Practicum systeembord 5V

Practicum systeembord 5V
Deel 1: de hoofdzaak
Hiernaast zie je het systeembord. Links zit
de invoer (bijvoorbeeld sensoren). Rechts de
uitvoer (bijv. zoemer) En in het midden de
verwerking: allerlei poorten.
1) Links zie je een variabele spanning.
Verbind de uitgang daarvan met een led
(Light Emitting Diode)
Vanaf welke spanning gaat de led aan?
……………….
Een computer “denkt” binair dwz met 0 en 1. Nul = uit Eén = aan. Wat houdt dat in? Je ziet dat bij de
led: nul= een spanning van 0,0 tot ong. 1,5 V. Eén = een spanning van ong 1,5 tot 5,0 V
2) Verbind de drukschakelaar met een led. Doe wat je niet laten kunt. Schrijf je conclusie op met de
getallen: 0 en 1 ……………………………………………………………………………………………
3) Verbind de drukschakelaar met een zoemer. Wat doet een zoemer dus? Zeg het met 0 en 1.
…………………………………………………………………………………………………………….
4) Verbind de drukschakelaar met de ingang van de invertor en de uitgang met een led. Wat doet ie?
……………………………………………………………………………………
invertor
5) Een waarheidstabel is een schema waarin met nullen en enen de werking wordt
ingang
uitgang
0
1
weergegeven. De waarheidstabel voor de invertor ziet er zo uit:
1
0
6) Verbind een drukschakelaar met de bovenste ingang van de EN-poort (noem ik A) en een andere
druk schakelaar met de onderste ingang van de EN-poort (B). Verbind de uitgang
EN-poort
met een led. Onderzoek wat een EN-poort doet. Vul de waarheidstabel verder in.
A
B
uitgang
Waarom zou hij EN-poort heten? ………………………………
0
0
…………………………………………………………………..
0
1
7) Onderzoek de werking van de OF-poort. Vul de waarheidstabel in.
1
1
0
1
OF-poort
Waarom zou hij OF-poort heten? ……………………………….
…………………………………………………………………..
8) Een combinatie van 2 poorten is ook mogelijk. Een NEN-poort
(Niet EN-poort) is een EN-poort met daarachter een invertor.
Onderzoek en geef de waarheidstabel.
9) Bouw een NOF-poort en geef de waarheidstabel.
NEN-poort
NOF-poort
10) De comperator heeft een min-ingang die vast zit
aan een variabele spanning en een plus-ingang. Verbind
die + met de variabele spanning uit de linkerkant van
het bord. Zet de min-ingang op 2,0 V en draai de plus langzaam op van 0,0 tot 5,0 V. Hoe werkt het?
…………………………………………………………………………………………………………
11) Onderzoek de geheugencel. Schrijf de werking in woorden op. …………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
Deel 2 De toepassing
Ontwerp eerst de schakeling op papier. Bouw hem. Test hem.
Als hij doet wat de vraag was, moet hij goed zijn. Soms zijn
er meerdere oplossingen mogelijk. Bij het tekenen van
het ontwerp moet je de officiële notatie gebruiken. In BINAS staat deze in Tabel 17 B. Als er geen
officiële notatie bestaat (zoals led, lichtsensor) teken je een rechthoek met de naam erin.
Als voorbeeld zie je opdracht 9 van deel 1.
Ontwerp, bouw en test de volgende opdrachten:
1) Als iemand op de claxon (zoemer) van zijn auto
drukt, moet de deur van zijn garage opengaan.
Symboliseer het opengaan van de deur door het
branden van een led. De geluidssensor zit al op
het systeembord. Als je last hebt van het geluid in
de klas is er een praktische oplossing mbv een extra poort:
welke?………………………………….
2) Om te voorkomen dat iedereen die toevallig
claxonneert ook de deur doet opengaan, moet aan twee
voorwaarden zijn voldaan: als zowel de claxon aangaat en
de lampen van de auto branden, mag de deur opengaan.
Maak gebruik van de lichtsensor die we op school hebben.
3) Iemand bedenkt de volgende dievenafschrikker:
in de ene deurpost zit een lampje gemonteerd. In de
tegenover gelegen post een lichtsensor. Als de lichtstraal
onderbroken wordt, moet de zoemer afgaan. In andere
gevallen staat de zoemer uit.
4) Als de temperatuur boven een bepaald instelbaar
maximum uitkomt, moet een zoemer afgaan en een rood
lampje gaan branden. We hebben een temperatuursensor.
5) Het idee van 4) kan gebruikt worden om de temperatuur
van een aquarium op een constant pijl te houden. Probleem
is dat de uitgang van de poorten een te zwak vermogen geeft
om een warmte-element van genoeg energie te voorzien.
Oplossing is: gebruik het relais. Via de witte ingang kun
je het relais aan en uit zetten. Je hebt een voeding nodig. Via
een thermometer kun je de temperatuur volgen. Ontwerp een
schakeling die de temp op 33 °C constant houdt. Via een led
moet je kunnen zien of het warmte-element aan of uit staat.
Deel 3 Lastiger componenten
De AD-omzetter zet zoals zijn naam aangeeft een Analoog signaal om in een Digitaal (dwz met nullen
en enen. Een computer kan niets met 2,17 V, wel met 1101, dus deze omzetter tref je aan bij het
meetkastje van IP-coach voordat het signaal de computer ingaat.
Onze AD-omzetter heeft 4 bits op de uitgang en een analoge ingang.
1) Hoeveel verschillende binaire getallen kan een 4-bits AD-omzetter maken? ……………………….
