Oefenopgaven Signaalverwerking 5 VWO

PRACTICUMOPGAVEN Fysische Informatica
SYSTEEMBORD
Naam:
Introductie:
Het eerste, tweede en derde deel behoren tot de lesstof, het vierde deel is extra.
Gebruik voor de opgaven steeds een blad papier waar twee systeemborden op staan, teken
daar de aansluitingen op en maak aan de zijkant of achterkant daarvan de rest van de opgave
zoals waarheidstabellen en omschrijvingen.
Lever het pakketje ingevulde bladen met onderstaande lijst tijdens de laatste practicumles in,
dit telt mee voor de Practische Opdracht in deze periode.
Deel 1. De onderdelen
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
Drukknop, invertor, LED
Drukknoppen, EN-poort,
zoemer
OF-poort
Teller
Variabele spanning
Comparator
Geheugencel
AD-omzetter
Pulsgenerator
Relais
Geluidsensor
Temperatuursensor
Lichtsensor
Transistor
Deel 2. Eenvoudige combinaties
Invertor en EN-poort
EN-poort en OF-poort
Invertor en OF-poort
Alarmsignaal
Hoe werkt dit (1)
Hoe werkt dit (2)
Hoe werkt dit (3)
Temperatuurregeling
Nachtverlichting
Zoemer op schakeling (1)
Zoemer op schakeling (2)
Deel 3. Moet je kunnen
26
Reacietijdmeting
27
Bezoekers tellen
28
29
30
31
32
33
34
Voetgangersoversteekplaats
Insluiper-alarm
Stoplicht (1)
Galerijverlichting
Instabiel systeem
Twee grenzen
Dubbel alarm
Deel 4. Extra lastig
35
Temperatuurcontrole
36
Stoplicht (2)
37
Transistor
38
Tel tot 99
39
Nieuwe opgave
Eerste deel. Kennismaking met de onderdelen.
1
Drukknop, invertor, LED
Meet met een voltmeter de uitgangsspanning van een drukknop.
(Als tweede aansluiting van de voltmeter neem je een "aarde",
een van de zwart gemerkte aansluitingen, bijv. bij de sensoren).
Die spanning kan "laag" zijn, die waarde noemen we "0"
Die spanning kan "hoog" zijn, die waarde noemen we "1"
Sluit een drukknop aan op de ingang van een invertor.
Sluit de uitgang van de invertor aan op een LED.
Teken de aansluitingen op een bijlage.
Omschrijf de werking in woorden en maak een "Waarheidstabel"
volgens het voorbeeld hiernaast.
Uitgang drukknop is "a"; uitgang invertor is "Q"
2
Drukknoppen, EN-poort, zoemer
De eerste drukknop noemen we "a1"
De tweede drukknop noemen we "a2"
Sluit ze aan op de ingangen van een EN-poort.
Sluit de uitgang van de EN-poort aan op de zoemer.
Teken de aansluitingen op een bijlage.
Omschrijf de werking in woorden en maak een
"Waarheidstabel" volgens het voorbeeld hiernaast.
Uitgang van de EN-poort noemen we "Q"
a
Q
0
1
a1
a2
0
0
0
1
1
0
1
1
Q
3
OF-poort
De eerste drukknop noemen we "a1". De tweede drukknop noemen we "a2"
Sluit ze aan op de ingangen van een OF-poort.
Sluit de uitgang van de OF-poort aan op een LED. Teken de aansluitingen op een bijlage.
Omschrijf de werking in woorden en maak een "Waarheidstabel" zoals bij opgave 2.
Uitgang van de OF-poort is "Q"
4
Teller
Sluit een drukknop aan op de "tel pulsen"
ingang van de teller.
Sluit de andere drukknop aan op de "reset"
van de teller. Sluit de vier uitgangen van de
teller (Q1, Q2, Q3 en Q4) aan op vier LED's.
Q1 is uitgang "8"; de MSB
Q2 is uitgang "4"
Q3 is uitgang "2"
Q4 is uitgang "1", de LSB.
teller
Q1
Q2
Q3
0
1
2
3
4
5
6
Onderzoek de werking van de teller.
