Fysische Informatica met Systematic versie juli 2012

Transcriptie

1 Fysishe Informti met Systemti versie juli 2012 Inleiding Hoofdstuk 8 vn hvo deel 1 en hoofdstuk 9 vn vwo deel 1 gn over fysishe informti. In deze hoofdstukken worden experimenten eshreven die je kunt uitvoeren met het systeemord vn CMA (zie hvo deel 1 lz. 199 of vwo deel 1 lz. 268). Wij eshikken op onze shool niet over deze systeemorden, mr wel over een omputerprogrmm wrmee je digitle shkelingen kunt simuleren. Het progrmm, Systemti, heeft ls voordelen dt er nooit iets kpot kn gn en dt je een oneperkt ntl poorten tot je eshikking het. Je kunt een eperkte versie vn Systemti downloden vn de ntuurkunde site ( zodt je er ook thuis mee kunt oefenen In het eerste deel vn dit stuk wordt een korte uitleg gegeven vn de werking vn Systemti. Drn volgen proef 2 t/m 10 uit Stevin, enigszins ngepst n Systemti. An het eind vn dit stuk stn opgven. Het is de edoeling je een deel vn deze opgven oplost en de shkelingen test met Systemti. Je uiteindelijke oplossingen moeten per e mil worden ingeleverd. Stuur de doent één e mil met de oplossingen ls ijlgen. Als je Piet heet noem je de ijlgen A7_Piet, B3_Piet, et. DE MENU BALK Tijdens het geruik vn Systemti stt oven n het sherm een menu met de opties Bestnd, Bord, Beeld, Meting en Help. Dit menu en de eronder vllende su opties worden hiern esproken. Een ntl opties vn deze opties kn ook vi de gereedshppenlk worden gekozen. In dt gevl stt het pitogrm uit de gereedshpslk hter de optie. Bestnd De su opties die hieronder vllen, zijn: Nieuw Een eventueel werkvel (ord) dt op het sherm stt wordt opgeslgen ( gesved ), het sherm wordt shoongemkt, en de geruiker krijgt de mogelijkheid om een vn tevoren gedefinieerd werkvel te lden, of om met een leeg sherm te gn werken. Openen Een eerder opgeslgen werkvel wordt opgehld en geopend. Voor dit geeurt wordt het huidige werkvel opgeslgen. Opsln Het huidige werkvel wordt opgeslgen. Opsln ls Het huidige werkvel wordt opgeslgen onder een ndere nm dn de huidige. Afdrukken Het werkvel wordt geprint. Afdrukken vooreeld Het werkvel wordt op het sherm weergegeven zols het ook op ppier zou worden fgedrukt ls de su optie Afdrukken zou worden gekozen. Afdruk instellingen Met deze optie kn worden ngegeven hoe een werkvel moet worden fgedrukt. Norml gesproken kn de geruiker kiezen welke printer of welk formt ppier (ijvooreeld A4) moet worden geruikt. Open vorig ord De voorgedefinieerde werkvellen vormen een ketting vn steeds moeilijkere opdrhten. Met deze optie kn het vorige werkvel uit deze ketting worden ingelden. Open volgend ord De voorgedefinieerde werkvellen vormen een ketting vn steeds moeilijkere opdrhten. Met deze optie kn het volgende werkvel uit deze ketting worden ingelden. Bord De su opties die onder Bord vllen, zijn: Wis hele ord Alle omponenten, edrding, pltjes, tekstvelden en tellen worden gewist. Wis drden Alleen de edrding wordt gewist. Wis sondes Alleen de sondes worden gewist. Wis tekstvelden Alleen de tekstvelden worden gewist. Wis tellen Alleen de tellen worden gewist. Wis foto s Alleen de foto s/pltjes worden gewist. Identifieer lkoxes De lkoxes die op het sherm stn krijgen hun normle opdruk. Met ndere woorden: de geruiker kn zien wt het type vn lle logishe poorten is. Als de eveiliging vn het werkvel zodnig is ingesteld dt edrding niet gewist mg worden, of ls er geen drden nwezig zijn, is de optie Wis drden lihtgrijs in plts vn zwrt. Iets dergelijks geldt ook voor Wis sondes, Wis tekstvelden, enz. De eveiliging kn voor elk werkld fzonderlijk ingesteld worden. -1-

