interacțiunilor dintre oameni.

Simularea este o abordare de predare foarte generală și flexibilă, care poate fi folosită în majoritatea disciplinelor, dar acest lucru înseamnă că modul în care este implementat va varia foarte mult.

Cheia simulării este că este o experiență dinamică, nu fixă, scenariul schimbându-se în mod realist în funcție de acțiunile participanților și de adaptarea participanților ca urmare a modificărilor scenariului – într-un sens, o simulare este un mecanism pentru cursanții să obțină feedback în timp real cu privire la acțiunile lor.

De exemplu, un exercițiu pentru studenții de inginerie software ar putea implica crearea unei bucăți de software sau sistem în conformitate cu o specificație realistă de proiectare, cu schimbări și îmbunătățiri solicitate de client în timpul procesului.

Acest lucru ar modela cu exactitate mediul înconjurător real în care studenții vor putea lucra, unde clienții își schimbă cerințele și prioritățile în timpul unui proiect ca urmare a unor factori complexe.

Un exercițiu similar ar funcționa bine și în alte discipline care implică crearea de artefacte pentru clienți, cum ar fi designul grafic, arhitectura, dreptul contractelor etc.

Pentru ca un exercițiu de simulare să aibă succes, este esențial ca scenariul să reflecte practica reală și autentică cât mai aproape posibil.

Abordarea în metoda simulării este adesea folosită în "timp real", cu participanții complet integrați în scenariu pentru o perioadă de timp.

Cu toate acestea, este posibil să se încetinească sau să se accelereze scenariul, dacă este cazul.

Acest lucru se poate întâmpla în situațiile în care, în realitate, o serie de decizii trebuie să fie făcute rapid și studenților trebuie să li se acorde timp pentru a lua în considerare fiecare decizie sau unde se simulează un proces foarte lent și se așteaptă mult timp efectele fiecărei decizii să apară.

Capacitatea de a ajusta perioada de timp a simulării permite studenților să ia mai multe decizii luate în considerare, să reflecteze asupra alegerilor și să analizeze rezultatele în detaliu mai mult decât ar fi posibil într-o situație rapidă, în timp real.

Instrumentele și tehnologiile care ar fi adecvate pentru un exercițiu de simulare depind în mare măsură de situația sau scenariul care se simulează.

Dat fiind că obiectivul este de a modela cât mai aproape de lumea reală, ar putea fi necesar să existe echipamente și spații specializate, dar multe situații pot să nu necesite altceva decât software-ul și alte instrumente pe care studenții le folosesc deja.

În cazul în care elevii utilizează pachete standard de software ca parte a simulării, software-ul de înregistrare pe ecran oferă un mecanism pentru a capta detaliile despre cum au abordat scenariul.

Aceste înregistrări ar putea fi transmise de către student ca parte a unei evaluări sau folosite ca bază de reflecție asupra abordării lor specifice înainte de reluarea scenariului simulat.

Pe lângă faptul că simularea ca metoda de învățământ oferă elevilor posibilitatea de a-și dezvolta experiența în situații periculoase, scumpe și rare, simulările folosind tehnologia pot oferi o modalitate de a scuti presiunea asupra resurselor.

Simularea schemelor elecronice cu ajutorul software Circuit maker 2000, Electronics Workbench, etc. Tine cont de triada Cunoștinte, Abilități, Atitudini.

Unul dintre cele mai populare software-uri de simulare electronică pe care le-a dorit elevul și pasionatul în electronicăa este Electronic Workbench sau apelat cu EWB.

Când utilizăm software-ul Electronic Workbench pentru a ne ajuta în proiectul electronic, putem desena un proiect electronic schematic cu ajutorul mai multor instrumente furnizate de EWB.

Putem alege mai multe componente furnizate pentru a desena proiectul nostru electronic.

Când dorim să desenam circuitul schematic, putem alege în primul rând componentele de care avem nevoie unul câte unul.

Și apoi putem ajusta componenta noastra conform schemei electronice.

Putem conecta ușor componentele alese unul câte unul în funcție de circuit și apoi putem continua să simulam proiectul.

Electronic Workbench (EWB), care acum își schimbă numele în Multisim ne va permite să creem un circuit electronic și apoi să îl simulăm cu ușurință.

Circuit Maker 2000 este software-ul care a fost utilizat în această lucrare. Au fost create aplicații mobile care permit oricui să lucreze în diferite scenarii în orice moment, permițând elevilor să dobândească experiență în investigarea unor experimente electronice.

Aplicațiile de acest gen necesită o dezvoltare semnificativă, dar ele oferă o experiență captivantă și imersivă pentru studenți și există deja exemple disponibile în magazinele Apple, Android sau Microsoft App care ar putea fi folosite.

Elevii nu primesc cunoașterea electronică la primele experimente. De fapt, este nevoie de multe încercări și erori pentru a perfecționa orice procedură sau abilitate.

Simulările se ocupă de acest lucru, oferind elevilor încercări nelimitate de a-și perfecționa abilitățile.

Dacă nu reușesc la nici un pas în simulare sau pot face o greșeală, pot pur și simplu să înceapă din nou.

Acest lucru face în mod inevitabil ca elevul să repete întregul proces de mai multe ori, in concordanță cu aplicația software.

Componentele electronice au o gamă largă de moduri de defectare.

Defecțiunile pot fi cauzate de excesul de temperatură, de excesul de curent sau de tensiune, de radiațiile ionizante, de șocurile mecanice, de stress sau de impact și de multe alte cauze.

În dispozitivele cu semiconductor, problemele din pachetul dispozitivului pot provoca defecțiuni datorate solicitării mecanice a dispozitivului sau a scurtcircuitării componentelor.

Aceste lucruri nu sunt luate in considerare în simularea software a dispozitivelor hardware și de aici apar o serie de avantaje economice și posibilitatea de a relua imediat experimentul electronic la un simplu clic al mouse-ului.

2.2 Hardware versus software în predarea interactivă.

Ce este mai important Hardware sau Software?

Cu alte cuvinte să efectuăm schemele electronice concepute cu componente hardware sau să facem simularea acestor scheme cu componente virtuale utilizând un software adecvat.

Ingineria electrică și electronică necesită o cunoaștere profundă a tuturor lucrurilor electrice, de la matematică la circuite și totul corelat este între ele.

Sute, dacă nu chiar mii, de instrumente, aplicații mobile și produse software există pe piață, toate direcționate către profesioniștii în domeniul ingineriei electrice.

Dar, nu este întotdeauna ușor pentru profesorul ce predă Electronică și Automatizări ocupat să găsească timp pentru a căuta prin toate ofertele și pentru a selecta instrumentele care sunt cele mai potrivite pentru Metodica predării circuitelor electronice la clasă.

Desigur, inginerul, profesor de Electronică și Automatizări are nevoie de diverse instrumente pentru diverse lucrări, astfel încât să nu există doar un singur instrument care să se potrivească unei lectii de Electronică.

Profesionistul în domeniul ingineriei electrice are nevoie de o trusă de scule electronice ce conține ciocan de lipit cu încălzire rapidă, aparat măsură tip multimetru, cleste de sertizat, pompă vid cositor, set șurubelnițe, creion fază,extractor IC, lanternă, set chei, pensetă, bandă izolatoare, cositor, etc., precum și de un set de instrumente virtuale pentru a finaliza lucrările electronice efectiv și eficient la clasă.

De aceea am căutat mereu cele mai bune instrumente digitale la clasă precum și produse software eficiente ca formă de virtualizare electronică.

Trusa de scule electronice, aplicațiile mobile și produsele software trebuie să fie inovatoare, cu tehnologii de vârf digitalizate, utile pentru situații multiple, ușor de utilizat și furnizate de surse bine cunoscute în industria electronică.

Cu componente Hardware versus Software poate fi realizată lecția de Electronică Digitală la clasă.

Este o întrebare veche: hardware sau software?

Pe de o parte, hardware-ul este ceea ce deținem sau conectăm.

Hardware-ul are toate componentele care fac ca dispozitivul nostru să funcționeze și fără acesta software-ul nu ar fi accesibil.

Cu cât hardware-ul este mai bun, cu atât este mai atrăgătoare (în teorie) este experiența.

Simularea circuitelor electronice utilizează modele matematice pentru a replica comportamentul unui dispozitiv sau a unui circuit electronic real.

Software-ul de simulare permite modelarea funcționării circuitelor și este un instrument de analiză neprețuit.

Datorită capacității sale foarte precise de modelare, multe colegii și universități folosesc acest tip de software pentru predarea tehnicii electronice și a programelor de inginerie electronică.

Software-ul de simulare angajează utilizatorul prin integrarea acestuia în experiența de învățare.

Aceste tipuri de interacțiuni îi angajează pe elevi să analizeze, să sintetizeze, să organizeze și să evalueze conținutul și determină elevii să-și construiască propriile cunoștințe.

Simularea comportamentului unui circuit înainte de construirea acestuia poate îmbunătăți considerabil eficiența designului prin realizarea unor modele defecte cunoscute ca atare și oferind o perspectivă asupra comportamentului designului circuitelor electronice.

În special, pentru circuitele integrate, photomasks sunt scumpe,  breadboards  nu sunt practice, iar analizarea comportamentului semnalelor interne este extrem de dificilă.

Prin urmare, aproape toate design-ul IC se bazează foarte mult pe simulare.

Cel mai cunoscut simulator analogic este SPICE (PSPICE 9.1 Student Version)

Spice simulator https://www.partsim.com/simulator.

Probabil cele mai cunoscute simulatoare digitale sunt cele bazate pe Verilog și VHDL.

Unele simulatoare electronice integrează un editor schematic, un motor de simulare și un afișaj display pentru formele de unda ale semnalelor, permițând elevilor să modifice rapid un circuit simulat și să vadă ce efect au schimbările asupra ieșirii.

Ele conțin, de asemenea, în mod obișnuit biblioteci extinse de modele și dispozitive.

