Til hovedinnhold

Guide: Elektronikkens verden - del 3

Innledning

Hvis du har vært med fra starten, har du nok lest både del 1 og del 2 av denne artikkelserien. Vi introduserte deg da for mer eller mindre alle de vanlige komponentene du kommer til å bruke uansett hva du jobber med innen elektronikk.

Du skal nå kunne å konstruere enkle og morsomme nybegynnerkretser, slik som å få en diode til å slå seg av og på kontrollert, eller lage en stabil spenningskilde.

Temaet vi nå skal introdusere deg for, er digitalteknikk. Dette er en utrolig stor del av elektronikken, og omfatter alt fra lysbryteren du trykket på når du gikk inn i rommet du nå sitter i, frem til datamaskinen du sitter å leser denne artikkelen ved.

En vital del du bør forstå når det kommer til digitalteknikk, er det binære tallsystemet, også kjent som totallsystemet. Vi mennesker jobber med titallssystemet, noen ganger tolvtall (dusin), mens datamaskinen som kjent bruker totallssystemet. Hvordan dette i praksis fungerer, skal vi fortelle deg på de neste sidene.

Hva er digitalteknikk?

Ordet digitaltekknikk blir som oftest forbundet med datamaskiner, men er mye mer enn som så. De fleste av oss tenker ikke over hvor mange prosesser det innebærer å starte vaskemaskinen, kjøleskapet eller TV-en - og godt er egentlig det.

I forrige del av denne guiden lærte du hvordan vekselstrøm beveger seg i en perfekt 360-graders sinuskurve. Denne kurven er buet, men i digitalteknikken holder vi oss til firkantede pulser. Enten er spenningen X volt eller 0 volt - det er ingen variable spenninger i mellom.

En digital prosess er i grunn alt som innebærer å slå av og på en bryter. Når du slår på lysbryteren for å tenne taklampen utfører du en digital prosess. Når du starter vaskemaskinen din, utfører den automatisk flere hundre digitale prosesser.

Hva er egentlig digitalteknikk?
Ordet digital kommer fra det latinske ordet "digitus", som betyr finger. Grunnen til at ordet digitalt er bundet opp sammen med ordet finger, stammer tilbake i den tid hvor mennesket utførte regnestykker ved å telle med fingrene. Digitalteknikk er i få tilfeller kalt sifferteknikk og impulsteknikk, men omtrent alle bruker ordet digitalteknikk, noe vi også kommer til å gjøre i denne guiden.

Når vi snakker om en "1-er" i digitalteknikken sikter vi til at komponenten vi prater om, får påtrykt kretsens maksimale spenning. Om du har en spenningskilde på 12V, og slår på bryteren som aktiverer et lys, ligger det da en 1-er over bryteren. En "0-er" betyr da logisk nok det stikk motsatte, altså ingen spenning.

Dette virket kanskje komplisert, så vi illustrerer det med et praktisk eksempel. Et enkelt eksempel er lysbryteren du slår på når du skal tenne taklampen. Hva skjer egentlig da?

Til høyre har vi tegnet et skjema som viser hvordan de fleste taklamper er koblet. Når du slår inn bryteren lukker til kretsen og det legger seg 230V over lampen. Dette er det vi omtaler som en "1-er". En "1-er" betyr at det aktuelle punktet man måler på (som i dette tilfellet er bryteren) har den maksimale påtrykte spenningen. Når vi slår av bryteren, forsviner spenningen og vi får da en "0".

Dette var kun et eksempel, for det er egentlig feil å sette en bryter som bryter kretsen fysisk, i perspektiv med digitalteknikk. I digitalteknikk skjer det aldri fysiske brudd i kretsen, men prinsippet er det samme.

Det binære tallsystemet

Du har garantert hørt om det binære tallsystemet. For mange betyr ikke dette stort mer enn et hav av 1 og 0 man ikke klarer helt å se sammenhengen i.

Hva er egentlig en 1-er, og hva er en 0? Først må vi slå fast at vi nå snakker om det binære tallsystemet. Altså skal vi ikke prøve å fremstille en tekst med binære koder.

