NATUURKUNDE KLAS 4 PW HOOFDSTUK 3 - 23/03/2011
Totaal: 3 opgaven, 29 punten. Gebruik eigen BINAS toegestaan.
Opgave 1: binair klokje Er bestaan klokjes die de tijd binair weergeven. Zie figuur 1. Hoe werken deze klokjes? Brandende lampjes stellen een binaire 1 voor, niet brandende lampjes een binaire 0. (In deze opgave zijn zwarte bolletjes brandende lampjes.) Er zijn twee manieren om de klok af te lezen. Manier 1: De gemakkelijkst af te lezen manier werkt in kolommen. Zie figuur 2: de lampjes stellen van beneden naar boven 1, 2, 4 en 8 voor en geven zo binaire getallen weer. De eerste twee kolommen zijn voor de uren: de linker van de twee kolommen is voor de tientallen uren, de rechter voor de eenheden uren. In figuur 2 bijv: 1e kolom = 1, 2e kolom = 4, dus 14 uur. Op dezelfde manier zijn de 3e en 4e kolom voor de tientallen en eenheden minuten en de 5 e en 6e kolom voor de tientallen en eenheden seconden. Op de bijlage staat een klokje weergegeven (let op: dat is NIET figuur 2, maar een ander klokje!) uren a) Lees de tijd op het klokje op de bijlage af, volgens manier 1. Licht toe! (2p)
Figuur 1 8 4 2 1
min
sec
Figuur 2
Manier 2: Het klokje heeft nog een tweede manier van weergeven (die echter een stuk lastiger snel af te lezen is). Daarbij werkt het klokje in rijen in plaats van kolommen. De onderste rij van 6 lampjes stellen de seconden voor (binair weergegeven uiteraard), de tweede rij van onderen de minuten en de derde rij van onderen (5 lampjes) de uren. (De bovenste rij heeft in deze manier van aflezen geen betekenis). Het klokje geeft de tijd weer in 24-uursaanduiding (dus 6 uur ’s avonds = 18 uur). b) Teken op de bijlage welke lampjes van het klokje branden om 19:45:52. Schrijf eronder hoe je dit bepaald/berekend hebt. (3p) Volgens Art is manier 1 een beetje nep. Hij vindt dat de tijd dan ‘niet echt binair’ is weergegeven. c) Leg uit welk bezwaar Art heeft tegen de term ‘binair’ voor de weergave van manier 1 (in vergelijking met manier 2). (2p)
Patrick is nog stelliger: hij vindt dat een echt binair systeem niet werkt met minuten en uren. “Een echte binaire teller telt alleen de seconden,” zegt hij. “Een echte binaire klok bestaat uit één (lange) rij lampjes die de seconden in een dag (24 uur) binair telt.” d) Bereken hoeveel lampjes op een rij je nodig hebt om de seconden in een dag (24 uur) binair te kunnen tellen. (2p)
Opgave 2: temperatuursensor Soundos wil een warm bad nemen, maar haar huid is extreem gevoelig voor te heet water. Daarom gebruikt ze een NTC-temperatuursensor om te bepalen hoe warm het water is. Een deel van de ijkgrafiek van de sensor staat hieronder weergegeven. De sensor is (zoals te zien is) lineair en heeft een uitgangsbereik van 0 – 5 V. a)
Bereken de gevoeligheid van deze temperatuursensor. b) Bereken de hoogste temperatuur die met deze sensor te meten is. (2p)
(3p)
Soundos heeft aan de sensor een systeem gekoppeld zodat ze automatisch gewaarschuwd wordt wanneer de juiste temperatuur bereikt wordt. Daartoe wordt het analoge signaal van de sensor (0 - 5 V) eerst omgezet in een digitaal signaal, met behulp van een 5-bits ADomzetter. c) Gebruik de grafiek om te berekenen welke waarde de AD-omzetter aangeeft als het badwater 70 °C is. Geef je antwoord binair en decimaal. (4p) Soundos vindt dat de AD-omzetter de temperatuur niet nauwkeurig genoeg bepaalt; de stapgrootte is te groot. Ze wil namelijk dat de temperatuur ook digitaal ten minste op 0,1 °C nauwkeurig bepaald moet kunnen worden. d) Bereken hoeveel bits de AD-omzetter moet zijn om dit voor elkaar te krijgen. (Heb je bij vraag b) geen hoogste temperatuur gevonden, neem dan hiervoor 125 °C.) (2p) Soundos’ systeem werkt als volgt: ze laat het bad eerst vollopen met (te) heet water. Vervolgens laat ze het afkoelen. Als de temperatuur de voor haar gewenste waarde bereikt heeft, gaat er een alarmbel in haar badkamer. Op dat moment weet Soundos dus dat het water niet meer te heet is en gaat ze in bad. e) Is dit systeem een meet-, stuur- of regelsysteem? Licht je antwoord toe.
