Digitaalitekniikka Kertaus PDF

Kertaus Mod_5® 13.05.2014 ©Aatu ”AKÄ” Kähärä

Valituksia ei kuunnella, enkä ota virheistä vastuuta.

Digitaalitekniikka kertaus AKÄ ®

Lukujärjestelmät:

Binäärijärjestelmä:

Kantaluku 2

Heksajärjestelmä:

Kantaluku 16

Oktajärjestelmä:

Kantaluku 8

BCD-Koodi: Eli binääri koodattu kymmenjärjestelmä. Binäärilukuja vain des 0-9 väliltä joilla

ilmoitetaan 0 ja 1 käyttäen desimaali numerot. Esim. 99 = 1001 1001, koska 9 = 1001.

Heksa-

desimaali Binääri Desimaali Oktaali

0 0 0 00

1 1 1 01

2 10 2 02

3 11 3 03

4 100 4 04

5 101 5 05

6 110 6 06

7 111 7 07

8 1000 8 010

9 1001 9 011

A 1010 10 012

B 1011 11 013

C 1100 12 014

D 1101 13 015

E 1110 14 016

F 1111 15 017



Standardeja:

MIL-STD-1153B: Standardi määrittelee fyysisen, sähköisen ja tietoformaatin ominaisuudet suoralle

avioniikka väylälle. ”piuha tiedonsiirto” järjestelmän standardi (dataväylä).

MIL-STD-1773: Standardi Kuituoptiselle ilma-aluksen tiedonsiirtojärjestelmälle (dataväylä).

ARINC 429: Standardi dataväyläprotokolla ilmailussa. Se on kaksi väyläinen ”point-to-point”

tyyppinen dataväylä. Arinc 429:n määrittelystä selviää väylän fyysinen ja sähköinen rajapinta.

(Dataväylä on datan [eli bittien] [eli tieto 0 ja 1 muodossa] siirtoväylä, jonka nopeus riippuu kaistan

leveydestä esim. 8, 16, 32, 64bit järjestelmät)

OSI: Open Systems Interconnection reference model. OSI-malli on liki kaikissa tietoliikenteen

oppikirjoissa esitetty pakettivälitteisen tietoliikenteen käsitemalli, jonka olennaisia konsepteja

ovat ylempien kerroksien datan enkapsulointi* alemman kerroksen viesteihin, kerroksien

keskittyminen tiettyihin palveluihin ja kerrosten väliset rajapinnat, jotka mahdollistavat

protokollien yleiskäyttöisyyden.

*Enkapsulointi: Enkapsulointi piilottaa toteutukseen liittyvät muuttujat ja metodit muiden

luokkien näkyvistä. Enkapsuloitu luokka tarjoaa rajapinnan (interface), jolla luokkaa voidaan

käyttää. Enkapsuloinnin avulla voidaan luokan toteutusta muuttaa ilman, että sitä käyttävät tahot

joutuvat muuttamaan omaa koodiaan.



Logiikkapiirit:

Pelkkiä 0 ja 1 merkkejä eli binäärejä. 0 on ei/no ja 1 on kyllä/on.

AND piiri: AND molempien kytkimien pitää olla ”kyllä” asennossa.

”kertotaulu”

OR piiri: Or piirissä vain toisen kytkimen pitää olla ”kyllä”

asennossa. ”plus lasku”

INPUT OUTPUT

A B A AND B

0 0 0

0 1 0

1 0 0

1 1 1

INPUT

A B

OUTPUT

A + B

0 0 0

0 1 1

1 0 1

1 1 1



NOT piiri: NOT piiri invertoi aina lähdön. Eli tuttavallisemmin

inverteri. ”takin kääntäjä”

NAND piiri: On invertoitu AND piiri. (Käänteinen AND)

NOR piiri: On invertoitu OR piiri. (käännetty OR piiri)

INPUT OUTPUT

A NOT A

0 1

1 0

Input

Output

A B

0 0 1

0 1 1

1 0 1

1 1 0

INPUT

A B

OUTPUT

A NOR B

0 0 1

0 1 0

1 0 0

1 1 0



PC tekniikka:

CPU: Central Processing Unit. Eli prosessori, joka käsittelee ja jakaa tietokoneen ”tehtävät”

RAM: Random Access Memory. Tietokoneen “työ” muistia. Tyhjentyy joka kerran kun

sähkönsyöttö tästä lakkaa.

BIOS: Basic Input Output System. Eli tämä antaa tietokoneen ensimmäiset käskyt, kuten mistä

massamuistista käynnistyä yms.

