Tentamen Systemkonstruktion Lösningar och kommentarer Program: Elektroteknik, Mikrodatorsystem Datum: 07-12-19 Tid: 13:30-18:30 Lokal A0323 Hjälpmedel: Linjal, Miniräknare Bilaga: Ingen Examinator: Anders Arvidsson Telefon: 0707-76 28 86 Examinatorn besöker tentamen. Uppgifterna redovisas direkt i frågebladet, eller vid platsbrist på separata ark, vilka då ska numreras och hänvisas till från uppgiftsbladet samt förses med namn. Max poäng: 25 Betyg Poäng 3 10 4 15 5 20 1 (5)
Tentamensfrågor 1. För 20 30 år sedan kunde elektroingenjörerna hantera en konstruktion genom att utgå från transistorer, grindar etc. och bygga upp en konstruktion från grunden. Utgångspunkten för konstruktionsarbetet var ofta tillgängliga komponenter och dess begränsningar. Konstruktionen kunde beskrivas genom schema etc. och storleken på arket avgjorde hur många transistorer som fick plats. Man kunde alltid utöka storleken vid behov. Vad är anledningen till att detta arbetssätt inte fungerar längre och blir allt besvärligare från år till år? Vilka två principiellt skilda medel står till buds för att hantera dagens situation? (Frågan handlar inte om utvecklingsmodeller eller specifikationer, utan mer generella principer.) (3 p) Eftersom antalet transistorer per IC växer med Moores lag blev det snabbt ohållbart att rita en hel konstruktion på ett schema. Vi har två medel för att hantera komplexiteten: Abstraktion Vi konstruerar på en högre nivå och bryr oss inte (åtminstone inte just nu) om detaljerna. (Eventuellt tar ett verktyg han om det.) Hierarki Vi döljer detaljer genom att bygga upp konstruktionen lager för lager med olika detaljnivå (helst med början i högsta abstraktionsnivån). 2. I många kompilatorer, t ex dem från IAR, kan man hitta någon kryssruta som handlar om MISRA. Vad är MISRA och vad är syftet med det? (2 p) MISRA är ett regelverk som avgränsar hur vi skriver vår C-kod. Syftet är att undvika konstruktioner som ofta leder till buggar och därigenom öka sannolikheten för att vi producerar tillförlitlig kod. 3. I kursbokens avsnitt om realtidsoperativsystem kan man läsa om Pre-emptive och Cooperative scheduling. Beskriv kort principerna bakom respektive schemaläggningsprincip, speciellt det som skiljer dem. (2 p) Pre-emptive schemaläggning innebär att operativsystemet går in och avbryter funktioner (via interrupt) när det är dags att fördela processortid till någon annan funktion. Cooperative schemaläggning innebär att funktionerna inom en viss tid själva måste överlämna kontrollen till operativsystemet. (De blir alltså inte avbrutna.) 2 (5)
4. USB använder sig av bitstuffing. Förklara principiellt hur bitstuffing fungerar (både i sändar- och mottagaränden) och vad det syftar till i USB. (2 p) Efter ett visst antal 1:or i rad läggs en 0:a till. Denna plockas bort i mottagaränden. Syftet är att se till att det alltid kommer en flank med jämna mellanrum som klockan kan synkroniseras mot, eftersom USB använder NRZI vilket innebär att datasignalen endast togglas vid 0:a. 5. När man ansluter något till datorns serieport (eller andra apparaters serieport) är det viktigt att hålla reda på begreppen DTE och DCE. Förklara vad begreppen står för (exemplifiera, skriv inte bara ut förkortningarna) och förklara varför der är viktigt att hålla isär begreppen. (2 p) DTE = Data Terminal Equipment, kan t ex vara en PC. DCE = Data Communication Equipment, kan t ex vara ett modem. Signalerna i RS-232 är olika kopplade beroende på om en apparat är en DTE eller DCE. Sammankopplas DTE DCE används en rak kabel, annars behövs en korskopplad. 