Hoofdstuk 5: Signaalverwerking

Transcriptie

1 Hoofdstuk 5: Signaalverwerking Natuurkunde VWO 2011/2012

2 Hoofdstuk 5: Signaalverwerking Natuurkunde 1. Mechanica 2. Golven en straling 3. Elektriciteit en magnetisme 4. Warmteleer Rechtlijnige beweging Trilling en golf Elektrische stroom Gas en vloeistof (SE) Kracht en moment Licht Elektromagnetisme Thermische processen (SE) Arbeid en energie Elektromagnetisch spectrum (SE) Inductie en wisselstroom (SE) Kromlijnige beweging Radioactiviteit Signaalverwerking (SE) 2

3 Signalen 3. Elektriciteit en magnetisme Elektrische stroom Elektromagnetisme Inductie en wisselstroom Signaal verwerking Er zijn twee soorten signalen: Continu kunnen alle waarde aannemen Discreet kunnen een beperkt aantal waarden aannemen Binaire signalen Binair Decimaal = = = = = = 1 Voorbeeld Zet om in een decimaal getal: =21 Zet 74 om in een binair getal: =

4 Regelsystemen Meetsysteem voert een meting uit Stuursysteem voert na de meting een handeling uit Regelsysteem voert na de meting een correctie uit Meet en stuursysteem Meten Verwerken Uitvoer Regelsysteem Meten Verwerken Uitvoer terugkoppeling Omgeving 4

5 Sensoren Een sensor meet een grootheid en geeft afhankelijk van die grootheid een spanning af De belangrijkste eigenschappen zijn: Lineariteit uitgangsspanning is een lineaire functie van de te meten grootheid Meetbereik het gebied waarin de sensor gebruikt kan worden Gevoeligheid steilheid ijkdiagram Nauwkeurigheid mate waarin gemeten en werkelijke waarde overeenkomen U sensor U sensor T( C) T( C) 5

6 Sensorgevoeligheid Gevoeligheid is de steilheid van het ijkdiagram Uitgangsspanning verandert bij een kleine verandering van de te meten grootheid Steile diagram > grote gevoeligheid: een kleine verandering kan goed worden gemeten U sensor ΔU ΔT T( C) 6

7 Elementaire verwerkers Continu signaal kan alle waarden aannemen Discrete signaal beperkt aantal waarden (alleen 1 en 0 ) Ingangsspanning Laag (0 V < U < 1,5 V) of hoog (3,8 V < U < 5,0 V) Maximaal 1 draad per ingangsaansluiting Uitgangsspanning Hoog of laag Uitgangssignaal van ene verwerker is ingangssignaal van volgende Meerdere aansluiting per uigang mogelijk 7

8 Elementaire verwerkers 1 Invertor is de ingang 1, dan is de uitgang 0 en vice versa & EN poort uitgang is alléén 1, als beide ingangen 1 zijn 1 OF poort minstens één ingang 1, uitgang ook 1 U in + Q Comparator uitgang is 1, als de ingangsspanning (U in ) U ref hoger is dan de referentiespanning (U ref ) Set Reset M Q Geheugencel set geeft 1, de uitgang (Q) blijft ook 1. Als de Reset 1 wordt, zal de uitgang (Q) 0 worden 8

9 Signaalwoorden 1 Invertor omgekeerde, niet & EN poort allebei, beide, tegelijk 1 OF poort minimaal 1 voorwaarde U in + Q Comparator (bijna) altijd na een sensor! U ref vergelijken Set Reset M Q Geheugencel blijven, onthouden 9

10 AD omzetter Analoog digitaal omzetter zet een analoog (continu) signaal om in een discreet signaal De ingangsspanning bepaalt de uitgangswaarde: Elke uitgang kan een 1 of een 0 zijn. continu AD omzetter discreet Dit geeft de binaire code (0000, 0001, 0010, 0011, etc..) Belangrijkste eigenschap is het aantal bits van de AD omzetter: Het aantal bits bepaalt het aantal uitgangswaarden Een n bits AD omzetter heeft 2 n uitgangswaarde (de grootste waarde is 2 n 1) Het ingangssignaal wordt opgedeeld in 2 n stapjes 5 Bij een bereik van 0V tot 5V is de stapgrootte: ΔU = 2 n 10

11 AD omzetter Een 3 bits AD omzetter Wat is de binaire uitgangswaarde bij T = 42,5 C? Bepaal de stapgrootte Bepaal U sensor Bereken de uitgangswaarde Altijd naar beneden afronden! Voorbeeld 5 5 ΔU = = = 0,625 V n Aflezen voor 42.5 C Usensor 2,1 Uitgang = = = 3,36 ΔU 0, U sensor T( C) 11

12 Teller Tel pulsen de te tellen pulsen komen hier met een bepaalde frequentie binnen Tellen aan/uit Ingang hoog er wordt geteld Ingang laag tellen stopt Niet aangesloten er wordt geteld Reset teller gaat terug naar nul bij een hoog (1) signaal Binaire uitgangen 0 = 0, 2 0 = 0001, 2 1 = =0010, etc. tel pulsen tellen aan/uit reset

13 Stappenplan Hoe ga ik te werk? Onderstreep alle eisen (signaalwoorden) waaraan de schakeling moet voldoen Teken daarbij de bijbehorende verwerkers Kijk goed naar de situatie Wanneer moet er een hoge spanning gegeven worden en wanneer moet er een lage spanning gegeven worden? Sluit stap voor stap de draden aan Begin bij de draden waar je zeker van bent Maak het schakelschema compleet Controleer je schakelschema door al de situaties te bekijken! 13

14 Tips & Tricks Lees de vraag goed, onderstreep de signaalwoorden en schrijf de voorwaarden over Kijk of je circuit voldoet aan de (gestelde) voorwaarden Loop de situaties goed na Test je circuit Bij het bepalen van een AD omzetter uitgangswaarde, rond altijd omlaag af! Zet altijd de verwerkers in je schakeling die je denkt nodig te hebben Controleer of alles is aangesloten Maximaal 1 aansluiting per ingang! Sluit alles aan, ook als het niet goed is: je maakt altijd kans op punten! 14