Aceste modele includ în mod tipic modele de tranzistoare specifice IC cum ar fi BSIM, componente generice cum ar fi rezistoare, condensatoare, inductoare și transformatoare, modele definite de utilizator (cum ar fi surse de curent și tensiune controlate sau modele în Verilog-A sau VHDL-AMS). Prin parcurgerea conținuturilor modulului Electronică Digitală în Automatizari folosind simularea software a circuitelor se dezvoltă la elevi competente tehnice care vor înlesni:

dezvoltarea imaginației și creativității tehnice;

respectarea standardelor internaționale privind calitatea produselor;

asigurarea motivației necesare studierii disciplinelor tehnice;

2.3. Metode moderne utilizate în Electronica digitală de automatizări

Exemple de activități de învățare recomandate, centrate pe elev și pe activitatea acestuia, însotite de detalieri privind folosirea unora dintre acestea în procesul didactic de predare/învățare.

2.3.1 Utilizarea instrumentelor digitale la Măsurarea rezistențelor electrice

2.3.2 Metoda pedagogică de învățare CUBUL

Este o metodă centrată pe elev și pe activitatea acestuia

Enunț:

Se dă următoarea diagramă de circuit:

Folosim un cub care semnifică, în mod simbolic, tema ce urmează a fi explorată:

Porți logice.

Cubul are înscrise pe fiecare dintre fețele sale:

Descrie, Compară, Analizează, Asociază, Aplică, Argumentează.

Profesorul detaliază, cerințele de pe fețele cubului cu următoarele:

Descrie: Descrie elementele componente ale schemei din figură.

Compară: Compară funcționarea schemei cu aceea a schemei care ar conține un singur întrerupător.

Analizează: Analizează funcționarea circuitului când cele două întrerupătoare sunt în paralel între ele și legate în serie cu becul.

Asociază: Asociază schemei date un tabel de adevăr.

Aplică: Ce poți face cu un astfel de circuit?

Argumentează: De ce funcționarea acestui circuit este similară cu a porții logice ȘI?

Reprezentantul echipei va rostogoli cubul. Echipa sa va explora tema din perspectiva cerinței care a căzut pe fața superioară a cubului și va înregistra totul pe o foaie de flip-chart.

Echipele se reunesc în plen și vor împărtăși clasei rezultatul analizei.

Afișați pe tablă, flip-chart sau pe perete rezultatele întregii discuții.

2.3.3 Simulare software AND cu 2 intrări

Fig. 2.1 Simulare circuit digital AND.

Logic display L1, L2, L3 vor afisa HIGH doar pentru situatia de intrare HIGH, HIGH.

2.3.4 Simularea schemelor elecronice cu ajutorul software Circuit maker 2000, Electronics Workbench, etc.

2.3.4.1 Masurarea curentului, tensiunii, rezistentelor electrice cu software CM 2000

Fig. 2.2 Măsurarea tensiunilor, curentului, rezistențelor electrice prin metoda simulării software.

2.3.4.2 Măsurători virtuale dc/ac lab

(https://dcaclab.com/en/lab?from_main_page=true)

Fig. 2.3 Măsurarea rezistențelor electrice cu instrumente virtuale

Fig. 2.4 Măsurarea tensiunilor și curentilor electrici cu instrumente virtuale

2.3.5 Simularea circuitelor logice digitale cu software Circuit Maker 2000

2.3.5.1 Simulare software AND

Fig. 2.5 Simulare software circuit digital AND.

2.3.5.2 Simulare AND cu diode

Fig. 2.6 Simulare software circuit digital AND cu diode..

2.3.5.3 Simulare AND cu tranzistori

Fig. 2.7 Simulare software circuit digital AND cu tranzistoare.

2.3.5.4 Simulare NAND gate cu software Circuit Maker 2000

Fig. 2.8 Simulare software circuit digital NAND .

2.3.5.5 Simulare OR cu software Circuit Maker 2000

Fig. 2.9 Simulare software circuit digital OR

2.3.5.6 Simulare NOR gate cu software Ciruit Maker 2000

Fig. 2.10 Simulare software circuit digital NOR

2.3.5.7 Simulare NOT cu software Circuit Maker 2000

Fig. 2.11 Simulare software circuit digital NOT

2.3.5.8 Simulare XOR gate cu software Circuit Maker 2000

Fig. 2.12 Simulare software circuit digital XOR

2.3.5.9 Simulare NXOR gate cu software Circuit Maker 2000

Urmare a simularii se verifică că circuitul CI 4077 XNOR respectă tabela de adevăr; adică la semnale de intrare egale ( 0 logic, 0 logic, respectiv 1 logic, 1 logic) prin logic display (L1, L2, L3, L4) circulă current electric.

Fig. 2.13 Simulare software circuit digital NXOR

2.4 Evaluarea rezultatelor învățării.

Evaluarea elevului tine cont de triada cunoștințe, abilități, atitudini. Dacă un elev învață ceva nou, va cădea în una din cele trei categorii.

Învățarea faptelor și conceptelor electronice ar intra în categoria cunoașterii.

Învățarea cum să facă ceva cu ceea ce cunoaște în electronică ar fi în categoria de competențe.

Învățarea formării unui punct de vedere sau convingeri noi sau diferite ar cădea în categoria de atitudine.

Cunoașterea include înțelegerea, aplicarea și evaluarea faptelor, tiparelor și conceptelor.

Docimologic cunoașterea poate fi măsurată cu examene scrise sau orale în cazul în care o persoană explică ceea ce știe.

Cunoașterea faptelor și conceptelor constituie fundamentul pentru capacitatea de a aplica aptitudinile de a îndeplini o sarcină sau de a modifica o atitudine.

Un elev ar trebui să aibă o cunoaștere de bază a problematicii electronice înainte de a dezvolta abilitatea de atitudine.

Abilitățile se referă la capacitatea de a efectua fizic o activitate sau o sarcina de lucru. Include mișcare fizică, coordonare, dexteritate, și aplicarea cunoștințelor.

Abilitățile sunt măsurate în termeni de viteză, precizie și/sau tehnică prin observare sau monitorizare.

Abilitățile sunt de obicei învățate prin transferul de cunoștințe. De obicei, o persoană dobândește cunoștințele despre cum să îndeplinească o sarcină și apoi începe fizic să îndeplinească sarcina.

Atitudinea este un mod de a gândi sau de a simți despre cineva sau ceva.

Include modul în care o persoană se poate ocupa de lucruri emoționale, și este de multe ori reflectată în comportamentul unei persoane.

Atitudinea unei persoane poate afecta în mod semnificativ sentimente, valori, apreciere și motivații pentru ceva.

Dezvoltarea sau adaptarea atitudinii unei persoane poate lua o marime considerabilă de timp și efort.

De multe ori nu este ușor să schimbi atitudinea unei persoane după ce aceasta a fost formată o perioadă semnificativă de timp.

Elevul la ora de Electronică trebuie să comunice o serie de rezultate teoretice și practice.

Prin Metode moderne interactive de predare a simulării circuitelor logice integrate în automatizări elevul lucrează în echipă în experimentarea electronică și dezvoltă astfel calități pentru o bună integrare socială.

Lucrul în echipă: capacitatea de a funcționa eficient într-o echipă a cărei membri împreună asigură conducerea, crearea unui mediu colaborativ și incluziv, stabilirea obiectivelor, planificarea sarcinilor și îndeplinirea obiectivelor.

Experimentare: Abilitatea de a dezvolta și de a efectua experimente adecvate, de a analiza și de a interpreta datele și de a folosi raționamentul tehnic pentru a trage concluzii.

Învățare pe tot parcursul vieții: o abilitate de a dobândi și de a aplica noi cunoștințe după cum este necesar, folosind strategii de învățare adecvate.

2.4.1 Exemplu de evaluare prin itemi cu alegere multiplă, rezolvați cu metoda simulării software.

1. Scara gradată ohmmetrului paralel este:

a) inversă și neuniformă;

b) inversă și uniformă;

c) directă și neuniformă;

d) directă și uniformă.

2. Wattmetrul este aparatul cu ajutorul căruia se măsoară:

a) intensitatea curentului electric;

b) puterea electrică;

c) rezistența electrică;

d) tensiunea electrică.

3. Aparatul electric prezentat este un instument de măsură:

a) electrodinamic;

b) ferodinamic;

c) feromagnetic;

d) magnetoelectric.

4. Contorul electric de inducție este un mijloc de măsurare a:

a) energiei electrice din circuitele de c.a;

b) energiei electrice consumate în circuite de c.c;

c) intensității curentului electric;

d) puterii active.

5. Constanta unui wattmetru KW se calculează cu relația:

a) max KW 1/Un I n ;

b) max KW I n /Un ;

c) max KW Un / I n ;

d) max KW Un I n / .

6. Rezistenta echivalentă R a circuitului este:

a) R=80 Ω

b) R=60 Ω

c) R=100 Ω

d) R=40 Ω

7. Intensitatea curentului total consumat de circuit este:

a) I=170, 8 mA

b) I=180, 5 mA

c) I=166,7 mA

d) I=165, 6 mA

8. În exemplul 6 rezistența R2 este schimbată pentru a se obține R=75Ω. Noua valoare R2 este:

a) 90 Ω

b) 95 Ω

c) 100 Ω

d) 120 Ω

Fig. 2.14 Simulare software

Numărul 10 exprimat în binar este:

1000

1001

1010

1100

Solutie software la https://codebeautify.org/all-number-converter

10 În schema următoare, dacă fiecare baterie are rezistența interna r=0,25 Ω curentul I consumat este:

1,149 A

1,143 A

1, 235 A

2, 789 A

Fig. 2.15 Simulare software ex. 10

11 Numărul 117 exprimat în binar este:

1000100

1001010

1010101

1110101

Soluția software 1110101 la https://codebeautify.org/all-number-converter

12 Un oscillator sinusoidal produce 20 cicluri in 400 ms. Frecvența este:

25 Hz

50 Hz

75 Hz

80 Hz.

Fig. 2.16 Simulare software ex. 12

13 O diode LED este alimentată de la o baterie cu tensiunea E=10 V printr-o rezistență de 1 KΩ. Curentul consumat de la baterie este cca:

50 mA

12 mA

5 mA

8 mA

Fig. 2.17 Simulare software ex. 13

14 Circuitul digital din figura are la ieșire 1 logic pentru intrările A, B, C

A=0, B=0, C=1

A=0; B=1, C=1

A=1, B=0, C=1

A=1, B=1, C=1

Soluție simulare software. Y=(AB)’·(A+B)’·C=A’·B’·C

Fig. 2.18 Simulare software ex. 14

15 Circuitul digital din figură are la ieșire 0 logic pentru:

A=0, B=0, C=1

A=0, B=1, C=1

A=1, B=0, C=1

A=1, B=1, C=1.