2 In de leerlingversie vn Systemti stn de opties Anrengen tekstveld Anrengen tel Anrengen foto Stel eveiliging in ltijd in het lihtgrijs weergegeven, omdt dit funties zijn die lleen in de netwerkversie vn het progrmm voorkomen. Beeld De su opties die onder Beeld vllen, zijn: Toepssingslk Met deze optie kn de lk met ioontjes vn het sherm worden verwijderd, of er juist op worden gepltst. Sttuslk Met deze optie kn de sttuslk onder n het Systemti venster (meestl evt deze lk de tekst Redy) worden verwijderd, of worden gepltst. Pginering Werklden kunnen worden uitgeprint, en Systemti kn tijdens het shrijven vn een werkld weergeven hoe groot de ldzijden zijn, zodt de geruiker de onderdelen (omponenten, tekstvelden, enz.) nr wens op de pgin s kn zetten. Eerst moet ehter duidelijk zijn welk ppierformt (ijvooreeld A4) geruikt zl gn worden. Dit kn worden epld met de eerder esproken menuoptie Bestnd > Afdrukken Vooreeld. Vervolgens wordt n het nklikken vn de su optie Pginering op het eeldsherm ontinu weergegeven hoe de indeling is. Meting Met `meten wordt edoeld: het lten werken vn de shkeling. Onder Meting vllen de volgende su opties: Reset Tijdens het uitvoeren vn een meting kunnen eplde omponenten worden ingesteld op gewenste wrden. Een pulsgenertor kn ijvooreeld worden ingesteld op 5 Hz. Soms wil een geruiker ehter met de egininstellingen een meting uitvoeren. Door Reset te kiezen kunnen lle omponenten in één keer worden gereset. Strt Strt een meting. Als er een meting ezig is (de voornoemde driehoek is dn grijs), kunnen er geen omponenten of edrding worden ngerht of verpltst! Stop Beëindig de meting. Deze optie kn ook worden getiveerd door het ioontje met het zwrte vierknt in te drukken. De grijze driehoek (Strt meting) wordt nu weer zwrt. Help Deze menu optie omvt twee su opties: Help Door op het gele vrgteken te klikken wordt het online hulp estnd Systemti400.htm gestrt. Over Systemti. Toont een klein venster met informtie omtrent de ontwikkeling en het opyright vn Systemti. HET WERKVLAK Als er geen meting ezig is (de geruiker zit in de edit mode ) en je klikt met de rehter muisknop ergens op het werkvlk, dn wordt er een keuzemenu geopend. Je kunt je vier instellingen npssen: Snp mrge tekst Deze optie is in de leerlingversie niet ruikr. Snp mrge drd Met deze optie kn worden ingesteld innen welke mrge Systemti de oördinten zodnig mg npssen dt drdstukken rehte hoeken mken. Deze mrge moet uiterrd niet te groot zijn, omdt drden dn ook rehthoekig worden gemkt ls de geruiker wil dt ze shuin lopen. Wis mrge drd Een drd kn worden verwijderd door hem met de rehter muisknop n te klikken. Binnen de mrge die onder Wis mrge drd wordt ingevoerd, eplt Systemti welke drd het dihtst ij de muisursor in de uurt is. Dt is de drd die verwijderd wordt. Als er geen drden lopen innen de mrge wordt er ook niets gewist. Kleur drd Ten slotte kn ook de kleur vn de edrding worden gewijzigd door Kleur drd te kiezen en de gewenste drdkleur te seleteren. Uitvoering proef 0 Hieronder wordt eshreven hoe je proef 0 (zie lz. 4) vn dit prtium moet uitvoeren. Ndt je het progrmm het opgestrt, kies je de optie leeg ord. Vervolgens g je de shkeling nmken. Als eerste moet je de vershillende omponenten pltsen. Klik links op het sherm op de drukshkelr. Links in het werkvlk komt een drukshkelr te stn. Je kunt hem met de linker muisknop over het sherm te slepen. -2-