Å skrive et tall med det binære tallsystemet er enkelt, så fort du skjønner tankegangen. Det viktigste du må passe på, er at vi leser et binært tall på samme måte som araberne gjør, fra høyre til venstre.

Måten man teller på, er det fleste som er interessert innen data kjent med - typisk for kapasiteten på minnemoduler. Vi bruker 1 som grunntall, og ganger det med 2. 2 blir da det neste, som ganget med 2 blir fire. Videre følger 8, 16, 32, 64, 128, 256, 512, 1024 - så langt du måtte ønske

Hvis jeg da skriver 10011101, hvilket tall blir det? For å gjøre det lettere å skjønne, kan vi sette tallene inn i en enkel tabell

1286432168421
10011101

Som vi ser samsvarer alle tallene med en gitt verdi. Der det står en, vil vi bruke tallet, der det står null bruker vi ikke tallet. Videre er det enkel addisjon:

1 + 4 + 8 + 16 + 128 = 157.

10011101 tilsvarer altså 157.

Porter

Porter er det enkleste man kan lære av digitalteknikk, og er ikke mer enn meget enkle mattestykker (barneskolenivå). Alle digitale porter har én (som oftest to) eller flere innganger og én utgang.

Porten får inn en eller flere verdier (0 eller 1), og avhengig av porttypen får vi da en verdi ut. Det er altså inngangene som avgjør hva utgangen stiller seg til.

Alle porter har en unik tabell som viser hva utgangen stiller seg til ved forskjellige inngangsverdier. I denne introduksjonen vil vi forholde oss til porter med to innganger. Porter med flere innganger forklares litt senere.

For å se hvordan utgangene til en port stiller seg, bruker vi en enkel tabell. I denne tabellen setter vi inn alle de mulige kombinasjonene av inngangssignaler vi kan få, og setter inn resultatet. Vi bruker ordet "sann" hvis utgangen stiller seg til en 1-er, og "usann" hvis den stiller seg til en 0-er. Et eksempel på en slik tabell ser du under.

ABU
000
101
011
111

A og B er portens innganger og U er utgangen. Som eksempel kan vi ta for oss den første raden. A og B er null, som betyr at både inngang A og B får 0 som innsignal. U er da resultatet av dette, som blir 0.

Porter består av en rekke enkle komponenter, slik som motstander, transistorer og dioder, som er satt sammen til en liten spesiell krets. Vi kaller disse kretsene porter, og gir de egne symboler.

Du kjøper porter som IC-pakker, ofte med flere porter i en pakke. Et eksempel på en slik pakke, er 4081

. En slik pakke har også to pinner som er merket med enten Vss, Vcc, Vee eller Vdd. Vcc og Vdd betyr ganske enkelt at her skal du koble til den positive spenningskilden (1). Vss og Vee skal kobles til jord (0).

Hvordan hver enkelt port fungerer og hvilket symbol den har, skal vi forklare nå.

OR/NOR- port

OR-port
OR-port, også kalt ELLER-port i Norge, er en meget enkel port. Den fungerer slik, at så lenge en eller flere innganger har en sann verdi, vil utgangen også være sann. Det eneste tilfellet hvor utgangen vil være usann, er hvis alle inngangene er usanne.

En OR-port kan sammenlignes med to brytere satt i parallell. Som vi ser ut av bildet til høyre, har det ikke noe å si hvilket bryter vi trykker inn for å få lyddioden til å lyse. Om vi følger for det, kan vi godt trykke inn begge uten at det skal oppstå komplikasjoner.

BAU
000
011
101
111

Over ser du en tabell som viser ved hvilke verdier utgangen stiller seg til ved de ulike inngangsverdiene. På høyre side kan du se symbolene for en OR-port.

Det hele fungerer som et enkelt subtraksjons-stykke. Om du jobber med denne porten, og lurer på hva resultatet du får ut er, kan du tenke på pluss (+). Hvis du legger verdien av inngangene sammen, og får et tall som er 1, får du 1 ut. Legger du inngangsverdiene sammen og får 0, får du 0 ut.