(2p)
Opgave 3: “9 is winnen” Op een kermis kun je het spel “9 is winnen” spelen. Een teller loopt snel rond, steeds van 0 t/m 9. Steeds als de teller op 9 staat, gaat eventjes een lamp aan. De speler moet proberen om de teller stil te zetten op het moment dat de lamp brandt (en de teller dus op 9 staat). Als dat lukt, wint de speler een prijs. In alle andere gevallen verliest de speler. Met behulp van een systeembord kun je dit spel nabootsen. Het te ontwerpen systeem moet als volgt werken: • In de uitgangssituatie loopt een teller voortdurend van 0 t/m 9 en dan weer vanaf 0. De teller loopt snel: f = 10 Hz. (Ga ervan uit dat de gebruikte teller, net als op een systeembord, een teller is met 1 cijfer op het display, die dus tot 9 telt en dan automatisch weer op nul gaat). • Steeds als de teller bij 9 is, gaat (even) een lamp branden. Zodra de teller op 0 springt, gaat de lamp weer uit. • Zodra de speler op een drukknop drukt, stopt de teller. Staat de teller op dat moment op 9, dan brandt de lamp (dus) en heeft de speler gewonnen. Staat de teller op een ander cijfer, dan brandt de lamp (dus) niet en heeft de speler verloren. • Als de speler de drukknop loslaat, moet de teller natuurlijk niet verder gaan lopen. Deze moet blijven staan op de stand waarop hij tot stilstand is gebracht, zodat de eigenaar van het spel kan constateren of de speler gewonnen dan wel verloren heeft. • De eigenaar van het spel zet met een druk op een andere knop na elke speler het spel weer in de uitgangspositie: d.w.z. de teller begint weer te lopen, te beginnen bij 0. Ontwerp een schakeling die deze eisen realiseert. Gebruik de juiste symbolen voor de benodigde elementen. Schrijf bij de drukknoppen duidelijk welke knop van de speler en welke van de eigenaar is. (7p) Tip: als je niet uit het hele systeem komt, zorg er dan toch voor dat je een aantal elementen in orde hebt; ook daar krijg je punten voor.
EINDE PROEFWERK
Bijlage bij proefwerk H3
NAAM: Docent: AAR / LWB
BIJLAGE BIJ OPGAVE 1 Bijlage bij opgave 1a: (zwarte cirkeltjes zijn brandende lampjes!)
De tijd is: Toelichting:
(Maak opgave 1b gewoon op proefwerkpapier)
Bijlage bij opgave 1c: Kleur de brandende lampjes in.
Toelichting/berekening:
Bovenste rij heeft geen betekenis
Modelantwoorden NATUURKUNDE KLAS 4 PW HOOFDSTUK 3 - 23/3/11
Opgave 1 (2+2+3+2 = 9p) a) kolom1: 0; k2: 4+2+1 = 7; k3: 4+1=5; k4: 4+2=6; k5: 2+1=3; k6: 8 (1p) dus: 07:56:38 (1p) b) 19 = 16 + 2 +1; 45 = 32 + 8 + 4 + 1; 52 = 32 + 16 + 4 (1½ p) Kleuren bijbehorende lampjes: bovenste 10010, middelste 101101, onderste 110100 (zie figuur onder) (1½ p) c) Er wordt gebruik gemaakt van tientallen en eenheden. (1p) Een binair systeem kent alleen machten van 2, dus tientallen en eenheden is niet echt binair. (1p) d) Aantal seconden in een etmaal is 24x60x60 = 86400 (1p) … 2 Proberen (2 )>86400 of x = log 86400 = 16,4 17 lampjes nodig (1p) Opgave 2 (3+2+4+2+2 = 13 p) a) gevoeligheid = helling; punten (0; 5) en (90;1,5) (1p) gevoeligheid = (5-1,5) V / (0 – 90) °C = -0,0389 V/°C (2p) (geen/onjuiste eenheid: -1 p; minteken weggelaten: niet aanrekenen) b) dat is bij 0 V 1,5 V lager dan bij 90°C (½p) 1,5/0,0389 = 38,6 °C hoger (1p) Dus: 90+38,6 = 128,6 °C (niet op sign. letten) (½p) c) 70 °C 2,3 V (marge 0,05 V) (1p) 5-bits 25 = 32 mogelijkheden stapgrootte 5/32 = 0,15625 V/stap (1p) dus 2,3 V wordt binaire waarde 2,3/0,15625 = 14,72 (1p) Afgerond: 14 binair: 01110 (1p) (opmerking: bij 2,25 V 14,4 14 01110) d) Bereik van 128,6 °C in stappen van 0,1°C 1286 stappen nodig (1p) 210 =1024, te weinig, 211 = 2048, genoeg, dus 11 bits (1p) e) Systeem meet en vergelijkt met waarde (maar actie beïnvloedt niet de grootheid) (1p) Dus: stuursysteem (1p) Opgave 3 (7p, zie 7 gedachtenstreepjes) - Pulsgenerator (10 Hz) naar tel pulsen - Knop speler op set geheugencel - Uitgang geheugencel via invertor… - …naar tellen aan/uit - 8 en 1 verbonden met &-poort, uitgang naar lamp - Knop eigenaar naar reset teller - Knop eigenaar naar reset geheugencel (Opmerking: niet-juiste symbolen: wat aftrek, niet te veel) TOTAAL 29 punten
