M9: numbers in digital electronics

course/en/21-digital-electronics.md

@@ -0,0 +1,57 @@
+# Numbers in digital electronics
+
+Digital electronics connects bit patterns to physical signals, registers, measurements and protocols. Numbers do not merely describe mathematics: they control pins and encode observations of the physical world.
+
+## PREDICT
+
+If an 8-bit GPIO register contains `0x81`, which bits are set?
+
+## STEP — logical and physical levels
+
+Logical zero and one are abstractions. Physical circuits use voltage ranges interpreted as LOW and HIGH; exact thresholds come from the component datasheet.
+
+Signals can be active-low, meaning the asserted function corresponds to an electrically LOW line. Naming conventions vary.
+
+## GPIO registers and masks
+
+For `PORT = 10100001₂ = 0xA1`, individual bits may control separate functions.
+
+Typical software operations include setting a bit with `PORT |= (1 << 3)`, clearing it with `PORT &= ~(1 << 3)`, and toggling it with XOR.
+
+Real hardware must be checked against its datasheet. Some registers provide dedicated SET/CLEAR aliases, write-one-to-clear flags or other semantics for which ordinary read-modify-write is inappropriate.
+
+## Datasheets and register maps
+
+Register documentation commonly specifies addresses or offsets, bit positions, field widths, reset values, access properties and meanings of encoded field values.
+
+A value such as `0x82` is only meaningful once its register and field definitions are known.
+
+## ADC and DAC
+
+An idealized N-bit ADC provides (2^N) digital codes. A 10-bit converter has 1024 codes, usually numbered 0 through 1023.
+
+A simple idealized unipolar conversion can be approximated by
+
+`V ≈ code / (2^N - 1) × Vref`
+
+but the exact transfer function, reference, tolerances and endpoint conventions come from the datasheet.
+
+A DAC maps digital codes in the opposite direction toward an analog output; its width likewise determines the number of available codes.
+
+## Logic analyzers
+
+Logic analyzers capture digital samples and may display bits, bytes, hexadecimal values, timestamps or decoded UART/SPI/I²C fields.
+
+The byte `10100101₂ = 0xA5` might be a command, address, flags or payload. Protocol context supplies meaning. Serial analysis may additionally require bit order, clocking, framing and multi-byte byte order.
+
+## OBSERVE
+
+Hardware registers and protocols demonstrate the course's central idea: bit pattern plus representation rules produces meaning.
+
+## EXPLAIN
+
+Reading a datasheet constantly requires translating among bit positions, masks, hexadecimal values, numerical quantities and physical behavior.
+
+## Check yourself
+
+Which bits are set in `0x81`? How many codes does a 12-bit ADC have? Why can ordinary read-modify-write be wrong for some status registers?