Onderzoek ook de werking van de "reset"
Beschrijf de werking in woorden en vul ook
de tabel in.
Wat betekent MSB en LSB?
7
8
9
(De werking van de "teller aan/uit" ingang van de teller onderzoek je bij opgave 9).
Q4
5
Variabele Spanning
Stand
spanning
Meet met een voltmeter (zoals bij opgave 1) de spanning van
de variabele spanning bij verschillende standen van de
draaiknop. Vul de tabel in.
6.
Comparator
Sluit de variabele spanning aan op de comparator.
Sluit de variabele spanning tevens aan op een LED.
Sluit de uitgang van de comparator aan op een andere LED.
Onderzoek de werking van deze schakeling door de
draaiknoppen van de variabele spanning en de comparator in
diverse standen te zetten. Beschrijf de werking in woorden.
7
Geheugencel
Sluit een drukknop aan op de "set" van de geheugencel.
Sluit de andere drukknop aan op de "reset" van de geheugencel.
Sluit de uitgang van de geheugencel aan op een LED.
Beschrijf de werking in woorden.
Waarom kun je nu geen waarheidstabel maken?
8
AD-omzetter
Sluit de variabele spanning aan op
een voltmeter (zoals bij opgave 5).
Sluit de variabele spanning tevens
aan op de AD-omzetter.
Sluit de uitgangen van de ADomzetter aan op vier LED's.
Q1 is uitgang "8"
Q2 is uitgang "4"
Q3 is uitgang "2"
Q4 is uitgang "1"
Stel nu (met hele kleine stapjes) de
variabele spanning in op diverse
waarden en onderzoek zodoende de
werking.
Vul de tabel in.
Beschrijf de werking ook in
woorden.
9
Pulsgenerator
Sluit de pulsgenerator aan op een
LED of de zoemer en draai aan de
knop. Beschrijf de werking.
Sluit hem vervolgens aan op de "tel
pulsen" ingang van de teller.
Sluit ook een drukknop aan op de
"teller aan/uit" ingang van de teller.
Onderzoek en beschrijf de werking.
minimale maximale
spanning spanning
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Q1
Q2
Q3
Q4
10
Relais
Op diverse plaatsen op het systeembord komt een spanning van 5 V voor. Toch kun je hier
niet een gewoon lampje van 5 V op laten branden. (Probeer dit maar).
De spanning van 5 V op het systeembord is alleen geschikt als "informatie", niet als
energiebron, er kan namelijk geen stroomsterkte van enige betekenis gaan lopen.
Toch wil men vaak apparaten aan- en uitzetten die wel flink wat stroom gebruiken. Daarvoor
dient het relais.
Gebruik een voedingskastje en stel dat in op 5 V. (Zoals bij elektriciteitspractica in afgelopen
jaren). Neem een 6V-0,5A lampje (en een houder) en controleer of het werkt.
Sluit de + en de - van het voedingskastje aan op de bovenste twee (zwarte) aansluitingen van
het relais. Sluit het lampje aan op de onderste twee (zwarte) aansluitingen van het relais.
Sluit een drukknop aan op de (witte) ingang van het relais.
Onderzoek en beschrijf de werking.
11
Geluidsensor
Sluit de geluidsensor aan op de comparator en de comparator op een LED.
Onderzoek (door geluid te maken) de werking en beschrijf die. Gebruik bij die beschrijving
de termen: "geluidssterkte"; "continu signaal" en "tweewaardig signaal"
12
Temperatuursensor
Haal een temperatuursensor uit de la met sensoren en sluit die aan op een sensor-aansluiting.
Meet met een voltmeter het uitgangssignaal.
Plaats de temperatuursensor in een warme en koude omgeving en beschrijf de werking.
Op welke onderdelen van het systeembord zou je de uitgang van de sensor op zinvolle wijze
kunnen aansluiten en op welke niet? (leg uit.)