ROM: Read Only Memory. Esim. vanhojen emolevyjen BIOS chipit.

PROM: Programmable Read Only Memory. Kertalaakilla ohjelmoitava “poltettava” muisti.

EPROM: Erasable –II-. Pyyhittävää mallia oleva prom.

UV-EPROM: Ulta Violet –II-. UV-valolla pyyhittävä prom.

Flash EEPROM: Flash Electrically Erasable Programmable Read Only Memory. Sähköisesti

ohjelmoitava ja pyyhittävä prom muisti.

AD muunnin: Analog to Digital muunnin on analogisesta signaalista digitaalisesksi tiedoksi

muuttava palikka.

DA muunnin: Digital to Analog muunnin on digitaalisesta analogiseksi tiedoksi muuntava palikka.

Katodisäde putki: Kuvaputki eli katodisädeputki on lasista valmistettu erikoisrakenteinen

elektroniputki. Kuvaputken takaosan elektronitykki lähettää elektronisuihkun, jota poikkeutetaan

tyhjiössä joko sähkökentän avulla (esimerkiksi oskilloskoopeissa) tai magneettikentän avulla (esim.

kuvaputkitelevisioissa ja kuvaputkinäytöissä). Elektronisuihkun osuessa näyttöpinnan

loisteaineeseen osumakohtaan syttyy valopiste, jonka kirkkaus riippuu suihkun voimakkuudesta.

Led näyttö: LED-näyttö on kokonaan LED-puolijohteilla toteutettu näyttö. Näytössä jokaisella

värillä on oma erillinen led, joiden kaikkien kolmen palaessa yksittäinen valopiste eli pikseli näkyy

valkoisena. (LED = light emitting diode)

Nestekidenäyttö: Eli LCD (liquid crystal display) on ohut näyttölaite. Se koostuu sähköisesti ohjatusta,

valoa polarisoivasta nesteestä, joka on suljettu soluihin kahden läpinäkyvän polarisoivan levyn väliin.

Kuhunkin soluun voidaan johtaa sähköä, jolloin sen sisällä olevaan nesteeseen muodostuu

sähkökenttä.



Näyttölaitteet:

7-, 9- ja 16-segmenttinäytöt: Hehkulankaan perustuvia, yksinkertaisia halpoja ja helppoja

näyttöyksiköitä. Haittapuolina rajallinen merkkivalikoima, yksivärisyys ja jos yksi segmentin

hehkulanka palaa poikki on yleensä koko segmentti vaihdettava. Mitä enemmän segmenttejä sen

monimutkaisempia symboleja sillä voi tuottaa.

Lamppumatriisinäyttö: Pienistä hehkulampuista voidaan tehdä lamppumatriisi, jossa on

esimerkiksi 5x7 tai 6 x 8 lamppua yhtä merkkiä kohden. Etuina suuri valoteho jolla näyttö on hyvin

erotettavissa. Jotta voidaan esittää myöskin kaikki pienet kirjaimet, tarvitaan isompia

lamppumatriiseita. Tyypillisesti ne ovat esimerkiksi 7 x 9, 7 x 11, 7 x 14 ja 7 x 16 kokoisia

matriiseita.

Led: Ledien etuina hehkulangallisiin merkkilamppuihin nähden ovat pienempi koko, tehontarve,

toimintajännite sekä paljon pidempi käyttöikä. Led elementtejä saa yksi, kaksi ja kolmivärisinä

riippuen käyttötarkoituksesta. Kaksi värisessä ledissä samassa kuoressa voi olla joko kaksi erillistä

lediä tai yksi katodi ja molemmille väreille oma anodi liitäntä. (Jos ledin halutaan palavan

todellakirkkaasti, sitä on ohjattava transistorin avulla.)

Valodiodi näytöt: Valodiodi- eli LED-näytöt ovat joko 7-, 9-, 14- sekä 16-segmenttiperiaatteella

toteutettuja numeronäyttöjä tai 5x7 pisteen matriisinäyttöjä alfanumeerista (numerot sekä

kirjaimet) käyttöä varten. Tietysti LED-matriiseita voidaan rakentaa myöskin suurempia kuin 5x7

matriisit, esimerkiksi jotakin erikoiskäyttöä varten.