Fig. 2.19 Simulare software ex. 15

16 Led-ul funcționează la U=2V, I=10 mA. Rezistența R are valoarea :

R=400 Ω

R=300 Ω

R=500 Ω

R=200 Ω

Fig. 2.20 Simulare software ex. 16

17 Perioada și frecvența aferentă semnalului sinusoidal vizualizat pe Osciloscopul digital sunt:

T=0,5 s, f=2 Hz

T=1 s, f=1 Hz

T=1,5 s, f=0,8 Hz

T=2,0 s, f=0,5 Hz

18 În cele 2 MUX 8/1 sunt transmise la ieșirea Y intrările:

I7-I6

I2-I5

I4-I3

I7-I3

Fig. 2.21 Simulare software ex. 18

19 În MUX 8/1 la ieșire este transmisă intrarea I4. Poziția comutatoarelor V9, V10, V11 este:

V9=1, V10=1, V11=1

V9=1, V10=0, V11=0

V9=1, V10=1, V11=0

V9=0, V10=1, V11=1

Fig. 2.22 Simulare software ex. 19

20 La un Half Adder se obține la ieșire S=0, C=1 pentru:

A=1, B=0

A=1, B=1

A=0, B=0

A=1, B=0

Fig. 2.23 Simulare software ex. 20

21 Unitatea de masură pentru tensiunea electrică este:

Volt

Joule

Kelwin

Amper

22 În circuitul de mai jos valoarea totală a curentului consumat de la sursă este:

2 mA

3 mA

4 mA

5 mA

23 Capacitatea echivalenta a 2 condensatoare având aceeași capacitate electrică și care sunt conectate în paralel este:

C/2

2C

2/C

2C/5

24 Din arhitectura unui microprocessor nu fac parte:

Unitatea aritmetico logică

Unitatea de comandă și control

Actuatorii

Registrul de comandă

25 Codificarea datelor în sistemul digital are la bază unitate numită:

Bit

Octet

Cuvânt

Kilooctet

26 Forma elementară a funcției f(a, b)=(a+b)(a’+b’) este;

f=ba’+ab’

f=ab+a’b’

f=a’+b’

f=a+b

27 Functia logica f(a, b)=(a+b)(a’+b’) este echivalată cu un circuit:

NOR

XNOR

XOR

NAND

Fig. 2.24 Simulare software ex. 27

28 Ieșirea unei porți NOR cu mai multe intrări se află în “1” logic dacă:

Toate intrările sunt în “0” logic

Toate intrările sunt în “1” logic

Cel mult o intrare este în “ 0” logic

Cel puțin o intrare este în “ 1 “ logic

Fig. 2.25 Simulare software ex. 28

29 Un segment al sistemului de afisaj este defect. Știind că singurele cifre afișate complet sunt 0, 1 și 7 segmentul defect este :

g;

c;

c) e;

d) f.

Fig. 2.26 Simulare software ex. 29

30 Expresia logică Y=A’B+AB’ dacă A=B este:

A’

0

1

A

Fig. 2.27 Simulare software ex. 30

31 Un MB reprezintă :

1024 biți

1000 octeți

1024 kocteți

64 biți.

32 Pragul de sensibilitate este:

a) cea mai mică variație a mărimii de măsurat care determină o variație perceptibilă a mărimii de ieșire.

b) proprietatea unui aparat de măsurat de a da indicații cât mai apropiate între ele.

c) limita maximă a măsurarilor cu erori acceptabile.

d) cea mai mare variație a mărimii de măsurat care determină o variație perceptibilă a mărimii de ieșire.

33. Aparatele de masurat notate cu 1,2,3 din schema de mai jos sunt:

a) 1-ampermetru, 2-ampermetru,3-voltmetru;

b) 1-voltmetru, 2-ampermetru, 3-voltmetru;

c) 1-ampermetru, 2-voltmetru, 3-ampermetru;

d) 1-ampermetru, 2-voltmetru, 3-voltmetru.

34. Pentru ca la montarea unui voltmetru într-un circuit funcționarea circuitului să nu fie influențată, este necesar ca:

a. rezistența proprie a voltmetrului să fie mult mai mică decât rezistența circuitului;

b. să se conecteze o rezistență adițională;

c. rezistența proprie a voltmetrului să fie mult mai mare decât rezistența circuitului;

d. rezistența proprie a voltmetrului să fie egală cu rezistența circuitului.

35. Functiei binare f=(A+B)’=A’B’ ii corespunde urmatorul circuit logic:

36. Deduceți ce funcție logică implementează circuitul realizat cu porți logice de mai jos:

AND cu 3 intrari

NAND cu 3 intrari

OR cu 2 intrari

NOR cu 2 intrari

Fig. 2.28 Simulare software ex. 36

37. Un multiplexor cu 3 linii de adresă are:

a) o intrare de date

b) două intrări de date

c) patru intrări de date

d) opt intrări de date

38. Expresia logică f=ABC+ABC’+A’B+B’:

a) ABC

b) 1

c) 0

d) AB

Fig. 2.29 Simulare software ex. 38

39. Varianta corectă pentru perechea de relații adevărate illustrate alăturat este:

a) 1 și 2

b) 1 și 4

c) 2 și 3

d) 3 și 4

40. Perioada unui semnal de 500Hz este:

a) 20 ms

b) 200 ms

c) 0,2 ms

d) 2 ms

Fig. 2.30 Simulare software ex. 40

41. Factorul de umplere al semnalului este:

25%

50%

75%

d) 100%

42. Care este conversia binară a numărului zecimal 207?

a) 11011000;

b) 11100110;

c) 10111010;

d) 11001111

Decimal to Binary converter

. https://www.rapidtables.com/convert/number/decimal-to-binary.html

43. La un multiplexor relația de legatură între cele m intrări și codul de selecție a căii de
intrare de n biți este:

a) m=n

b) m=4/n

c) m=2n

d) n=2m

44. Un voltmetru este considerat mai bun, când:

a) rezistența în ohm pe volt este mai mare;

b) rezistența în ohm pe volt este mai mică;

c) rezistența în ohm pe volt este constantă;

d) rezistența în ohm pe volt este mai variabilă.

45. Unitatea de masură pentru frecvență este:

a) volt;

b) decibel;

c) bel;

d) hertz

46. Un voltmetru conectat între bornele A și B ale circuitului din figura alăturată,indică o tensiune egală cu:

a) 60 V;

b) 30 V;

c) 0 V;

d) 10V

Observatie: Condiția de echilibru a punții Wheatstone este îndeplinită R1*R4=R2*R3

47. Funcția realizată cu ajutorul schemei logice din fig. este:

a) (A+B)’

b) A’

c) 1

d) 0

Y=(AB)’+(A’B)’=A’+B’+A+B’=1+B’=1

Fig. 2.31 Simulare software ex. 47

48. Decodificatorul BCD-zecimal( 4 to 16 decoder) are intrările conectate ca în fig. alăturată. Ieșirea activă pe “1” va fi:

a) Q12

b) Q15

c) Q10

d) Q9

Fig. 2.32 Simulare software ex. 48

49. Decodificatorul BCD-zecimal (4 to 16 decoder) are intrările conectate ca în fig. alaturată. Ieșirea activă Q0= “1” logic este corelată cu situația intrărilor:

a) A3=0, A2=0, A1=0, A0=0.

b) A3=1, A2=0, A1=1, A0=0.

c) A3=0, A2=1, A1=0, A0=1.

d) A3=1, A2=1, A1=0, A0=0.

Fig. 2.33Simulare software ex. 49

50. Funcției binare f=(A+B)’ îi corespunde următorul circuit logic:

a)

b)

c)

d)

51. Aplicând pe intrarea X a osciloscopului o tensiune sinusoidală cu frecvența mai mare de 50Hz, iar pe intrarea Y nici un semnal, pe ecran se observă :

a) un punct luminos

b) o linie orizontală

c) o curbă de formă sinusoidală

d) o linie verticală

52. Siguranțele fuzibile:

a) se montează în serie și întrerup circuitul înainte de trecerea prin maxim a curentului de scurtcircuit

b) se montează în paralel și întrerup circuitul înainte de trecerea prin maxim a curentului de scurtcircuit

c) se montează în serie și întrerup circuitul în momentul trecerii prin maxim a curentului de scurtcircuit

d) se montează în paralel și întrerup circuitul în momentul trecerii prin maxim a curentului de scurtcircuit.

53. Pentru ca un circuit integrat să semnalizeze „1 logic” la ieșire, este necesar ca tensiunea de ieșire să aibă valoarea cuprinsă între:

a) 3,5 V și 4,99 V;

b) 0,01 V și 1,51 V;

c) 1,5 V și 3,5 V;

d) 0 V și 1 V.

2.4.2 Exemplu de evaluare prin itemi de tip pereche

1. În coloana A sunt enumerate mărimi fizice, iar în coloana B unități de măsură.

Scrieți pe foaie asocierile corecte dintre fiecare cifră din coloana A și litera corespunzătoare din coloana B.

1–d

2–c

3-a

4-b

5-f

În coloana A sunt indicate diferite mijloace de măsurare, iar în coloana B mărimile fizice aferente acestora. Asociați cifrele din coloana A și literele corespunzătoare din coloana B

1.-d

2. -a

3. -f

4. –c

5. -b

Asociați coloana A cu coloana B:

a-3

b-4

c-1

d-2

Asociați coloana A cu coloana B

a-3

b-2

c-4

d-5

e-1

2.4.3 Itemi cu raspuns scurt de completare

Scrieți pe fișa de evaluare cifrele de la 1 la 12, iar în dreptul fiecăreia treceți noțiunea corectă care completează spațiile libere corespunzătoare:

1) Pentru extinderea de n ori a domeniului de măsurare al unui ampermetru se montează în…(1)…cu acesta o rezistență șunt a cărei valoare este de ……(2)…ori mai…(3)…decât rezistența internă a aparatului.