NOR-port
En NOR port, eller NELLER som den også er kalt, er ganske enkelt det motsatte av en OR-port. N-en står for "negative". Den er bygget opp på samme måte, men gir oss de motsatte verdiene ut. Ved de verdiene en OR-port vil gi verdien 1, gir en NOR port verdien 0. Se tabellen under.

BAU
001
010
100
110

Symbolet for en NOR port er likt en OR port, foruten en liten sirkel på utgangen. En slik sirkel vil alltid bety invertering.

AND/NAND-port

AND-port
En AND-port, oversatt til OG-port på Norsk, er en enkel og grunnleggende port. For å få en sann verdi ut, må begge inngangene få en sann verdi inn. Hvis bare en, eller ingen innganger har en sann verdi inn, vil utgangen bli usann.

En AND-port kan sammenlignes med to brytere satt i serie. Om vi trykker inn begge, vil lysdioden lyse. Om vi bare trykker inn en, eller ingen, vil ingenting skje.

BAU
000
010
100
111

Over ser du nok en tabell som viser ved hvilke verdier utgangen stiller seg til ved de forselige inngangsverdiene. På høyre side kan du se symbolene for en AND-port. Symbolene er meget like OR-porten, spesielt IEC-versjonen. Det er tegnet øverst i høyre hjørne som skiller symbolet fra andre porttyper.

En AND-port fungerer som et multiplikasjonsstykke. Hvis du multipliserer verdien av inngangene sammen, og får et tall som er 1, får du 1 ut. Multipliserer du inngangsverdiene sammen og får 0, får du 0 ut.

NAND-port
En NAND port, eller NOG som den også er kalt, er på lik linje med en NOR-port en motsettning. I de tilfellene en AND-port ville gitt 1 som utgangsverdi, vil en NAND-port gi 0. Når utgangsverdien er 0, gir en NAND-port 1.

BAU
001
011
101
110

Symbolet for en NAND-port som dere ser til høyre, er igjen meget lik symbolet for en AND-port. Det er den lille sirkelen på utgangen som sier at dette er en invertert port.

Exclusive OR/inverting-port

Exclusive OR-port
Exclusive-OR er en meget kjekk port og enkel å leke seg med når man prøver seg på digitale porter. En slik port gir deg kun én sann verdi ut, om inngangene har ulike verdier. Det er kun når inngangene har lik verdi at utgangsverdien blir usann.

Vi sammenligner en exclusive OR-port med to brytere satt i parallell. Om vi legger inn den ene bryteren, og lar den andre stå åpen, vil lysdioden lyse. Om vi legger inn begge bryterne, vil lysdioden slukke. Hvis vi lar begge bryterne stå åpne, vil lysdioden heller ikke lyse.

BAU
000
011
101
110

Over ser du tabellen for en Exclusive OR-port. På høyre side kan du se symbolene for porten.

En exclusive OR-port har ikke tilknyttet et enkelt mattestykke for å regne ut utgangene slik som de tidligere portene vi har snakket om, har. Det er derimot meget enkelt å huske hvordan den fungerer; Så lenge inngangene er forskjellige, blir utgangen stilt til 1. Er inngangene like, blir utgangen stilt til 0.

Det er dette systemet som brukes i temperaturaktiverende brannvarslere, som sammenligner temperaturen i rommet med temperaturen i et lukket kammer. Når temperaturforskjellen blir så og så stor, aktiveres varsleren.

Inverting-port
En inverting-port, enkelt oversatt til inverter eller negasjon, er den absolutt enkleste porten du kan jobbe med. Den har kun én inngang og én utgang. Hvis inngangsverdien er sann, blir utgangen usann. Er inngangen usann, blir utgangen sann.

AU
01
10

Over ser du den enkle tabellen for en inverting-port. Det en slik port gjør, er ganske enkelt å snu signalet. Er inngangsverdien 1, blir utgangsverdien 0. Er inngangsverdien 0, blir utgangsverdien 1.

Til høyre ser du symbolene for inverting-portenm som er ganske enkle. USA-symbolet skiller seg mye fra de andre portsymbolene, i forhold til IEC- symbolene som er meget like.