Valopatsas näytöt: Myöskin valopatsasnäyttö voidaan toteuttaa ledien avulla. Valopatsasnäytöissä

useita ledejä, usein suorakaiteen muotoisia, asennetaan päällekkäin ja mitattavan parametrin

muuttuminen saa aikaan valopatsaan korkeuden muuttumisen. Valopatsaaseen voidaan asentaa

esimerkiksi sallitulle alueelle vihreät ledit, tilapäisesti sallitulle alueelle keltaiset/oranssit ledit ja

kielletylle alueelle punaiset ledit.

led luotettavuus: Eri näyttötekniikoista LED-näytöt kuuluvat luotettavimpiin ja pitkäikäisimpiin.

Parhaimmillaan vikaväli (MTBF) LED-näytöille on 106 h ja tyypillisestikin yli 105 h nimellisvirralla

huoneenlämpötilassa.

Katodisädeputkinäyttö: Kuvaputki eli katodisädeputki on lasista valmistettu erikoisrakenteinen

elektroniputki. Kuvaputken takaosan elektronitykki lähettää elektronisuihkun, jota poikkeutetaan

tyhjiössä joko sähkökentän avulla (esimerkiksi oskilloskoopeissa) tai magneettikentän avulla (esim.

kuvaputkitelevisioissa ja kuvaputkinäytöissä). Elektronisuihkun osuessa näyttöpinnan

loisteaineeseen osumakohtaan syttyy valopiste, jonka kirkkaus riippuu suihkun voimakkuudesta.

Katodisädeputki soveltuu käytettäväksi hyvinkin erityyppisissä sovellutuksissa. Sitä on saatavana

erikokoisina, aina yhden tuuman pienoisnäytöistä jopa 45 tuuman suurnäyttöihin.

Yksiväriputki: Yksiväriputkessa on vain yksi elektronitykki joka ampuu elektronisuihkua

valopisteeseen, josta se heijastuu kaarevalle kuvapinnalle.



Moniväriputki: Moniväri putkessa on kolme elektronitykkiä, jotka ampuvat kolmea eriväristä

elektroni suihkua samalla tavalla kuin yksiväri putki valopisteeseen, josta ne heijastuvat

kuvapinnalle.

HUD: Head Up Display.

Nestekidenäyttö: Nestekidenäyttöjen eli LCD -näyttöjen (Liquid Crystal Display) toiminta perustuu

ohuiden polarisoivien kalvojen väliin asetettuihin nestekidemolekyyleihin, jotka taittavat niiden

läpi kulkevaa, näytön taustavalaisimesta tulevaa valoa tai luonnonvaloa, molekyylien kyky päästää

valoa lävitseen muuttuu, kun niiden asentoa muutetaan sähkökentän avulla. Tietty näytön

kuvapiste saadaan näkyväksi johtamalla tarvittaviin elektrodeihin sopiva jännite, joka muuttaa

molekyylikiteiden asentoa.

Yksiväri nestekidenäyttö: Sisältää vain kahdella tavalla ohjautuvia nestekidemolekyylejä, valkoisia

ja mustia.

Moniväti nestekidenäyttö: Sisältää kolmen värisiä nestekidemolekyylejö jotka ohjautuvat monilla

eritavoilla muodostaen erilaisia värejä, kun kaikki kolme väriä hohtavat on väri havaittavissa

ihmissilmälle valkoisena.

Passiivimatriisi: Huonompi erittely kyky kuin aktiivimatriisilla.

Aktiivimatriisi: Parempi erittely kyky kuin passiivimatriisilla.

Plasmapaneeli: Perustuu kahteetn lasilevyn sisällä sijaitsevaan kaasuseokseen, jotka saadaan

halutuista paikoista hohtaviksi hieman samalla tavalla kuin kuvaputkinäytöissä ionisoimalla

sähköpurkauksella kaasu. Lasilevyjen sisäpinnalle on muodostettu elektrodeja läpinäkyvistä

erittäin ohuista metallikalvoista. Elektrodit on eristetty kaasusta lasikerroksella. Toisella pinnalla

elektrodit ovat pystysuuntaisia ja toisella vaakasuuntaisia, joten ne muodostavat yhdessä näytölle

koordinaatiston, jonka avulla jokainen näytön piste voidaan osoittaa.

Elektroluminenssi: Periaatteessa elektroluminenssinäyttö on saman tapainen kuin plasmanäyttö,

mutta plasmanäytön kaasu on korvattu fosforoivalla aineella, esimerkiksi mangaanilla seostetulla

sinkkisulfidilla.

LEP: Eräs uusimpia tulokkaita ohutkalvonäytöissä on LEP-näytöt (Light Emitting Polymers). LEP-

näytöt perustuvat ohuihin polymeerikalvoihin, jotka muodostavat valoa kun kalvon läpi kulkee

sähkövirta. Näyttö koostuu erilaisista LEP-kerroksista, joista jokainen tuottaa tietyn väristä valoa.