2) Conditia de echilibru a puntii Wheatstone este …(4)….

3) Proprietatea unui aparat de măsură de a indica aceeași valoare când măsurarea se repetă în condiții identice, se numește…(5)… .

4) Un Megaoctet reprezintă …(6) …kiloocteți

5) Traductorul este un dispozitiv care convertește mărimea …( 7)… de la intrarea sa într-o mărime ….(8)…. obținută la ieșire.

6) Multiplexorul este un circuit logic …….(9)….care permite transmiterea datelor de la una din cele n intrări la ……..(10)…..

7) Demultiplexorul este un circuit logic…….(11)…… care realizează operația inversă multiplexării, adică transmite semnalul prezent la intrarea unică la una din ….(12)…și anume la cea selectată.

8) Voltmetrele sunt aparate de măsură pentru ……..(12)……….electrică și se montează în…….(13)….. cu elementul de circuit corespunzător .

9) Ampermetrele sunt aparate de măsura care se montează în …(13)… cu elementul de circuit corespunzător.

10) Factorul de amplificare este raportul dintre semnalul de ……(14)……..și semnalul corespunzător de la ……(15)…..amplificatorului.

11) Într-un osciloscop catodic, tunul electronic este format dintr-un catod încălzit de un…(16)… și un electrod de forma …(17)… avănd un orificiu îngust în bază prin care …(18)… ies sub formă de fascicol.

12) Valoarea intensității curentului electric măsurat se calculează prin înmulțirea valorii diviziunii la care se oprește indicatorul, cu ……….(19)……….. …………..(20)………..

13) Voltmetrele sunt aparate de măsură pentru ……..(21)……….electrică și se montează în…….(22)….. cu elementul de circuit corespunzător .

Paralel

n-1

Mică

Produsul rezistențelor pe brațele opuse este egal

Fidelitate

1024

În general neelectrică

Electrică

Combinațional

Ieșire

Combinațional

Tensiunea

Serie

Ieșire

Intrarea

Filament

Cilindrică

Electronii

Constanta

Ampermetrului

Tensiunea

Paralel

2.4.4 Itemi cu alegere duală Adevărat/Fals

1. Rolul rezistorului montat în serie cu galvanometrul (indicatorul de nul), într-o punte Wheatstone, este de a mări sensibilitatea acestuia. (F)

2. Rezistența proprie a ampermetrului montat într-un circuit trebuie să fie mult mai mare decât rezistența circuitului. (F)

3. Diagrama Karnaugh-Veitch constituie o reprezentare grafică a formei canonice a unei funcții logice. (A )

4. Ohmmetrul derivație măsoară rezistențe de valori mari. (F)

5. Numerele zecimale obținute prin conversia numerelor binare care au bitul cel mai semnificativ 1 sunt totdeauna impare. ( A)

6. În polarizare inversă, dioda semiconductoare se comportă ca un contact deschis. (A)

7. Siguranțele fuzibile sunt aparate de protecție la scurtcircuit. (A)

8. In polarizare directa, dioda semiconductoare se comporta ca un contact închis.(A)

9. Dioda care conduce sub acțiunea fluxului luminos se numeste LED. ( F)

10. În cazul unei punți aflate la echilibru, produsele impedanțelor din brațele alăturate sunt egale. (F)

11. FAN – IN se definește ca numărul minim de intrări ce pot fi conectate la o ieșire. (F)

12. FAN OUT Numărul maxim de intrări care pot fi conectate la ieșirea unei porți (A)

CAPITOLUL 3. REZULTATELE CERCETĂRII

3.1 Prezentarea și analiza datelor.

Prezentarea și analiza datelor reprezintă o parte integrantă a tuturor studiilor academice, a activităților comerciale, industriale și de marketing, precum și a practicilor profesionale.

Este necesar să se utilizeze datele colectate care sunt considerate a fi date brute ce trebuie prelucrate pentru a pune în aplicare orice aplicație.

Analiza datelor ajută la interpretarea datelor și ia o decizie sau răspunde la întrebarea de cercetare.

Acest lucru se poate face folosind instrumente de prelucrare a datelor și software-uri.

Analiza datelor începe cu colectarea de date, urmată de prelucrarea datelor prin diverse metode de procesare a datelor și sortarea acestora.

Datele prelucrate ajută la obținerea de informații din acesta, dat fiind faptul că datele brute nu sunt de natură completă.

Prezentarea datelor include reprezentarea grafică a datelor utilizând grafice, diagrame, hărți și alte metode.

Aceste metode ajută la adăugarea aspectului vizual la date, ceea ce le face mult mai confortabile și mai rapid de înțeles.

Suntem un inginer, expert în tehnologie de măsurare, om de știință sau elev?

Efectuăm sarcini complicate de măsurare sau suntem responsabili pentru calitatea și siguranța produselor noastre.?

Aplicațiile software de simulare utilizate în Electronica Digitala a circuitelor logice din Automatizari permit o utilizare intuitivă pentru analizarea și prezentarea datelor.

CircuitMaker 2000 de la MicroCode Engineering, este un instrument de design și simulare ușor de utilizat.

Softurile logice în Electronica Analogică și Digitală excelează în special în analizarea proceselor dinamice de sinteză a circuitelor logice.

Analiza statistică descriptivă a datelor în simularea circuitelor logice integrate în automatizari constă în combinarea abordării cantitative a utilizarii biților în cazul circuitelor integrate cu o abordare calitativă, cea care ține cont de plăcerea lucrului în simularea software interactivă, metodă prin care elevul are acces la rezultatele vizuale ale experimentului logic.

Statisticile se referă la descrierea, interpretarea și analiza datelor și sunt, prin urmare, un element esențial în îmbunătățirea oricărui proces în dinamica semnalelor electrice.

Statisticile utilizează metode analitice care furnizează matematica necesară ce modelează și prezice variațiile semnalelor de ieșire în electronica digitală.

O statistică electronică folosește metode grafice care ajuta la obținerea unor valori importante (Amplitudine, Frecvența, semnale, etc.) pentru orice comunicare în automatizări.

Avem astfel acces la un “pluralism metodologic”, o predare între date obținute teoretic, cu generarea ipotezelor și schemele logice obținute și posibilitatea de a simula interactiv, de a modifica datele inițiale ale unui experiment logic în automatizări și a obține cu software Circuit Maker 2000 rezultate ca OUTPUT într-o succesiune dinamică a biților.

Datele inițiale țin cont de tabelele de adevăr ale unui circuit logic iar succesiunea de “1” logic de la ieșirea funcției logice ( Half adder, Full Adder, etc.) trebuie minimizată prin diagramele Veitch Karnaugh.

Voi exemplifica cele sus menționate în cazul Controlului unui afișaj pe 7 segmente utilizând CMOS 4511.

Afișarea cifrei 0 pe display logic 7 segmente constă în activarea segmentelor: a, b, c, d, e, f la o comandă de intrare D3=0, D2=0, D1=0, D0=0

Afișarea cifrei 1 pe display logic 7 segmente constă în activarea segmentelor: b,c la o comandă de intrare D3=0, D2=0, D1=0, D0=1.

Afișarea cifrei 2 pe display logic 7 segmente constă în activarea segmentelor: a, b, g, e, d la o comandă de intrare D3=0, D2=0, D1=1, D0=0.

Afișarea cifrei 3 pe display logic 7 segmente constă în activarea segmentelor: a, b, g, c, d la o comandă de intrare D3=0, D2=0, D1=1, D0=1.

Afișarea cifrei 4 pe display logic 7 segmente constă în activarea segmentelor: b, c, f, g, la o comandă de intrare D3=0, D2=1, D1=0, D0=0.

Afișarea cifrei 5 pe display logic 7 segmente constă în activarea segmentelor: a, f, g, c, d la o comandă de intrare D3=0, D2=1, D1=0, D0=1.

Afișarea cifrei 6 pe display logic 7 segmente constă în activarea segmentelor: c, d, e, f, g la o comandă de intrare D3=0, D2=1, D1=1, D0=0.

Afișarea cifrei 7 pe display logic 7 segmente constă în activarea segmentelor: a, b, c la o comandă de intrare D3=0, D2=1, D1=1, D0=1.

Afișarea cifrei 8 pe display logic 7 segmente constă în activarea segmentelor: a, b, c, d, e, f, g la o comandă de intrare D3=1, D2=0, D1=0, D0=0.

Afișarea cifrei 9 pe display logic 7 segmente constă în activarea segmentelor: a, b, c, f, g la o comandă de intrare D3=1, D2=0, D1=0, D0=1.

Analiza dinamică actualizează forme de undă și curbe în timp ce edităm, elevul având la dispoziție o conexiune imediată între logica intrărilor dorită și situația ieșirilor la afișajul 7 segmente. Elevul la ora de Electronică Digitală poate simula și experimenta rapid funcții logice dorite, având plăcerea obținerii unor rezultate testate în mod teoretic.

Așadar statistica posibilă pe 4 biți a intrărilor în cazul Controlului unui afișaj pe 7 segmente utilizând CMOS 4511 duce la controlul celor 7 segmente conform tabelului prezentat mai jos:

Fig. 3.1 Controlul unui afișaj pe 7 segmente utilizând CMOS 4511

Simulări ale circuitelor electronice de bază și ale circuitelor logice după funcții precum NOT, AND, NAND, OR, NOR, XOR, NXOR sunt posibile cu software Circuit Maker 2000.

Modificările tensiunilor și curenților pe întregul circuit sunt afișate dinamic în timp real având unelte de Intrare precum Logic Switch iar ca instrumente de Ieșire 7 Segment LED (catod sau anod comun), Logic Display, Voltmetre, Ampermetre, Ohmetre digitale. .

Experimentele de laborator reale arată doar efectele externe, la nivel macro, lăsând ca digitalizarea interactivă prin software adecvat (Circuit Maker 2000, Electronics Workbench, etc.) să realizeze verificarea informatiilor electronice.

Elevul are o mare plăcere să folosească la clasă astfel de softuri pe WWW.

