7,6. Samenvatting door A woorden 12 april keer beoordeeld. Natuurkunde. Natuurkunde Systemen. Systemen

Transcriptie

1 Samenvatting door A woorden 12 april ,6 12 keer beoordeeld Vak Natuurkunde Natuurkunde Systemen Systemen We onderscheiden 3 soorten gegevensverwerkende systemen: meetsysteem: meet een grootheid en geeft deze weer. Stuursysteem: voert een of andere handeling uit naar aanleiding van een meting. Regelsysteem: probeert een vooraf ingestelde gewenste situatie te handhaven. Een regelsysteem controleert zichzelf. Een sensor vertaalt een natuurkundige grootheid in een elektrische spanning. Bij grafieken geldt het volgende: Lineariteit: hier tussen 13 en 20 C (het rechte gedeelte van de grafiek) Bereik: hier tussen 0 en 35 C (als maximale spanning 5V is, dan 19 C) Gevoeligheid: verhouding tussen spanningsverandering en de verandering van de gemeten grootheid (hier temperatuur) V/ C Voorbeeld: Pagina 1 van 6

2 Dus dan is dus de gevoeligheid 0,43 V/ C. Binaire getallen: Een apparaat dat het analoge signaal (willekeurige spanning) omzet in een binair getal (nullen en enen) is een ADomzetter. Binaire getallen werken met 2^n. De n staat voor het aantal bits. Dat wordt zo duidelijk met het voorbeeld hieronder. Je kunt dus echt getallen maken met binaire getallen. Maar je kunt ook codes maken met combinaties van 1 en 0. Voorbeeld van code naar getal: = = 5 2^2 2^1 2^ = (1 * 2^4) + (1 * 2^3) + (0 * 2^2) + (1 * 2^1) + (0 * 2^0) = = = = 20 Voorbeeld van getal naar code: 118 = = (1*2^6) + (1*2^5)+ (1*2^4) + (0*2^3) + (1*2^2) + (1*2^1) (0*2^0) Pagina 2 van 6

3 = Dan nu een voorbeeld van het systeembord en binaire getallen: Een systeembord heeft 4-bits AD - omzetter, het aantal mogelijke getallen op de uitgang is dan (het aantal stapjes): Het aantal stapjes is dan zestien. Er kunnen dus 16 verschillende getallen worden gemaakt. Voor het berekenen van de resolutie moet je de maximale spanning en het aantal stapjes weten. Stel: van ons systeembord is de maximale ingangsspanning 5,0V en de stapjes dus 16. Stapnummer Spanningsgebied (V) Binair getal 0 0,000 tot 0, ,3125 tot 0, ,6250 tot 0, ,6875 tot 5, Hoe kleiner de resolutie, hoe nauwkeuriger het apparaat (afhankelijk van een aantal bits op de uitgang van een AD - omzetter). Conversietijd (denktijd): tijd voor het omzetten van analoog naar digitaal. Hoe korter, hoe beter. Bemonsteringsfrequentie (sampling rate): hoe vaak per seconde de AD omzetter de ingang moet aflezen (voor muziek CD 44,1 KHz). Meestal werkt een AD omzetter in combinatie met een sensor. Dan hebben we: Hoeveel de gemeten grootheid moet veranderen voordat de uitgang van de AD 1 stap verandert. In ons voorbeeld: Pagina 3 van 6