Polymeerikalvot asetetaan ohjauselektrodien väliin. Kuvapinnan edessä oleva ohjauselektrodi on

läpinäkyvää rakennetta.

Kosketusnäyttö: Lentokoneiden matkustamon viihdytysjärjestelmiin on viimevuosina alkanut

yleistyä niin sanottu kosketusnäyttö. Kosketusnäytöllä voidaan korvata niin tietokoneen hiiri ja

näppäimistö sekä muut ohjaimet.



Resistiivinen: Perustuu kahteen näytön pinnalle päällekkäin asetettuun läpinäkyvään kalvoon

(pintaan) sekä sähkövirtaan. Lähempänä näyttöä oleva pinta on joko lasia tai muovia ja se on

päällystetty resistiivisellä kerroksella. Päällimmäinen kosketeltava kalvo, joka toimii johtavana

pintana, on taipuisaa muovia. Päällimmäinen kalvo on neutraalissa tilassa eristetty alemmasta

kerroksesta pienten läpinäkyvien nystyröiden avulla. Kun ulompaa kalvoa painetaan sormella tai

kosketuskynällä, muodostuu painettuun kohtaan sähköinen yhteys alemman ja ylemmän pinnan

välille ja tämä signaali välitetään tietokoneelle.

Kapasitiivinen: Toinen varsin yleinen kosketusnäytön rakenne perustuu kapasitanssin

muutokseen. Kosketusnäytön pinta on tehty läpinäkyvästä, sähköä johtavasta kerroksesta, johon

johdetaan vaihtojännite. Läpinäkyvän kalvon jokaiseen kulmaan on kytketty johdin. Kun kosketaan

paljaalla sormella johonkin kohtaan kalvoa, niin kosketuskohdassa ihmisen oma kapasitanssi

kytkee osan vaihtojännitteestä maihin. Tämä voidaan havaita mittaamalla vastakkaisista

nurkkapisteistä lähtevät virrat. Eripuolilla kosketusnäyttöä olevien kosketuskohtien antama

mittaustulos on erilainen. Mittaustulosten perusteella voidaan laskea koordinaatit sille paikalle,

jota kosketusnäytöllä on kosketettu.



Kuituoptiikka:

Periaate: Valokuidun periaatteena on, että valo lähetetään kuituun sen päästä pienessä kulmassa

kuidun suuntaan nähden niin, että tapahtuu valon *kokonaisheijastus kuidun seinämistä. Valon

säde kulkeutuu eteenpäin erikseen jokaisessa kuidussa. Kuidun toisessa päässä sijaitsee

valonilmaisin vastaanottimena. Karkeasti: Jos valoa tulee = 1 jos ei = 0. Taajuus on noin 500Ghz.

*(Kokonaisheijastuminen on aalto-opillinen ilmiö, jossa aaltoliike heijastuu täydellisesti, kun se

saapuu kriittisen kulman ylittävässä kulmassa pinnan normaalin suhteen. Kokonaisheijastuminen on

mahdollista vain, kun aalto saapuu aalto-opillisesti tiheämmästä aineesta harvempaan.)

Valokuitu: Perustuu kuituun lähetettävään valonsäteeseen. Kuituja on kahta eri päämuotoa.

Kuidut valmistetaan kvartsilasista vetämällä. Kuitujen paksuus 10-100 µm. Valokuitu kaapeli

sisältää monta kuitua rinnakkain ja kaapeli saattaa sisältää myös joitakin eristettyjä kuparijohtimia,

joita käytetään mahdollisiin sähkösignaalien siirtoon.

Monomode: Eli yksimuoto kuitu, eli kuitu jossa kokonaisheijastus tapahtuu yhdellä kertaa. Tästä

johtuen monomode kuidussa siirtonopeudet ovat moninkertaisesti parempia kuin multimode

kuiduissa.

Multimode: Eli monimuoto kuitu, eli asteittaiskuitu, kuidun ytimen paksuus on niin suuri, että valo

pääsee taittumaan monia kertoja ennen pääte asemaa. Tästä johtuen siirtonopeudet rajoittuvat

noin 100Mb/s ja usean Gb/s välille riippuen kuidun ytimen paksuudesta.