course/no/21-digital-elektronikk.md

@@ -0,0 +1,88 @@
+# Tall i digital elektronikk
+
+I digital elektronikk kobles bitmønstre til fysiske signaler, registre, målinger og protokoller. Tallene er ikke bare matematikk: de styrer pinner og beskriver virkelige måleverdier.
+
+## PREDICT
+
+Hvis et 8-bit GPIO-register inneholder `0x81`, hvilke bit er satt?
+
+## STEP — logisk og fysisk nivå
+
+En logisk 0 eller 1 er en abstraksjon. Den fysiske kretsen bruker spenningsområder som tolkes som LOW og HIGH. Nøyaktige terskler avhenger av komponent og datablad.
+
+Et signal kan også være **active-low**. Da betyr det aktive nivået logisk/funksjonelt «på» når den elektriske linjen er LOW. Navn som `/RESET`, `RESET_n` eller lignende brukes ofte, men konvensjonen varierer.
+
+## GPIO-register
+
+Tenk et register:
+
+`PORT = 1010 0001₂ = 0xA1`
+
+Hver bit kan styre en separat funksjon. En maske kan endre én bit uten å uttrykke hele registerverdien på nytt.
+
+Sett bit 3:
+
+`PORT |= (1 << 3)`
+
+Nullstill bit 3:
+
+`PORT &= ~(1 << 3)`
+
+Toggle bit 3:
+
+`PORT ^= (1 << 3)`
+
+På virkelig hardware må du lese databladet: enkelte registre har egne SET/CLEAR-registre, write-one-to-clear-flagg eller andre regler som gjør en vanlig read-modify-write feil.
+
+## Datablad og registerkart
+
+Et registerkart oppgir typisk:
+
+- registeradresse eller offset
+- bitposisjoner
+- feltbredder
+- resetverdi
+- read/write-egenskaper
+- betydningen av feltverdier
+
+En verdi som `0x82` er først nyttig når vi vet hvilket register den tilhører og hva hvert bitfelt betyr.
+
+## ADC
+
+En idealisert N-bit ADC har (2^N) digitale koder. En 10-bit ADC har 1024 koder, normalt 0–1023.
+
+For en enkel idealisert unipolar modell kan en kode omregnes omtrent som:
+
+`V ≈ code / (2^N - 1) × Vref`
+
+Den nøyaktige overføringsfunksjonen, referansen, toleranser og endpoint-definisjonen må hentes fra databladet.
+
+## DAC
+
+En DAC gjør motsatt retning: en digital kode påvirker en analog utgang. Også her bestemmer bitbredde antall koder og dermed den idealiserte kvantiseringen.
+
+## Logic analyzer
+
+En logic analyzer samler digitale samples. Verktøyet kan vise dem som:
+
+- bit
+- byte
+- hex
+- dekodede UART/SPI/I²C-felt
+- timestamps
+
+Byte `10100101₂ = 0xA5` kan være kommando, adresse, flagg eller data. Protokollen gir semantikken.
+
+Ved serielle protokoller må du også kjenne blant annet bitrekkefølge, klokking, framing og byteorden der flerbytefelt brukes.
+
+## OBSERVE
+
+Hardware-registre og protokoller er praktiske eksempler på hele kursets hovedidé: bitmønster + avtalt representasjon = mening.
+
+## EXPLAIN
+
+Når du leser et datablad, oversetter du kontinuerlig mellom bitposisjoner, masker, hex, desimale størrelser og fysisk funksjon.
+
+## Sjekk deg selv
+
+Hvilke bit er satt i `0x81`? Hvor mange koder har en 12-bit ADC? Hvorfor bør du ikke anta at alle statusflagg kan nullstilles med vanlig read-modify-write?

exercises/no/10-digital-elektronikk.md

@@ -0,0 +1,10 @@
+# Øvelser: digital elektronikk
+
+1. Skriv `0xA5` som åtte bit og oppgi hvilke bitposisjoner som er 1.
+2. Lag en maske som setter bit 6 i et 8-bit register.
+3. Lag en maske som tester bit 2 og bit 5.
+4. Hvor mange digitale koder har en 8-, 10- og 12-bit ADC?
+5. Bruk den idealiserte endpoint-formelen til å beregne omtrent spenning for kode 512 i en 10-bit ADC med `Vref = 3.3 V`.
+6. Hvorfor må terskler for HIGH og LOW hentes fra databladet?
+7. Hva betyr write-one-to-clear, og hvorfor kan en naiv read-modify-write være farlig?
+8. En logic analyzer viser `A5 02`. Nevn informasjon du trenger før du kan tolke disse to bytene som et flerbytefelt.

solutions/no/10-digital-elektronikk.md

@@ -0,0 +1,10 @@
+# Løsninger: digital elektronikk
+
+1. `10100101₂`; bit 7, 5, 2 og 0 er satt.
+2. `1 << 6 = 0x40`.
+3. `(1 << 2) | (1 << 5) = 0x24`.
+4. 8 bit: 256; 10 bit: 1024; 12 bit: 4096 koder.
+5. (512/1023 × 3.3 \approx 1.65\text{ V}). Dette er en idealisert beregning; virkelig ADC-oppførsel må tas fra databladet.
+6. Logiske nivåer er elektriske spenningsområder og varierer med teknologi, forsyning og komponentkrav.
+7. Write-one-to-clear betyr at et flagg nullstilles ved å skrive 1 til dets bit. En read-modify-write kan derfor utilsiktet skrive 1 tilbake til andre satte flagg og fjerne dem.
+8. Blant annet protokoll/feltdefinisjon, feltbredde, byteorden og eventuelt bitrekkefølge/framing.