3 Plts ook de toggle en de twee LED s (soort lmpjes) wr je ze heen wilt. De omponenten kunnen nu met drden met elkr worden veronden. Klik met de met de linker muisknop op een uitgng (groen rondje) en g drn nr een ingng (luw rondje). Je kunt ook knikken in een drd mken door onderweg te klikken. Je kunt een drd wissen met de rehter muisknop. Een drd verdwijnt ook ls je hem duel legt. Ndt de drden zijn gelegd kn de shkeling worden gesimuleerd. Klik op Je kunt nu de drukshkelr edienen door op het grijze vierknt n de linkerknt te klikken. De LED die met de drukshkelr is veronden gt dn diret rnden. Hetzelfde geldt voor de toggle. Tips Tot slot vn deze inleiding nog een ntl opmerkingen en tips: Je kunt een omponent verwijderen door er met de rehter muisknop op te klikken. Er vershijnt dn een menu. Een vn de opties is wissen. Met de overige opties kun je eigenshppen vn omponenten wijzigen (de kleur vn lmpjes, het ntl ijfers vn tellers e.d.). De liht/geluid/tempertuursensor geeft een spnning f ls je de ursor in de uurt vn de sensor zet en tegelijkertijd "Shift"/"Ctrl"/"Cps Lok" indrukt. Deze spnning wordt groter ls je dihter ij de sensor komt. Meestl is het hndiger om een vriele spnningsron ls sensor te geruiken, wnt die is gemkkelijker in te stellen. Het progrmm heeft nog meer mogelijkheden (zols sondes); deze zijn ehter in eerste instntie niet zo elngrijk. Proef 0: De toggle Nst de drukshkelr heeft Systemti de toggle swith. Deze mg je lleen mr innen Systemti geruiken. De toggle fungeert ls n uitshkelr. Om de werking ervn te onderzoeken kun je de volgende shkeling mken. Sluit één LED n op een drukshkelr en een ndere op een zogenmde toggle. Wt is het vershil tussen een drukshkelr en een toggle? De toggle is toegevoegd om shkelingen met twee of meer drukshkelrs te onderzoeken. Door de toggle is het mogelijk om vershillende drukshkelrs tegelijkertijd in te drukken. Proef 1: De invertor De inverter (of omkeerder ) heet ook wel de NIET poort. We geruiken hem om een hoog signl te vernderen in een lg signl of ndersom. Bouw deze shkeling. Voorspel welke led rndt ls je de drukshkelr wel of niet indrukt. Controleer je voorspelling. Proef 2: De EN poort Een zonnesherm moet omlg ls de zon shijnt en tegelijk de tempertuur hoog is. Nu moet je twee signlen omineren vi een EN poort. We geruiken twee toggles S 1 en S 2 die ij indrukken 5 V geven. S 1 ingedrukt etekent veel liht ; S 2 ingedrukt etekent hoge tempertuur. PROEVEN De tekst vn de hieronder eshreven proeven komt voor een groot deel overeen met Stevin. Wr nodig zijn de shkelingen ngepst n Systemti. Beplde (onderdelen vn) proeven zijn weggelten omdt je deze niet met een simultieprogrmm kunt uitvoeren. Sluit twee toggles n op de ingngen vn de ENpoort en verind de uitgng met de LED (de motor vn het zonnesherm). Wnneer rndt de LED? -3-

4 spnning (in de simultie mode!) instellen door met de linker muisknop het grijze lokje te vershuiven. Verind de ingng met de vriele spnning. G n of de LED rndt ls U vr 3 V. Voorspel hoe de LED in deze shkeling zl regeren. Proef 3 De OF poort De led moet gn rnden ls jij op S 1 of ls je uurvrouw op S 2 drukt. Als jullie lleei indrukken moet de LED ook rnden. In zo n gevl geruik je de OF poort. Mk deze shkeling en proeer hem uit. Voorspel hoe de hieronder led hier zl regeren en ouw drn de shkeling. Proef 4 De omprtor Bij de proef met de ENpoort geruikte je een ingedrukte shkelr ls simultie vn de zon shijnt. In de prktijk geruiken we een lihtsensor. De spnning die een sensor fgeeft is ehter zelden 0 V of 5 V. De uitgngsspnning verndert geleidelijk met de lihtsterkte (of met de tempertuur, of wt dn ook). Stel ijvooreeld dt de lihtsensor een spnning vn 3,4 V doorgeeft. Is dt hoog of lg? Die knoop wordt doorgehkt door een omprtor ( vergelijker ). De omprtor heeft twee ingngen. Op de ene sluit je een sensor