Videre digitalteknikk

Digitalteknikk er veldig mye mer enn det vi har gått igjennom på disse sidene. Portene vi har gått gjennomgått er også å få med flere innganger. Det finnes flere porter, og mange små ferdige og meget funksjonelle kretser.

Med portene vi har gjennomgått kan du konstruere blant annet tellere, vipper og andre små kretser som kan hjelpe deg til å lage meget funksjonelle kretser.

Porter med flere innganger
Alle portene vi presenterte på de tidligere sidene, kan skaffes med flere enn to innganger. Som eksempel kan vi ta for oss en OR-port med tre innganger.

CBAU
0000
0011
0101
0111
1001
1011
1101
1111

Først kan vi se litt på inngangene A, B og C. Inngang A har først en 1-er, så en 0-er, så en 1-er. Inngang B har først to 1-ere, så to 0-er, så to 1-ere igjen. Inngang C har fire 1-ere, så fire 0-ere. Som dere ser følger vi tellemåten til totallssystemet. Det er lurt å sette opp tabellene med dette systemet, for da vil du alltid vite at du har skrevet opp alle mulige kombinasjoner. Hvis vi hadde utvidet porten med en inngang til, ville den da fått navnet D, og først hatt åtte 0-ere, så åtte 1-ere.

Hvis du husker på dette, samt huskereglen for hver enkelt port, blir dette meget enkelt. Reglen for en OR-port er at så lenge inngangsverdiene lagt sammen blir 1, blir utgangsverdien 1. Altså A + B + C må bli 1, for at utgangsverdien skal bli en. Husk at 0 + 1 + 1 ikke blir 2, men 1. Det er fordi vi opererer med det binære tallsystemet som består av kun 0-ere og 1-ere.

Mer informasjon

Dette er den siste delen i denne artikkelserien, og vi ønsker ikke å sette dere igjen på benken uten at de av dere som ønsker, ikke får videreutviklet kunnskapen rundt emnet.

Det finnes ingen store nettsteder som er kun rettet mot elektronikk som undertegnede er klar over, men det finnes mange privatpersoner som skriver om kretser de har laget. Forumet vårt er en stor kunnskapskilde og har en egen kategori dedikert til elektronikk. Det finnes også en egen kategori for strømforsyninger. Her kan du lese om andre brukeres prosjekter og tips, eller stille spørsmål om ting du måtte lure på. Mange av brukerne her har også egne hjemmesider hvor de skriver om elektronikkprosjekter.

Forumet har også en god del gode guider. Brukeren "Spragleknas" har skrevet en guide som forklarer mye godt rundt strømforsyninger. Brukeren St Thicket har skrevet en informativ guide om de forskjellige IC-pakkene som er å få.

ELFA AS er det store mekka for de som liker elektronikk. Alle komponentene som er nevnt i denne guiden er å få kjøpt der, pluss et par titalls tusen produkter til. Om du velger å kjøpe Elfas produktkatalog, inneholder den gode forklaringer til hver gruppe komponenter.

Sist men ikke minst må vi anbefale bøker. Det er lite som slår en god bok. Både Bokkilden.no og Amazon.com har mange gode bøker. Bøker som er beregnet for skolen kan ofte være kjekke å starte med.

Avslutning

For siste gang er vi ved veis ende. Vi har lært at det er det binære tallsystemet som ligger til grunn innen digitalteknikk, og hvordan de mest grunnleggende elementene fungerer.

Som nevnt er dette den siste og avsluttende delen i denne artikkelserien. Undertegnede håper at alle leserne har lært mye, kanskje ikke alt, men i det minste noe.

Det vi har gjennomgått i denne guiden i tre deler er det helt grunnleggende innen elektronikk. Det finnes mange store fagområder man kan fordype seg innenfor. Om du er en ung leser, som forsatt går på grunnskolen, så er teorien vi har gått igjennom nå mye av det som læres bort på elektrofaglinjene på videregående skole.

Vi takk for følget denne gangen, og ønsker lykke til med den videre vandringen innenfor elektronikkens verden. Ikke glem å sjekke ut forumet for diskusjoner og mer informasjon relatert til elektronikk.

Mer om
annonse