13
Lichtsensor
Haal een lichtsensor uit de la met sensoren en sluit die aan op een sensor-aansluiting.
Laat een LED continu branden (bijv. door die op de invertor aan te sluiten waarvan de ingang
niet aangesloten is).
Sluit de lichtsensor aan op de comparator en de comparator op een LED.
Houd de lichtsensor bij de brandende LED en onderzoek zo de werking.
14.
Transistor.
Wacht met het onderzoeken van de transistor tot je aan de extra opgaven van deel 4 toe bent.
Tweede deel. Eenvoudige combinaties.
15. Invertor en EN-poort
Bouw de schakeling, teken hem zoals
hij er op een systeembord uit ziet op een
bijlage en maak een waarheidstabel.
a1 en a2 zijn drukknoppen, Q is een LED.
(zoals bij opgave 2).
a1
&
Q
16. EN-poort en OF-poort
Bouw de schakeling, teken hem zoals
hij er op een systeembord uit ziet op een
bijlage en maak een waarheidstabel.
a1
a2
a2
1
&
≥1
Q
17.
Invertor en OF-poort
Sluit een drukknop aan op een ingang van de OF-poort. Sluit de andere drukknop via de
invertor aan op de andere ingang van de OF-poort. Sluit de uitgang van de OF-poort aan op
een LED. Teken de aansluitingen op een bijlage. Maak een waarheidstabel.
18
Alarmsignaal
Sluit de pulsgenerator aan op de teller.
Sluit de "1"-uitgang en de "4"- uitgang
van de teller aan op de EN-poort.
De EN-poort vervolgens op de zoemer.
19
Hoe werkt dit (1)
Bouw de schakeling, teken hem over
op een bijlage en beschrijf de werking.
Het lampje brandt als . . . . .
20 Hoe werkt dit (2)
Bouw de schakeling, teken hem over op
een bijlage en beschrijf de werking.
Het lampje brandt als . . . . .
21 Hoe werkt dit (3)
Bouw de schakeling, teken hem over op
een bijlage en beschrijf de werking.
Het zoemer zoemt als . . . . .
Bij de hierna volgende opgaven mag je uitgaan van de volgende eigenschappen van sensoren.
Draaihoeksensor
Draaihoek naar spanning
Bereik 0 graden (0 Volt) tot 240 graden (5 V)
Gevoeligheid 0,02 (V/graad)
Temperatuursensor Temperatuur naar spanning
Bereik –22 C ( = 0 V) tot 110 C (= 2,4 V)
Gevoeligheid 0,018 (V/graad)
Lichtsensor
Lichtsterkte naar spanning
Bereik 0 ( = 0 V) tot 300 lux ( = 4,5 V)
Gevoeligheid 0,015 (V/lux)
Geluidssensor
Geluidssterkte naar spanning
Bereik 0 Pa (= 0 V) tot 2,50 Pa (= 0,5 V)
Gevoeligheid 0,2 (V/Pa)
Je mag tijdens het practicum de sensoren vervangen door een variabele spanning. Let wel: op
de toets moet je wel weten hoe het met een echte sensor zit!
22
Temperatuurregeling
Een (fictief) verwarmingselement dat kan worden aangesloten op het relais moet aangaan als
de temperatuur onder de 60oC is en weer uit gaan als de tempetaruur boven de 60oC komt.
23
Nachtverlichting
's Avonds bij schemering (I < 50 lux) moet de straatverlichting aangaan en overdag weer uit.
24
Zoemer op schakeling (1)
Een zoemer moet werken zolang iemand een schakelaar ingedrukt houdt of zolang uit een
zaklantaarn licht met een sterkte van meer dan 150 lux op een lichtsensor valt.
25
Zoemer op schakeling (2)
Een zoemer aan gaan wanneer een deur meer dan 30 graden opendraait. De zoemer moet
daarna aan blijven, zelfs als de deur weer dichtgaat, totdat iemand op een schakelaar drukt.
Derde deel. Schakelingen die behoort te kunnen.
26
Reacietijdmeting
Meet in tienden van seconden elkaars reactietijd.