WinLogiLab software de predare pentru proiectarea circuitelor logice combinatoriale și secvențiale http://www.hakasoft.com.au/winlogilab,

Dc Ac lab software (https://dcaclab.com/sl/lab),

Circuit Maker 2000 (https://circuitmaker.com/)

Arduino platform (https://create.arduino.cc/)

National Instruments (https://www.ni.com/ro-ro.html)

Spice software

(http://www.electronics-lab.com/downloads/circutedesignsimulation/?page=5)

Circuit lab software( https://www.circuitlab.com/)

Utilizarea unor Metode moderne interactive de predare a simulării circuitelor logice integrate în automatizări duce la plăcerea simțită de elev la orele de Electronică în Automatizări (Electronică Analogică sau Electronică Digitală.

O manevrare simplă permite elevului modificarea formelor de undă de intrare atât ca amplitudine cât și ca frecvență prin rotirea unor potențiometre de canal 1, canal 2, bază de timp în cazul WFM_Viever.zip (http://www.hakasoft.com.au/wfm_viewer)

Testarea ipotezelor în Metode moderne interactive de predare a simulării circuitelor logice integrate în automatizări ține cont de verificarea tabelei de adevăr a circuitului logic.

O tabelă de adevăr este o structură matematică folosită în logica digitalaă – în special în legătură cu algebra booleană, funcțiile booleene și calculul propozițional – care stabilește valorile funcționale ale expresiilor logice pe fiecare dintre argumentele lor funcționale, adică pentru fiecare combinație de valori luate de variabilele lor logice.

În special, tabelele de adevăr pot fi folosite pentru a arăta dacă o expresie propozițională este adevărată pentru toate valorile legitime de intrare, adică valide logic.

Un tabel cu adevărat are o coloană pentru fiecare variabilă de intrare (de exemplu, P și Q) și o coloană finală care prezintă toate rezultatele posibile ale operației logice reprezentate de tabel (de exemplu, P XOR Q).

Fiecare rând al tabelului de adevăr conține o configurație posibilă a variabilelor de intrare (de exemplu, P = true Q = false) și rezultatul operației pentru acele valori.

În simularea cu software Circuit Maker 2000, Electronics Workbench specifică circuitelor digitale am utilizat tabele de adevăr specifice funcțiilor logice NOT, AND, NAND, OR, NOR, XOR, NXOR și indicatori de ieșire/intrare precum Logic Display, 7 segmente Display respectiv Logic witch pentru variabilele de intrare „0” logic, „1” logic. În aceste condiii au fost simulate funcționarea circuitelor logice sus menționate.

Fig. 3.2 Simulare software circuite logice NOT, NAND

Fig. 3.3 Simulare software circuit logic XOR

3.2. Interpretarea psihopedagogică a rezultatelor obținute

Cercetarea realizată își propune să investigheze efectul Simularii Circuitelor electronice asupra motivației de învățare a elevilor și efectul său asupra capacității elevului de a analiza circuitele electrice.

Simularea circuitelor pe calculator este un proces în două etape.

Primul pas trebuie să se realizeze schema de circuit real utilizând firele și componentele electronice (adică rezistența, condensatoarele, inductorul, diodele, circuitele integrate, etc …).

Al doilea pas se variază intrările în circuitul realizat pentru a vedea cum afectează funcționarea și ieșirile prin calcularea comportamentului teoretic ideal obținut din legile lui Kirchhoff.

Ideea de a folosi simularea în instruirea electricității nu este nouă.

Învățarea prin laboratoare virtuale sau simulări pe calculator poate avea un efect pozitiv asupra dobândirii cunoștințelor conceptuale în domeniul electricității și a circuitelor electrice simple atunci când este utilizată ca înlocuitor al echipamentelor reale.

Instrumentul utilizat în această cercetare sunt chestionarul de motivare în învățare și tabelul de analiză al circuitului electric.

Datele din această cercetare au fost analizate utilizând testul independent și testul de amplificare prin metoda simulării circuitelor electronice.

Rezultatul a arătat că motivația elevului pe grupul experimental prin simularea electronica este mai mare decât în grupul de control.

Capacitatea elevilor de a analiza circuitele electrice ale grupului experimental este semnificativ mai bună decât grupul de control.

S-a ajuns la concluzia că simulatorul Circuit Maker 2000, Electronics Workbench, etc. este eficient în îmbunătățirea motivației și capacității elevului de a analiza circuitele electrice.

Cauza dificultăților cu care se confruntă elevii în studierea Modulelor de Electronică Analogică și Electronica Digitală este cauzată de conținutul său în sine, în special la electronica de bază a componentelor (diode, tranzistor, circuite logice, etc.).

Elevii sunt mai focalizați pe capacitatea de a citi și analiza circuitele folosite ca o parte importantă a învățării energiei electrice și nu pe capacitatea de a proiecta scheme electronice.

Mulți elevi au dificultăți în construirea schemei circuitului și a diagramei de interpretare prin minimizarea Karnaugh map.

Activitățile de practică joacă un rol important în dezvoltarea abilităților de gândire ale elevilor în atingerea obiectivelor de învățare în modulele electronice de bază.

Cu toate acestea, nu toate materialele electronice de bază pot fi puse în practică datorită limitărilor instrumentelor, materialelor și timpului petrecut în timpul activităților de laborator.

Schema de circuite complexe determină dificultățile ale elevilor în pregătirea circuitelor electrice, deoarece elevii trebuie să acorde atenție și siguranței în timpul activităților de practică.

Această condiție determină elevii să se simtă plictisiți, tensionați, nefocalizați și temându-se să experimenteze ca să nu distrugă componentele electronice sau de teama de a nu provoca electrocutare.

Simulările conțin modele care sunt concepute pentru a simula sisteme, procese sau fenomene.

Elevii pot schimba valorile variabilelor în simulare (de exemplu rezistența într-un circuit electric virtual) și pot observa efectele acestor modificări asupra altor variabile (de exemplu, tensiunea sau intensitatea curentului electric; Ohm’s Law)

Simulările electronice le permit elevilor desfășurarea de experimente și colectarea datelor experimentale rapid și ușor.

Într-un laborator virtual, spre deosebire de un laborator real cu componente și aparate de măsură electronice, setarea unor parametri și modificări la configurația electronică poate fi făcută rapid și fără efort, permițând elevilor să se concentreze asupra proceselor lor de cercetare fără întrerupere.

Prin schimbarea sistematică de variabile, observarea și interpretarea consecințele acestor schimbări, elevii pot explora proprietățile circuitului de bază (de ex. experimentarea legii lui Ohm).

În electronică, există multe programe de calculator care ne oferă simulare sau laboratoare virtuale despre circuitele electrice cum ar fi Electronic Workbench (EWB), Multisim, Circuit Maker 2000, etc.

Elevul poate ajusta parametrii în timp ce circuitele funcționează și ajustările sunt efectuate în timp real.

Elevul se bucură de avantajele date de un editor schematic, o bibliotecă actualizată mereu de componente digitale și analogice, animații ale formelor de undă de tensiune, fluxuri curente și sarcini de condensator, osciloscop și o comunitate publică care permite accesul și accesul la modele.

Printr-un Editor schematic Simbolurile componentelor alese din bara de componentă selectată sunt poziționate, deplasate, rotite și / sau realizate în oglindă pe ecran cu ajutorul mouse-ului.

Catalogul semiconductorilor permite elevului să selecteze componente dintr-o bibliotecă extensibilă de utilizator.

Elevul are posibilitatea să deschidă orice număr de fișiere de circuite sau subcircuite, poate tăia, copia și lipi segmente de circuit de la un circuit la altul și, bineînțeles să analizaze oricare dintre circuitele parcurse de curent electric.

Fig. 3.4 Bibliotecă simulare componente electronice

Elevul ce practică simularea circuitelor logice integrate în automatizări are la dispoziție multe componente electronice, Surse controlate în tensiune sau curent, rezistori, condensatori, inductori, transformatoare, Voltmetru, ampermetru, ohmmetru, motor DC, Potentiometru, lampă, Întrerupătoare, Butoane NC, NO, diode, diode emițătoare de lumină (LED), tranzistoare MOS (MOSFET), tranzistoare de joncțiune bipolară (BJT), amplificator operațional ideal, porți logice digitale (AND, OR, NOR, NAND, XOR, 555 timer, Counter, 7-segment display și decodor logic pentru circuite logice combinaționale.

3.3 Concluzii

Scopul acestei lucrări „Metode moderne interactive de predare a simulării circuitelor logice integrate în automatizări” este de a investiga efectul obținut prin Metoda de Simulare a circuitelor electronice asupra motivației învățării elevului cât și efectul metodei asupra capacității elevilor de a analiza circuitele electrice.

Grupul experimental este un grup de elevi care utilizează simularea oricărui circuit electric, iar grupul de control este un grup de elevi care nu utilizează metoda Simularii circuitelor electrice.

Materialul testat în această cercetare este analiza circuitului electric.

Au fost utilizate tehnici de colectare a datelor utilizate sub formă de teste de eseu (analiza circuitelor electrice) și chestionare închise pentru a evalua motivația elevilor.

Testele oferite sunt pretest și posttest sub forma unei descrieri.

Pretestul este folosit pentru a determina capacitatea inițială a studenților înainte de a se administra testarea prin metoda Simularii cu Electronic Workbench (EWB), Multisim, Circuit Maker 2000, etc.

Posttestul a fost folosit pentru cunoașterea capacității de analiză a elevilor după predarea directă prin utilizarea unor simulatoare de circuite electronice.

Punctajele pentru descrierile schemelor electronice se referă la rubrica de evaluare.

Chestionarul este folosit pentru a afla motivația elevilor în învățarea circuitelor electrice înainte și după experimentul de simulare a circuitelor electronice.

Datele cercetării au fost analizate utilizând t-test independent cu un nivel de semnificație de 5%.

Pentru a calcula mărimea efectului în urma aplicării testului t pentru 2 eșantioane independente avem nevoie de următoarele informații:

media variabilei dependente (notarea docimologică) pentru fiecare din cele două grupe formate (predare prin metoda convențională versus predare prin metoda simulării în Electronică );

abaterea standard a variabilei dependente pentru fiecare dintre cele doua grupe formate;

numărul de elevi din fiecare grupă constituită;

indicatorii testului statistic (valoarea testului t, pragul de semnificatie).