n. De ndere is veronden met een regelre spnning, de referentiespnning U ref. De omprtor vergelijkt de sensorspnning met de referentiespnning. Is de U sensor hoger dn U ref dn wordt de uitgng hoog; zo niet dn lijft de uitgng lg. Verind de uitgng vn de omprtor met een LED en stel U ref in op 3 V. Je kunt deze Stel, de vriele spnning speelt voor tempertuursensor en de LED voor khel. Ontwerp een shkeling die de khel nzet zolng de tempertuur de gewenste wrde nog niet ereikt heeft. Vervng de vriele spnning door een lihtsensor en de LED door een lmpje. Zet het lmpje vlkij de lihtsensor (luwe rondje). Ontwerp een shkeling wrij het lmpje gt knipperen. d. Ontwerp een shkeling met ijehorende referentiespnning wrij het lmpje n gt ls je in de uurt vn de lihtsensor een luifer fstrijkt; het lmpje moet lijven rnden ls de luifer is uitgernd. Je kunt de luifer simuleren door in de simultie mode de shift knop in te drukken en de muisursor tegelijkertijd nr de lihtsensor te ewegen. Proef 5 Het geheugen Stel, een dief tikt een utorm in. Drdoor gt er een utolrm f en lijft fgn tot jij het uitzet. In zo n gevl geruik je een geheugen M (een memory). Deze verwerker heeft twee ingngen: set en reset die eide regeren op een hoog signl. Het insln vn het rm simuleren we met een shkelr S 1 die je kort indrukt. Met een tweede shkelr S 2 die veronden is met de reset vn het geheugen kun je het lrm uitzetten. Controleer de werking vn het geheugen (en het utolrm) met de shkeling: G n dt de set het wint ls set en reset eide hoog zijn. -4-

5 De pulsgenertor en de teller Behlve de sensoren en de vriele spnning is er nog een signlron: de pulsgenertor. Deze geeft korte, hoge signlen met een vste mr wel instelre frequentie. De teller heeft drie ingngen: Vervng de pulsgenertor door een drukshkelr. Noteer n iedere puls welke LEDs rnden en wt er in het venster stt. venster LEDs ij de inire uitgng uit uit uit uit 1 uit uit uit n 2 tel; hier sluit je de pulsgenertor op n. n/uit; ls je de ingng hoog mkt (of niet nsluit), wordt er geteld. reset; een hoog signl zet de teller op nul. Je kunt de teller ook resetten met de drukknop. De teller heeft twee uitgngen: Een venster wrin een getl vershijnt; meestl vn 0 t/m 9, mr dt kun je instellen. Een inire uitgng wrop je iets kunt nsluiten. Proef 6 Pulsen tellen Sluit de tel ingng vn de teller n op een drukshkelr, en de n/uit ingng en de reset op een toggle. Onderzoek de werking vn de drie ingngen. G n dt de reset het ltijd wint: ls die die hoog is lijft de teller op nul stn, wt je ook met de ndere ingngen doet. G n dt er lleen geteld wordt ls de n/uit ingng hoog is. De AD omzetter Een omputer kn niets eginnen met een nloog signl. Als een sensor ijvooreeld een signl vn 2,18 V fgeeft, dn moet die wrde eerst worden vertld in een digitl getl. Deze vertling vindt plts in een AD omzetter (Anloog Digitl). In Systemti zit een 4 its omzetter. Een sensor kun je dus lleen nsluiten op een omprtor en een AD omzetter. Die twee lijken ook wel wt op elkr; in feite is een omprtor een 1 its AD omzetter wrij je het omslgpunt kunt instellen. Proef 9 De AD omzetter Verind de vriele spnningsron met de ingng vn de AD omzetter en sluit LEDs n op de digitle uitgngen. Voer de spnning op en lees de spnning f ls je ij de LEDs iets ziet vernderen. Neem de tel over en vul de kolom vn de spnning in. Een 1 etekent dt de LED rndt. Proef 7 Tellen met LED s Mk deze shkeling en g n hoe de LED s en het venster regeren (f = 1 Hz). U(V) , Tot zover de proeven die ook in het oek worden eshreven. Hiern volgen nog een ntl opdrhten om het ontwerpen vn shkelingen te oefenen. -5-