4 Systeembord: Het systeembord wordt op de bovenbouw van HAVO en VWO opleidingen bij het vak natuurkunde gebruikt om te leren werken met elektronische schakelingen en onderdelen daarvan. Hieronder staan de belangrijkste onderdelen in een tabel. Naam onderdeel Tekening Uitleg Comperator De comperator heeft een min-ingang die vast zit aan een variabele spanning en een plus-ingang. Als de plus-ingang meer spanning heeft dan de min-ingang is de uitgang 1. Drukschakelaar Met de drukschakelaar bepaal je zelf de uitgang 1 of 0 is. Door hem in te drukken maak je de stroomkring rond, en is er uitgang 1. EN-poort Als je op allebei de ingangen een spanning hebt, is de uitgang 1. Dus 1 en 1 maakt 1 OF-poort Als één van de twee ingangen een spanning heeft, heeft de OF-poort uitgang 1. Dus 1 en 0 maakt 1. En 0 en 1 maakt 1. Zoemer Deze maakt geluid als de ingang 1 is. LED - lampje Deze brand als de ingang 1 is. Geheugencel Er wordt een signaal onthouden. De geheugencel heeft 2 ingangen (de set en de reset) en 1 uitgang. Als het ingangssignaal op de set (heel even) hoog wordt, wordt het uitgangssignaal hoog en dat blijft zo totdat er op de reset een hoog signaal komt te staan. Invertor Deze schakelt ingang 1 om naar 0, en schakelt om naar 1. Dus je moet het zien als een soort omdraaier. Pulsgenerator Uitgebreide uitleg hieronder: De pulsenteller Stel je voor, er is al een aantal keer ingebroken bij jou in de straat. Je denkt na over de beveiliging bij jullie thuis. Die is eigenlijk niet zo best. Je besluit om daarom zelf een inbraak alarm te maken. Je wilt de deur van het huis Pagina 4 van 6

5 beveiligen. Het alarm moet zo werken dat als de deur open gaat, het alarm na 9 seconden in werking gezet wordt. Hoe kun je zoiets met het systeembord nu eigenlijk maken? Zoals in het probleem hierboven beschreven staat moet er geteld worden. We hebben hiervoor een nieuwe component nodig: de pulsenteller. De pulsenteller ziet er als volgt uit: Links staan drie ingangen: Tel pulsen Teller aan/uit Reset De ingang tel pulsen moet aangesloten worden op iets dat pulsen geeft. Via de ingang teller aan/uit kun je de teller aan en uit zetten. Zolang hier een hoog signaal op staat dan staat de teller aan. Bij een laag signaal staat de teller uit. Met de reset ingang kun je de teller resetten. Dat wil zeggen dat je de teller weer terug op nul kunt zetten. Ook hier geldt weer dat een hoog signaal de teller reset (een laag signaal doet niets). Op het systeembord zit ook een knopje waarmee je de teller handmatig kunt resetten. Als de teller aan staat dan kan deze de pulsen gaan tellen. Elke puls die op de ingang tel pulsen binnenkomt, zorgt ervoor dat de teller met 1 omhoog gaat. Dus als de teller in het begin op 0 staat en er komen 3 pulsen binnen dan staat de teller na de 3e puls op 3. De teller gaat van 0 t/m 9. Na de 9 gaat de teller weer naar 0. We kunnen verschillende dingen aansluiten op de ingang tel pulsen. Zo kun je een drukschakelaar gebruiken. Elke keer dat je de knop indrukt wordt er een Pagina 5 van 6

6 puls gegeven en zal de teller met 1 omhoog gaan. Ook kunnen we de pulsgenerator gebruiken. Deze geeft automatisch pulsen af. De snelheid waarmee deze pulsen geeft is in te stellen en noemen we de frequentie. Op het systeembord is de frequentie in te stellen van 1 puls per seconde (1 Hz) tot 10 pulsen per seconde (10 Hz). Zo n teller is leuk, maar fijner is het als zo n teller ook een uitgang heeft. De teller op het systeembord heeft dat ook. Rechtsboven zie je 4 uitgangen, nl 8,4,2 en 1. Dat zijn de uitgangen. De uitgangen zijn binaire getallen. Als de klok op 1 staat dan staat er een hoog signaal op de 1. Staat de klok op 2 dan staat er een hoog signaal op de uitgang 2. Maar wat als de klok op 3 staat? Er is immers geen uitgang waar 3 bij staat. Dit is echter geen probleem, want als de klok op 3 staat dan staat er zowel op de 1 als de 2 een hoog signaal is immers 3. De 4 staat wel op het systeembord. Staat de klok op 5 dan staat er een hoog signaal op zowel de 4 als de 1. Pagina 6 van 6