De maximale spanning die in de ingang mag is 5,0 V. De omzetter verdeeld die 5,0 V eerlijk over alle
getallen. 0,0 V wordt daarbij 0000 en 5,0 V: 1111. Het voltgebiedje dat bij elke stap hoort heet:
resolutie.
2) Bereken de resolutie van een 4-bits AD-omzetter……………………………………………………
3) Voordat je de meting uitvoert: kun jij voorspellen welk binair getal er op de uitgang staat als er op de
ingang 3,5 V gezet wordt? ………………………………………………………………………………
4) Verbind de variabele spanning met de ingang van de AD-omzetter en de 4 uitgangen met leds. Voer
de spanning langzaam op en kijk naar het effect. Bij 3,5 V moet je even kijken of het getal klopt met wat
je voorspelde.
getal led4 led3 led2 led1
5) We kijken nu naar de pulsenteller. Verbind de drukschakelaar met
0
0
0
0
0
tel pulsen. Zet op tellen aan/uit een 1 (bij voorbeeld via de variabele
1
0
0
0
1
spanning). Verbind de 4 uitgangen van met 4 leds, nr 1 met de onderste
led etc. Hoeveel pulsen er geteld zijn kan decimaal op het display
worden afgelezen en binair op de leds. Als je de pulsen teller weer op
nul wil hebben kun je handmatig resetten of automatisch door op
de reset even een 1 te zetten. Vul de tabel hiernaast in.
Deel 4 De toepassing (2)
Bij de onderstaande problemen speelt de tabel die je net hebt ingevuld een belangrijke rol. Verbindt de
tel pulsen ingang met de pulsgenerator die op 1 Hz gezet wordt. Elke seconde komt er dus 1 puls binnen.
1) Als de baby boven huilt (zoemer) moet beneden
een rode lamp gaan branden. De lamp moet alleen
aangaan als het huilen langer dan 4 seconden duurt.
Het maakt niet uit hoelang de lamp aanblijft.
2) Het vorige systeem moet verbetert worden met de
volgende eigenschappen: a) als het huilen ophoudt moet
de lamp direct uitgaan. b) de lamp moet aanblijven
zolang de baby huilt.
3) Een schoolbel (zoemer) werkt na een druk op de knop 4) Bij een vuurtoren is het licht telkens 2 sec
3 seconden lang. Daarna is de schakeling automatisch
aan en 6 sec uit.
weer klaar voor een volgende druk op de knop.
5) Breid de schakeling van 4) zo uit dat de vuurtoren
alleen werkt als het donker is.
6) De tijd tussen een bliksemflits en donderslag is
een maat voor hoe ver weg een onweersbui is. Gebruik
als bliksemflits een lampje. Gebruik als donderslag de
zoemer. In het systeem moet voorkomen worden dat
de teller al gaat lopen bij achtergrond geluid. De teller
moet ook weer op de juiste tijd op nul worden gezet.
Deel 4 Extra: niet verplicht
1) Een geheugencel is te bouwen uit de andere
componenten van het systeembord. Geef en test de
oplossing.
2) Ontwerp een schakeling die 2 binaire getallen van
1-bit op kan tellen en weer kan geven op 2-bits.
(Maak eerst een waarheidstabel)
Deel 5 sensor aansluiten
Voor dit practicum gaan we zelf een
temperatuursensor maken en aansluiten
op IP-Coach. We nemen daarvoor een
NTC-weerstand. En bouwen de
schakeling die hiernaast staat op. Zorg
ervoor dat de waarde van de weerstand
R ongeveer net zo groot is als de waarde
van de weerstand van de NTC bij
kamertemperatuur. We gaan via heet
water met gewone thermometer
verschillende temperaturen aan deze
sensor toevoeren en een ijkgrafiek
maken.
De NTC natuurlijk niet rechtstreeks onderwater zetten, maar bijvoorbeeld in een reageerbuis doen.
Maak een tabel met 6 verschillende
temperaturen en teken de ijkgrafiek.
Bepaal de gevoeligheid van de sensor bij 1 temperatuur: bijvoorbeeld: 40 °C
…………………………………………………………………………………………………………….
Nu gaan we de sensor aansluiten op een Coach-labje. Ingangskanaal 3 rood, geel, zwart. Kies onderdeel
meten. Open labaratorium, afdeling natuurkunde.Je ziet nu het coach-labje op het scherm. Links
onderstaan de sensoren. Rechtermuisknop op lege sensorplek: nieuwe sensor icoon maken: wat je ook
voor plaatje en namen kiest, zeker moet je ijkcurve aanvinken. Daar kun je de tabel invullen die je
hierboven hebt gemeten. Kiest de beste functie-fit, de grafiek die de meetpunten het beste beschrijft.
Daarna sensor naar kanaal 3 slepen.
Als bewijs moet je deze sensor een bakje met heetwatertemperatuur laten meten, waarin een gewone
thermometer steekt. Zijn de 2 temperaturen redelijk gelijk?
………………………………………………………………………………………………………
Vervolgens kun je een grafiek laten meten van de afkoeling van de sensor tegen de tijd. Meet
bijvoorbeeld 1 minuut lang.
Zoem in op de grafiek bij 40 °C, om de systeemresolutie daar af te kunnen lezen: dwz hoeveel de
temperatuur kan stijgen per stap.
………………………………………………………………………………………………………
Je weet dat: systeemresolutie = ADresolutie/gevoeligheid sensor.
Bereken nu hoeveel bits AD-omzetter het Coachlabje heeft.
………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………