Putem utiliza SPSS statistica sau metode de prelucare prin EXCEL statistica.

3.3.1 Obiectivele și motivația cercetării

Complexitatea sistemelor electronice pune înțelegerea de bază a sistemului real înainte de simulare ca factor indispensabil.

Simularea în electronică nu poate înlocui înțelegerea fundamentală a circuitelor.

Cel mai mare beneficiu al utilizării Simulării electronice ca metodă de învățământ este că timpul necesar realizării unei scheme electronice cât și costurile necesare achiziționării componentelor electronice sunt salvate în cazul sistemului convențional real deoarece proiectarea, construirea schemei electronice, testarea, reproiectarea, reconstrucția, retestarea și așa mai departe ar putea fi foarte scumpe atât în ​​timp, cât și în bani.

În plus, simularea oferă înțelegere cum sistemele funcționează cu adevărat fără a le construi.

În plus, simulările sunt repetate și pot fi optimizate în orice moment pentru a oferi rezultate care sunt măsurabile cu tehnologia actuală.

Există, totuși, unele dezavantaje ale simulării de care simulatorul ar trebui să fie conștient.

De exemplu, rezultatele de simulare ar putea fi complet greșite din cauza unor erori de date de intrare.

Mai mult decât atât, uneori rezultatele unor simulări complexe sunt greu de înțeles și trebuie analizate separat și din acest motiv, simularea nu poate rezolva singură problemele, deoarece o simulare electronică bună are nevoie de o bază de înțelegere a sistemului real, adică de o cunoastere electronică fundamentală.

În cele din urmă, construirea unui instrument de simulare bun poate fi foarte consumator de timp pentru constructorul de modele electronice și achiziționarea unui astfel de instrument software poate fi foarte costisitor.

În general, simularea analogică este mai potrivită pentru sistemele dependente de timp, când timpul poate fi controlat precis. Se utilizează în principal pentru simularea circuitelor.

Simularea numerică este mai mult potrivită pentru sisteme dependente de spațiu, unde spațiul poate fi controlat cu precizie și este în principal adecvată pentru simularea pe teren.

În ciuda imbunatatirilor uriașe realizate de construirea de instrumente de simulare în ultimii ani, îmbunătățiri suplimentare sunt binevenite.

Inginerii pot extinde probabil această listă, dar următoarele îmbunătățiri în lumea simulării sunt încă de dorit pentru unele pachete de simulare:

a) design de software mai intuitiv pentru a face uzul chiar mai ușor;

b) modele mai rapide pentru un timp de simulare mai mic;

c) transferul de modele și rezultate între diferite instrumente de simulare și sisteme de operare;

d) un sprijin mai bun pentru utilizatori și ajutor online extins;

e) costuri reduse ale licenței.

Unele așteptări de bază pentru un bun instrument software de simulare cuprind:

a) design schematic confortabil și intuitiv;

b) interpretarea ușoară a mesajelor de eroare;

c) executarea robustă a simulării;

d) formatele rezultatelor de simulare care pot fi exportate în alte programe pentru analize ulterioare;

e) suport bun de la producător;

f) portabilitatea modelelor de la o versiune de program la cele următoare.

Dificultăți întâmpinate pe parcursul cercetării sunt legate de lipsa unui laborator de Electronică Analogică și Digitală în scoală, laborator dotat cu acces la Internet, Media, și cu software de simulare Circuit Maker 2000, Electronics Workbench în Electronică instalat pe fiecare calculator, astfel încât fiecare elev să aibă acces la aceste metode de simulare în Automatizări.

3.3.2 Contribuția personală la cercetare.

Punctul central al instituțiilor de învățământ superior este pregătirea viitorilor profesioniști.

Pentru a atinge acest scop, sunt deseori implementate metode inovatoare de predare, inclusiv jocuri și simulări, care fac obiectul acestei cercetări de grad 1 în învățământ.

Pe măsură ce domeniul jocurilor și simulărilor digitale se maturizează, această cercetare încearcă să revizuiască în mod sistematic literatura relevantă pentru jocurile și pedagogia simulării în învățământul tehnologic.

Cele mai relevante aspecte care au constituit contribuția individuală la realizarea temei de cercetare de grad 1 sunt realizarea prin simulare software Ciecuit Maker 2000 a diverselor scheme de Electronică Digitală precum:

Simulare software montaj CI 4511 ce comandă afisaj 7 segmente catod comun;

Circuit “ voter”’

Comparator pe 2 biți’

Studiu de caz Comparator pe 2 biți X=Y;

Binary comparator CI 7485 pe 4 biți, simulare software cu Circuit Maker 2000;

Simulare decodificator BCD –zecimal cu software Circuit Maker 2000;

Simulare funcționare Half Adder cu software Circuit Maker 2000;

Simulare Full Adder cu software Circuit Maker 2000;

Aplicație software MUX 8:1cu Circuit integrat SN74LS151;

Simulare funtionare DMUX 1:4 (cu porți logice elementare) cu software Circuit Maker 2000

Aplicație software DMUX 1: 4 realizat cu CI 74LS 155

Măsurători virtuale dc/ac lab;

Simularea circuitelor logice digitale cu software Circuit Maker 2000;

Itemi cu alegere multiplă, rezolvați cu metoda simulării software (53 exercitii);

Evaluare prin itemi de tip pereche;

Evaluare prin Itemi cu răspuns scurt de completare;

Itemi obiectivi Adevărat/Fals.

Diagramele de potențiale au fost întocmite pe baza tabelelor de adevăr si consultării “data sheet”, adică a unor fișe tehnice sau fișe de specificații care rezumă performanța și alte caracteristici tehnice ale unui produs, componente (de exemplu, o componentă electronică), material, subsistem (de exemplu, sursa de alimentare curent continuu) detaliu care permite profesorului de proiectare să înțeleagă rolul componentei în sistemul general.

Grupul țintă vizat de proiectul “Metode moderne interactive de predare a simulării circuitelor logice integrate în automatizări” este format din 10 elevi clasa X A de la Liceul tehnologic „Valeriu Braniste” Lugoj” care au lucrat la ore schemele de Electronică Digitală cu circuite de simulare software precum Circuit Maker 2000, Electronics Workbench.

Rezultatele sunt prezentate în corelație cu rezultatele altor 10 elevi clasa X A ce au lucrat aceleași probleme de Electronică Digitală prin Metode Convenționale (testare scheme cu Breadboard-ul ce se foloseste pentru realizarea extrem de rapidă a montajelor fără a fi nevoie de un letcon sau pistol de lipit.

Rezultatele comparației grup țintă/grup martor sunt prezentate mai jos și ele țin cont de trei paliere de învățare atunci când este realizată integrarea jocurilor în procesul de învățare: cognitiv, comportamental și afectiv.

Contribuția personală este legată de volumul, complexitatea și calitatea activității individuale desfășurate pentru realizarea temei de grad didactic 1, sub toate aspectele care o compun si anume:

Aspectele teoretice și practice care fac parte din lucrare.

Aspectele practice sunt vizibile în realizarea unor scheme de electronică digitală cu metoda Simulării circuitelor logice în automatizări, scheme 100% originale.

Originalitatea și noutatea lucrării de grad didactic 1 sunt indicatori de valoare și sper ca acești parametrii vor fi apreciați ca atare, deoarece la acest nivel este valorizată competența didactică dobândită pe parcursul carierei.

Competența dezvoltată în lucrarea didactică de grad 1, “Metode moderne interactive de predare a simulării circuitelor logice integrate în automatizări”, vizează atât cunoștințele teoretice (generale și de specialitate în Electronica aferentă Roboților Industriali), abilitățile metodice (teoretice, operaționale și creative), precum și experiența de comunicare și relaționare cu elevii claselor de Electronică.

3.3.3 Rezultate comparative Metoda simulării în Electronică versus Metode convenționale în Electronică

Fig. 3.5 Rezultate obținute în Electronica Digitală prin metoda Simulării

În urma testării elevilor clasei a X-a A, specializarea Tehnician în Roboți Industriali s-a constatat că elevii din grupul țintă ( 10 elevi) ce au participat la orele de Electronică Digitală prin Metode moderne interactive de predare a simulării circuitelor logice integrate în automatizări au obținut următoarele rezultate docimologice urmare a testelor de specialitate specifice:

Medii sub 5 =0%

Medii între 5 și 6=10% ( 1 elev)

Medii între 6 și 7=30% (3 elevi)

Medii între 7 și 8=30% (3 elevi)

Medii între 8 și 9=20% ( 2 elevi)

Medii între 9 și 10=10% ( 1 elev)

Media generală obținută de elevii din grupul țintă a fost 7,90.

Urmare a completării Chestionarului de satisfacție acești elevi s-au declarat ‘ Mulțumiți” sau “Foarte Mulțumiți” la întrebări de tipul:

În ce masură profesorul îți captează atenția și interesul la orele de Electronică Digitală prin metoda de învațare software Simularea în Electronică?

În ce masură profesorul îți captează atenția și interesul la orele de Electronică Digitală prin metoda de învațare software Simularea în Electronică?

Cât de mulțumiți sunteți de școala în care învățați?

Așadar, Metodele moderne interactive de predare a simulării circuitelor logice integrate în automatizări sunt acceptate de elevii din grupul țintă iar rezultatele obținute de aceștia arată valoarea și importanța metodei de învățare prin simulare în Electronica Digitală.

În urma testării elevilor clasei a X-a A, specializarea Tehnician în Roboți Industriali s-a constatat că elevii din grupul martor ( 10 elevi) ce au participat la orele de Electronică Digitală prin Metode de lucru convenționale au obținut următoarele rezultate docimologice urmare a testelor de specialitate specifice:

Medii sub 5 =0%

Medii între 5 și 6=20% (2 elevi)

Medii între 6 și 7=40% (4 elevi)

Medii între 7 și 8=30% ( 3 elevi)

Medii între 8 și 9=10% ( 1 elev)

Medii între 9 și 10=0%

Media generală obținută de grupul martor a fost 7,30 în comparație cu media generală a elevilor din grupul țintă de 7,90.