Kuitujen liittäminen: Kuitujen liitoskohdat vaativat äärimmäistä puhtautta ja tarkkuutta, jotta

asteittaistaitekerroin pääse muuttumaan. Liitos tekniikoina toimivat hitsaus ja liimaus, joista

hitsauksella päästää tarkimpaan ja näin ollen parhaaseen lopputulokseen. Monomode kuidun

liittäminen on huomattavasti vaikeampaa kuin yksinkertaisempien multimode kuitujen. On aivan

mahdotonta tehdä hyväksyttävää ja toimivaa kuitu liitosta ilman työhön suunniteltuja

erikoistyökaluja.

Valo ja vastaan otto: Valon luomiseen tarvitaan signaali, modulaattori ja puolijohde laser. Laserilla

luodaan IR säteily valokuidun sisään jossa se kulkeutuu fotoilmaisimelle joka välittää tiedon

bitteinä demodulaattorille joka muuttaa bitti tiedon luettavissa olevaksi signaaliksi.



Lentolaite:

Peruslentomittareita on kuusi: Korkeus-, nopeus-, pystynopeus-, kaarto- ja luisumittari sekä

keinohorisontti-, suuntahyrränäytöt.

Nykyaikaisessa lentolaitteessa on: nestekide- tai LED-paneelinäytöt.

”Toisen” kehitysvaiheen liikennelentokoneissa: oli pää asiallisesti katodisädeputki näyttöjä.

HUD: Head Up Display. Eli ”näyttö” joka on läpinäkyvä ja jolle heijastetaan pilotille tärkeitä tietoja

ja armeijan koneissa tähtäimet.

ADC: AirData Computer. Käsittelee kaiken lentoa koskevan tietoliikeenteen jossain muodossa.

EICAS: Engine Indicating and Crew Alerting System. EICAS on moottorin valvonta ja varoitus

järjestelmä.

ACARS: Aircraft Communication Addressing and Reporting System. Koneen viestintä järjestelmä,

jolla voi lähettää ja vastaan ottaa 16 rivisiä ”tekstiviestejä”.

FWS: Flight Warning System. FWS on koko lentokoneen varoitus järjestelmä.

GPWS: Ground Proximity Warning Systems.

EGPWS: Enhanced Ground Proximity Warning Systems.

TCAS I: Traffic Collision Avoidance System. TACAS ensimmäisen sukupolven törmäyksenesto

järjestelmä, jossa pilotti päättää mihin suuntaa väistää. Järjestelmä antaa pelkän ”ta”

eli ”traffic” varoituksen. Ei toimi lennonjohdon kautta.

TCAS II: -II- On toisen sukupolven TCAS järjestelmä, joka käskee pilottia väistämään tiettyyn

suuntaa tietyllä nopeudella ja suuntimalla.

AHRS: Attitude and Heading Reference System.

FDR: Flight Data Recorder. “mustalaatikko”

CVR: Cockpit Voice Recorder. “mustalaatikko”

INS: Inertial Navigation System. Hyrräsuunnitus järjestelmä. Täysin riippumaton GPS:stä. Käyttää

lennon alussa annettuja sijaintitietoja navigoidakseen hyrrillä haluttuun pisteeseen. Vara

järjestelmä GPS:sän pettämistä varten.

IIS: Inertial Indication System.

IRS: Inertial Reference System.

RAD ALT: Radio Altimeter. Radio korkeusmittari.

FMS: Flight Management System.

EFIS: Electronic Flight Instrument System.



AWS: Aerodynamic Warning System. Järjestelmä joka varoittaa esim. sakkauksesta, liiallisesta

kohtauskulmasta tai liiallisesta liukukulmasta. Täristää ”rattia” vilkuttaa valoja ja päristää pillejä

niin perkeleesti.

ECAM: Electronic Centralised Aircraft Monitor. Airbussin oma versio EICAS järjestelmästä.

GPS: Global Positioning System. Paikannus ja navigointi järjestelmä, jossa tietoliikenne hoidetaan

lentolaitteen ja satelliitin välillä.

FBW: Fly By Wire. Ohjausjärjestelmä, jossa manuaaliset ohjainkomennot on korvattu digitaalisilla

tietokone ohjatuilla komennoilla. Tällä säästetään paljon painoa ja tehdään ohjaimista kevyemmät

ja herkemmät, sekä estetään liiallisia ohjain liikkeitä ja helpotetaan autopilottien ja ”dampperi”

järjestelmien toimintaa.

ACARS—ARINC: Aircraft Communication Addressing and Reporting System – Aeronautical Radio

INC. Toinen kahdesta ACARS verkosta. Toinen näistä on “SITA” verkko.

Ehkä täst jotain hyötyy on…. (Toivottavasti)

Terv. AKÄ®

Documents

Digitaalitekniikka Kertaus PDF