Degene wiens reactie getest wordt houdt zijn handen op zijn rug.
Degene die de test afneemt drukt onopvallend op een drukknop zodat een LED gaat branden.
Degene wiens reactie getest wordt moet dan snel de andere drukknop indrukken.
De teller moet dan de reactietijd aangeven.
27
Bezoekers tellen
Bij de ingang van een gebouw moet het aantal bezoekers geteld worden.
Maak met een geschikte lamp (vraag aan mijnheer Rood) en een lichtsensor een echte
lichtsluis bij de ingang van het practicumlokaal.
Het aantal personen dat langs gelopen is moet worden geteld en de teller moet op nul kunnen
worden gezet.
28
Voetgangersoversteekplaats
Telkens wanneer een voetganger de schakelaar indrukt, moet het licht van de autoweg
(LED1) 8 seconden lang op rood gaan. Na deze tijd moet het voetgangerslicht (LED2) weer
op rood komen te staan.
28b Baby-alarm
Een LED moet aangaan wanneer een baby meer dan 4 seconden aaneengesloten huilt. De
LED moet blijven branden totdat iemand de baby sust en op een schakelaar drukt.
29
Insluiper-alarm
Wanneer de voordeur meer dan 30 graden opendraait wordt een zoemer gestart, die
beurtelings 1 seconde aan en 1 seconde uit is. De zoemer wordt alleen uitgeschakeld door de
deur te sluiten en daarna een schakelaar in te drukken.
30
Stoplicht (1)
De hoofdweg staat normaal op groen (LED1). Als een auto in de zijstraat over een druksensor
rijdt, of als een voetganger op een knop drukt, moet de hoofdweg 8 seconden op rood (LED2)
en alle andere lichten (LED3 en 4) op groen gaan.
31
Galerijverlichting
Op de galerijen van een flat moeten de lichten aangaan wanneer het daglicht minstens 4
seconden minder is dan 40 lux. Als er weer voldoende daglicht is kunnen de lampen meteen
weer uit. Hiermee voorkomt met dat de lampen meteen aangaan als er overdag iemand langs
de sensor loopt.
32
Instabiel systeem
Sluit de geluidsensor via de comparator en de invertor aan op de zoemer. Hoe werkt dit?
33
Twee grenzen
Als een variabele spanning een waarde heeft tussen 1,3 (V) en 3,1 (V) moet een led branden.
N.B. Gebruik een systeembord met maar één comparator.
34
Dubbel alarm
Wanneer ’s nachts op een bepaalde plaats in huis licht of geluid wordt waargenomen moet een
zoemer worden gestart die beurtelings 1 seconde aan en 1 seconde uit is. De zoemer gaat
hierna alleen uit als het licht én het geluid er niet meer zijn en men daarna op een
drukschakelaar drukt.
Vierde deel. Lastige opgaven voor doorzetters
35
Temperatuurcontrole
Een led moet branden zolang het in een broedmachine warmer dan 30 C is. Wanneer het
kouder wordt moet de zoemer 4 seconden lang gaan, zodat iemand de kachel aan kan gaan
zetten.
36
Stoplicht (2)
Maak een stoplicht dat normaal op rood (LED1) staat.
Als er een auto aan komt rijdt die over een drukknop en dan gaat het stoplicht 4 seconden op
groen (LED2), vervolgens 2 seconden op oranje (LED3) en dan weer op rood.
37
Transistor
Onderzoek hoe de transitor werkt. Op het systeembord maar ook de theorie er achter.
Wat zijn de "collector", de "basis" en de "emitter"?
Is op het systeembord sprake van een "PNP" of een "NPN" transistor?
38
Tel tot 99
Maak met twee systeemborden (aarde met elkaar verbinden) een teller die tot 99 kan tellen.
39
Nieuwe opgave
Verzin zelf een nieuwe opdracht (die wel uitvoerbaar is!) en formuleer die zorgvuldig.
Probeer of een medeleerling (of je docent) er uit kan komen.
Volgend jaar voegen we die er dan aan toe.
EINDE