Acești elevi ce au participat și ei la completarea Chestionarului de satisfacție s-au arătat interesați să participe la orele de Electronică Digitală prin metode moderne educaționale, inclusiv prin metoda Simulării în Electronică.

Fig. 3.6 Rezultate obtinute în Electronica Digitală prin metode Convenționale

3.3.4 Chestionar de satisfacție a elevilor

“Metode moderne interactive de predare a simulării circuitelor logice integrate în automatizări”.

Se pot utiliza pentru completarea chestionarului de satisfactie instrumente și comunicarea electronică Google Docs la :

https://docs.google.com/forms/d/1x0nkAALPf0TNwMDjiD1wqUsa0Tfh-7ziQFTlUgOWEZ0/edit

Intrebare nr. 1

Cât de mulțumit sunteți de școala în care învățați?

Intrebare nr. 2

După părerea ta, care este principala funcție a școlii?

a) Educă

b) Transmite informații

c) Formează cetățeni

d) Alta………………………………………………………………………………

Intrebare nr.3

În ce masură profesorul îți captează atenția și interesul la orele de Electronică Digitală prin metoda de învațare software Simularea în Electronică?

Intrebare nr.4

În ce masură primiți ajutor, colaborare și sugestii de la profesorul la orele de Electronică Digitală?

Întrebarea nr. 5

Designul de software Circuit Maker 2000 este intuitiv?

Da

Nu

Alt raspuns

Întrebare nr. 6

Utilizezi editorul schematic Circuit Maker 2000

Da

Nu

Alt raspuns

Întrebare nr. 7

Simularea software montaj CI 4511 ce comandă afisaj 7 segmente catod comun este utilă in munca ta?

Da

Nu

Alt raspuns

Întrebare nr. 8

Aspectele teoretice și practice care fac parte din lucrare sunt ilustrative pentru educația ta în domeniul electronic?

Da

Nu

Alt raspuns

Întrebare nr. 9

Măsurătorile virtuale dc/ac lab accesibile la https://dcaclab.com/sl/lab te satisfac?

Da

Nu

Alt raspuns

Întrebare nr. 10

De unde ai aflat de software Circuit Maker 2000?

Online

De la colegi de școală

De la profesor

Întrebare nr. 11

Ai acces la resurse și spații de învățare: tehnica de calcul / internet, dotate cu resurse moderne (videoproiector, internet wireless, ecran de proiecție etc.),

Da

Nu

Alt raspuns

Întrebare nr. 12

Itemii cu alegere multiplă, rezolvați cu metoda simulării software sunt utili în munca ta?

Da

Nu

Alt raspuns

Întrebare nr. 13

Folosirea eficientă a noilor tehnologii (e-mail, suportul electronic al Modulului Electronică Digitală, folosirea videoproiectorului, etc.) este utilă în munca ta?

Da

Nu

Alt raspuns

Întrebare nr. 14

Care este calitatea activităților din cadrul practicii de specialitate în Electronică Digitală?

Bună

Foarte Bună

Slabă

Întrebare nr. 15

Cât de mulțumit sunteți de condițiile materiale, existente în scoală, de care aveți nevoie pentru desfășurarea activităților?

CAPITOLUL 4. PARTEA FINALĂ

Bibliografie

Lista referințelor bibliografice ilustrează volumul și calitatea documentării teoretice și practice în lucrarea de grad didactic 1, “Metode moderne interactive de predare a simulării circuitelor logice integrate în automatizări”.

Lista este, de asemenea, expresia atitudinii etice în raport cu sursele de informare utilizate.

Fundamentals of Digital Circuits Ed. Phi Learning Private Limited 2014 A Anand Kumar,

https://drive.google.com/file/d/1U1mzVMx793A2ZHdHYNpQ0tLo2oMD4ez_/view

Circuite Digitale, Principiile si practicile folosite in proiectare, ed. teora 2002, John F Wakerly,

http://ebook.pldworld.com/_eBook/DIGITAL%20DESIGN%20PRINCIPLES%20&%20PRACTICES%203rd%20Edition/digital_design-third_edition-1.pdf

Fundamentals of Digital Logic and Microcomputer Design, 2005, M. Rafiquzzaman

https://the-eye.eu/public/WorldTracker.org/Science/Electronics/Rafiquzzaman%20-%20Fundamentals%20of%20Digital%20Logic%20and%20Microcomputer%20Design%2C%205th%20Ed.pdf

Circuite Integrate Digitale, Gheorghe Stefan, Tiberiu Muresan, EDP Bucuresti 1983 Electronica Digitala vol I Dispozitive, Circuite, Proiectare, GH. Toacse, Dan Nicula Ed. Tehnica 2005

http://www.dannicula.ro/books/electronica_digitala/book_ed1.pdf

Electronica Digitala, Auxiliar Curricular prof. Rusu Constantin

https://eprofu.ro/docs/electronica/carti/auxiliar-electronica-digitala.pdf

Auxiliar Curricular Circuite Electronice Digitale pt. Telecomunicatii, prof. Mirela Lie, C.T Posta si Telecomunicatii “ Gh. Airinei” Bucuresti, 2005

http://www.tvet.ro/Anexe/4.Anexe/Aux_Phare/Aux_2005/Electric/Circuite%20electronice%20digitale%20pentru%20telecomun.pdf

Encoding Decoding Stuart Hall

https://www.slideshare.net/abdmur/encoding-decoding-by-hall

Simulation în practică, J. Banks, AGIFORS 2002, Rome (2002).

https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1604/1604.05217.pdf

Afișaj 7 segmente,

http://www.scrigroup.com/tehnologie/electronica-electricitate/APLICATII-ALE-CIRCUITELOR-INTE14955.php

BCD to seven Segmet Decoder

2 –Bit Magnitude comparator

https://www.semanticscholar.org/paper/2-Bit-Magnitude-Comparator-Design-Using-Different-Anjuli-Anand/ae3738142cfd8a3ebb1af385fe29d7e8a6d76003/figure/1

Decodificator BCD/zecimal

https://slideplayer.com/slide/8739782/

WinLogiLab (Computer-Based Teaching, Software Suite for Digital Logic Design)

http://www.hakasoft.com.au/winlogilab,

Dc Ac lab software

https://dcaclab.com/sl/lab

Circuit Maker 2000

https://circuitmaker.com/

Arduino platform

https://create.arduino.cc/

National Instruments

https://www.ni.com/ro-ro.html

Spice software

http://www.electronics-lab.com/downloads/circutedesignsimulation/?page=5

Circuit lab

https://www.circuitlab.com/

Strategii didactice interactive / Crenguța-Lăcrămioara Oprea, Bucuresti EDP 2010

https://kupdf.net/download/crenguta-oprea-strategii-didactice-interactive-pdf_58b5f29c6454a7f00eb1e946_pdf

Metode de Învățământ, I. Cerghit-Bucuresti 2001

Curs de Pedagogie Conf. univ. dr. Adriana Nicu

http://dppd.ulbsibiu.ro/ro/cadre_didactice/adriana_nicu/cursuri/Pedagogie%202_curs_8_Testul%20docimologic.pdf

ANEXE

Anexa 1 Metoda de predare în Electronica Digitală cu ajutorul software de simulare Circuit Maker 2000

Grupul țintă vizat de proiectul “Metode moderne interactive de predare a simulării circuitelor logice integrate în automatizări” este format din 10 elevi clasa X A de la Liceul tehnologic „Valeriu Braniste” Lugoj” care au lucrat la ore schemele de Electronică Digitală cu circuite de simulare software precum Circuit Maker 2000, Electronics Workbench.

Rezultatele prezentate în corelație cu rezultatele altor 10 elevi clasa X A ce au lucrat aceleași probleme de Electronică Digitală prin Metode Convenționale (testare scheme cu Breadboard-ul ce se foloseste pentru realizarea extrem de rapidă a montajelor fără a fi nevoie de un letcon sau pistol de lipit arata valoarea si importanta educationala a acestei metode.

Obiective generale de lecții:

Analiza și sinteza circuitelor logice pentru a efectua experimente interactive (virtuale) pe calculator.

Folosirea unor resurse software interactive (design de software mai intuitiv).

Executarea robustă a simulării în Electronica Digitală

Prin metoda simularii elevii la ora de Electronică Digitală au economisit timp pentru a rezolva probleme legate de tensiunea, curentul, puterea oricărei componente într-un circuit.

Simulările realizate de grupul țintă la ora de Electronică Digitală au permis elevilor, de asemenea, să modifice valoarea componentelor făcând cu ușurință calcule legate de parametri electrici.

Prin Metoda de predare în Electronica Digitală cu ajutorul software de simulare Circuit Maker 2000 elevii din grupul țintă au putut observa multe caracteristici ale circuitelor (de exemplu, tranzitorii etc.) derulate în timp real.

În cele din urmă, elevii vor ști dacă circuitul proiectat va funcționa în viața reală sau nu, cu riscul distrugerii circuitului virtual și reluării variantei de proiectare cu alte valori ale componentelor.

Simularea electronică cu Circuit Maker 2000 pe un sistem informatic poate fi utilizată pentru a investiga rapid efectele unei schimbări în proiectarea componentelor într-o situație reală.

Simularea electronică cu Circuit Maker 2000 poate fi folosită eficient pentru a ocoli situații care ar putea fi periculoase în viața reală, aspecte ce țin cont de regulile de protecție a muncii în lucrul cu curentul electric al elevilor precum:

conectarea unui montaj la priză fără verificarea, în prealabil, a acestuia;

efectoarea unor modificări în montaj, când acesta se află sub tensiune;

realizarea unor improvizații sau utilizarea pentru montaj a unor fire dezizolate sau cu izolații defecte;

utizarea sculelor și a dispozitivelor care prezintă izolații defecte;

Simulările complexe pot necesita utilizarea unui sistem informatic cu procesor rapid și cantități mari de memorie.