6. Besvara följande påståenden angående CE-märkning. 3 rätt => 1 p. (2 p) Endast apparater ska CE-märkas, inte komponenter. En överensstämmelsedeklaration är inte obligatorisk att ha, men kan ändå vara bra att kunna visa upp om produkten visar sig stråla för mycket. Tillverkaren kan, om harmoniserade standarder finns, CE-märka en apparat utan radiosändare helt utan myndigheters inblandning. CE-märket kan tryckas i valfri storlek och valfritt typsnitt så länge det är beständigt mot nötning. Sant Falskt 7. Även en apparat i en skärmande plåtlåda, t ex en kortläsare, kan drabbas av funktionsstörningar vid elektrostatiska urladdningar mot höljet. Förklara, gärna med en skiss, hur det kan komma sig och hur man kan göra konstruktionen mindre känslig.(2 p) Plats för skiss: Urladdningen orsakar en strömderivata. Denna ström leds ifrån höljet via någon anslutning. Ofta går den i någon signaljord vilket gör att jorden lyfter. Den kan också gå i en skyddsjord som går nära en signalledare och inducera en spänning i denna. En jordanslutning till apparaten bör vara sådan att en ström i denna inte resulterar i något magnetfält som påverkar signalledarna, t ex en hela vägen omslutande koaxialskärm. 3 (5)
8. Vid beräkningar på lågfrekvent analog elektronik utgår vi ofta från att kondensatorn är ideal, men ofta måste vi ta hänsyn till någon ytterligare parameter. Rita upp en skiss för en verklig kondensator (fyra komponenter) och ställ sedan upp en formel för kondensatorns självresonansfrekvens. (2 p) serieresistans (Rs) Serieinduktans (Ls) Kapacitans (C) Parallellresistans Självresonansfrekvens = 1/(2π (LC)) 9. Nedan används en OP-förstärkare som klarar enkelmatning och har en utgång som kan gå rail-to-rail. (2 p) Ange spänningen över RL vid inspänningarna nedan. Bifogas beräkningar på separat ark finns viss möjlighet till tröstpoäng. Uin = 6,5 V => U RL = 7,5 V (1 V mer över R3 än R2 ger en ström i R1 som ger U R1 = 1 V) Uin = 9 V => U RL = 10,6 V (Utgången går inte längre än till 12 V, därefter tappas 2*U be ) 4 (5)
10. Rita en OP-koppling som adderar och förstärker två signaler 100 ggr. Kopplingen ska ha en ingång som kallas A, en som kallas B och utgången X. Utsignalen ska (inklusive rätt tecken) vara X = 100*(A + B). För att konstruktionen inte ska bli för känslig för smuts på kortet får inget resistorvärde överstiga 100 kω, samtidigt måste inresistansen på respektive ingång överstiga 10 kω. Mer än en OP får användas, men eftersom konstuktionen ska kunna förstärka små signaler med en billig OP får inte brus som genererats i en OP förstärkas onödigt mycket. Bifoga gärna motivering till lösningen. _(2 p) Förslag på lösning: En summatorkoppling (dvs som en inverterande förstärkare med två ingångar genom var sin resistor) där de båda inresistanserna sätts till 10 kω och återkopplingsresistansen till 100 kω. Denna följs av en vanlig inverterande förstärkare med 10 kω och 100 kω för att både vända tecknet rätt och ge rätt totalförstärkning. För att inte förstärka bruset från första OP:n i onödan används högsta möjliga förstärkning (med de begränsningar i resistorvärden vi har) i första steget. 11. Beskriv skillnaden mellan en tyristor och en triac (utifrån användningen). (2 p) En tyristor fungerar bara i ena riktningen medan en triac fungerar i båda och alltså även kan användas för att styra en växelspänning. 12. Beskriv tre olika sätt på vilka en tyristor kan fås att börja leda (både normala och oönskade sätt accepteras). (2 p) Tre av nedanstående: 1) En ström in på Gate (normala sättet). 2) För hög dv/dt på Anoden. 3) För hög Anodspänning 4) För hög temperatur 5 (5)