Ca evaluare docimologică au fost folositi itemii obiectivi cu alegere duală, pereche sau cu alegere multiplă dar aceștia au fost rezolvați prin metoda simulării

Exemplu de Plan lectie la Metoda de predare în Electronica Digitală cu ajutorul software de simulare Circuit Maker 2000

Disciplina: Modulul 2: BAZELE ELECTRONICII DIGITALE

Unitatea de învatare: PORȚI LOGICE

Lecția: ADUNAREA ȘI SCĂDEREA BIȚILOR

Clasa X-a A

Tipul lecției: mixtă

Durata: 50 minute

OBIECTIVE GENERALE:

Să-și formeze capacitatea de analiză și sinteză;

Să-și dezvolte deprinderile de utilizare a teoriilor electrice ;

Să-și exprime un mod de gândire creativ, în structurarea și rezolvarea sarcinilor de lucru.

COMPETENTE-OPERATIONALE

(COGNITIVE,PSIHO-MOTORII,AFECTIVE) :
Până la sfârșitul orei, elevii vor fi capabili:

O1. să înțeleagă adunarea bitilor cu metode electronice;

O2. să găsească principalele avantaje ale lucrului cu circuite integrate digitale;

O3. să sintetizeze principalele avantaje ale lucrului cu componentele digitale;
O4. să conștientizeze necesitatea introducerii calculatoarelor în viața de zi cu zi.

METODE DE INVATAMANT: conversația, explicația, demonstrația simularea;
MIJLOACE DE REALIZARE: fișa de lucru ;

FORME DE ORGANIZARE : activitate frontală interactivă ;

METODE DE EVALUARE: evaluarea sistematică a activității, notarea răspunsurilor , aprecieri verbale ;

BIBLIOGRAFIE : TEHNICI DE MĂSURARE ÎN DOMENIU, Auxiliar Scolar,prof.N.Constantin, http://eprofu.ro/tehnic/materiale-invatare

FIȘĂ DE LUCRU

Să se realizeze un detector de numere prime pe 4 biți, ce detectează numerele 2,3,5,7,11,13 utilizând metoda de simulare software.

Tabela de adevăr:

F=A’B’CD’+A’B’CD+A’BC’D+A’BCD+AB’CD+ABC’D

F=A’B’C(D+D’)+A’BD(C+C’)+AD(B’C+BC’)

F=A’B’C+A’BD+AD(B’C+BC’)

F=A’B’C+A’BD+AD(B XOR C)

Fig. 4.1 Schema digitală detector numere prime pe 4 biți

4.2.2. Anexa 2 Metoda convențională de predare în Electronica Digitală

PLAN DE LECȚIE

Disciplina: Modulul 6: Circuite electrice

Unitatea de învatare: Circuite electrice

Lecția: Circuite cu rezistoare și surse de c.c.

Clasa XI-a A

Tipul lecției: mixtă

Durata: 50 minute

OBIECTIVE GENERALE

Să-și formeze capacitatea de analiză și sinteză;

Să-și dezvolte deprinderile de utilizare a teoriilor electrice

Să-și exprime un mod de gândire creativ, în structurarea și rezolvarea sarcinilor de lucru.

COMPETENTE OPERATIONALE

Până la sfârșitul orei, elevii vor fi capabili:

C1. să înțeleagă noțiunea de document electric ;

C2. să găsească principalele avantaje ale lucrului cu componente electrice;

C3. să sintetizeze principalele caracteristici ale componentelor electrice;

C4. să folosească unități de măsura S.I;

C5. să identifice componente electrice;

C6. să conștientizeze necesitatea introducerii electronicii în viața de zi cu zi.

METODE DE ÎNVĂȚĂMȂNT: conversația, explicația, demonstrația;

MIJLOACE DE REALIZARE: slide-uri, fișa de lucru ;

FORME DE ORGANIZARE : activitate frontală interactivă ;

METODE DE EVALUARE: evaluarea sistematică a activității, notarea răspunsurilor , aprecieri verbale ;

BIBLIOGRAFIE : TEHNICI DE MĂSURARE ÎN DOMENIU, Auxiliar Scolar , prof. Niculae Constantin

Desfășurarea lecției

Etapele organizatorice Obiective operaționale ;Activitatea desfășurată; Metoda de predare; Observații.

Profesor- Elevi

1.Pregătirea pentru lecție

Crearea unei bune desfășurări a lecției, captarea antenției,verifică prezența elevilor,
Verificarea existenței cretei, a buretelui ;

Se pregătesc cu cele necesare pentru lecție, elevii răspund la prezență.

Conversația : 2 min

2. Verificarea cunoștințelor din lecția anterioară :

-Codul culorilor rezistoare; gruparea serie paralel, unități de măsură

-Elevii răspund la întrebări, găsesc conexiuni cu realitatea electrică, raportează întrebările la propriile experiențe.

-Activitate frontală

-Conversația
-Problematizarea : 8 min

3.Anunțarea lecției de zi : CIRCUITE CU REZISTOARE ȘI SURSE DE C.C

Comunică obiectivele lecției:

-rezolvarea de aplicatii ale unor scheme cu componente electrice;

-definirea legilor Ohm, Kirchoff;

-identificarea avantajelor și dezavantajelor folosirii componentelor electronice;

Elevii sunt atenți la precizările profesorului și își notează în caiete.

Activitate frontală

Conversația: 5 min

Rezolvare FIȘĂ DE LUCRU : 30 min

Scrieți pe foaia din fișa de lucru litera corespunzătoare răspunsului corect:

Identificați componenta electronică din figură. Acesta este:

a) rezistor electric.

b) dioda electroluminiscentă.

c) condensator electrolitic.

d) tranzistor cu efect de câmp.

Eroarea absolută se exprimă în :

a) unitatea de măsură a mărimii de măsurat ;

b) unitatea de măsură este 1 ;

c) unitatea de măsură este absolută ;

d) se exprimă in procente.

Aparatele de masurat notate cu 1,2,3 din schema de mai jos sunt:

a) 1-ampermetru, 2-ampermetru,3-voltmetru;

b) 1-voltmetru, 2-ampermetru, 3-voltmetru;

c) 1-ampermetru, 2-voltmetru, 3-ampermetru;

d) 1-ampermetru, 2-voltmetru, 3-voltmetru.

Unitatea de măsură pentru reactanța unei bobine este:

a) Ω;

b) H;

c) C;

d) A;

Rezoluția unui aparat de masură reprezintă :

a) raportul dintre variația mărimii de ieșire și a mărimii de intrare ;

b) raportul dintre variația mărimii de intrare și a mărimii de ieșire ;

c) cea mai mică variație a mărimii de măsurat care determină o variație perceptibilă a mărimii de ieșire.

d) proprietatea aparatelor de a indica valori cât mai apropiate de valoarea reală a mărimii de măsurat.

Acul indicator al unui wattmetru având constanta KW = 10 W/div, se oprește în fața diviziunii 50. Puterea electrică consumată este:

5W

5kW

500W

50W

Intr-o punte Wheatstone rezistențele cunoscute sunt : R1=12 Ω, R2=6 Ω,R3=15 Ω,

Rezistența Rx din brațul opus rezistenței R2 are valoarea:

7,5 Ω;

30 Ω;

4,8 Ω;

33 Ω .

Termocuplul este un traductor de

a) curent;

b) temperatură;

c) deplasare;

d) presiune.

Scara gradată a ohmetrului serie este:

a) directă și uniformă;

b) inversă și foarte neuniformă;

c) directă și neuniformă;

d) inversă si uniformă.

Capacitatea de 33,5 mF a unui condensator se poate exprima ca :

a) 0,0335F ;

b) 335 F ;

c) 33500 nF ;

d) 3,35 pF.

În imaginea alaturată este redat un :

a) buton de comandă ;

b) releu de semnalizare ;

c) limitator de cursă ;

d) întreruptor monopolar.

Transcrieți în FIȘA DE LUCRU, litera corespunzǎtoare fiecǎrui enunț și notați în dreptulei litera A, dacă apreciați că enunțul este corect (adevǎrat), respectiv litera F, dacă apreciați că enunțul este fals.

a) Tensiunea la bornele grupării în paralel a condensatoarelor este egală cu suma tensiunilor pe condensatoare.

b) Măsurarea rezistențelor prin metoda ohmetrului derivație este indicată pentru determinarea rezistențelor de valoare mare ohmetrică.

c) Diodele Zener sunt utilizate ca stabilizatoare și limitatoare de tensiune.

d) Siguranțele fuzibile nu asigură protecția împotriva supracurenților.

e) Proprietatea unui aparat de măsură de a indica aceeași valoare când măsurarea se repetă în condiții identice, se numește sensibilitate.

f) Un Megaoctet reprezintă 1000 Kiloocteți.

g) Traductorul este un dispozitiv care convertește mărimea electrică de la intrarea sa într-o mărime neelectrică obținută la ieșire.

j) Simbolul este folosit în schemele electrice pentru reprezentarea unei rezistențe.

k) Aparatul de măsurat indică la verificarea unei diode în ambele sensuri. În aceste condiții dioda este în scurtcircuit.

Calculați tensiunea electrică între punctele A și B.

Anunțarea lectiei noi:

Analizarea circuitelor de c.c. pe baza valorilor măsurate utilizând legile și teoremele studiate

legea lui Ohm;

teoremele lui Kirchhoff;

legea lui Joule.

Notare elevi, comunicare atingere obiective lecție : 5 min

Declarație de autenticitate,

Subsemnatul GHELEȘIAN PETRU cadru didactic la LICEUL TEHNOLOGIC „VALERIU BRANIȘTE” din localitatea LUGOJ, județul TIMIȘ, înscris la examenul de acordare a gradului didactic I, seria 2018 – 2020, cunoscând dispozițiile articolului 292 Cod penal cu privire la falsul în declarații, declar pe propria răspundere următoarele:

a) lucrarea a fost elaborată personal și îmi aparține în întregime;

b) nu am folosit alte surse decât cele menționate în bibliografie;

c) nu am preluat texte, date sau elemente de grafică din alte lucrări sau din alte surse fără a fi citate și fără a fi precizată sursa preluării, inclusiv în cazul în care sursa o reprezintă alte lucrări ale subsemnatului;

d) lucrarea nu a mai fost folosită în alte contexte de examen sau de concurs.

Dau prezenta declarație fiindu-mi necesară la predarea lucrării metodico-științifice în vederea avizării de către conducătorul științific, doamna Prof. Dr. Ing. Lascu Mihaela.

Declarant,

GHELEȘIAN PETRU

……………………………………………….

LUGOJ

19.07.2019