Fysische Informatica met FLEC Inleiding De werking van de schakelingen die je gemaakt hebt bij het onderwerp fysische informatica kunnen op 2 manieren gecontroleerd worden. De eerste manier is met behulp van het computerprogramma "SYSTEMAT". Dat is een simulatieprogramma; het kan dus niet echt reageren op bijvoorbeeld geluid- of lichtsignalen. De tweede manier is om de schakelingen te bouwen met het FLECsysteem. Hiermee kun je wel echte geluid- en lichtsignalen verwerken. Dit practicum dient als een kennismaking met het FLEC-systeem. De werking en benaming van een aantal poorten is helaas net iets anders dan bij het programma "SYSTEMAT". Sommige vragen en opdrachten worden aangeven met een streepje (-). Het is de bedoeling dat je deze taken uitvoert, je hoeft hiervan niets op papier te zetten. Sommige vragen worden vooraf gegaan door een asterisk (*). Deze vragen moet je ook op papier beantwoorden. In het carrousel practicum aan het eind van dit schooljaar kun je opdrachten kiezen waarbij je een aantal lastige opdrachten moet uitvoeren met dit systeem, maar nu eerst een aantal eenvoudige opdrachten om de werking van het FLEC-systeem te ontdekken.
door L. Kruise
oktober 2009
Opdracht 1: TRANSDUCER DRIVER - Maak de onderstaande schakeling en test de werking (N.B. eerst de schakeling maken en daarna pas de spanning aansluiten).
power connection
switch unit
bulb unit
De werking van deze schakeling verloopt (als het goed is) niet volgens verwachting. De verwachting zou moeten zijn dat het lampje gaat branden als je de drukknop indrukt. Het lampje gaat echter niet branden, omdat een drukknop en de meeste andere componenten niet genoeg vermogen kunnen leveren om het lampje te laten branden. In het FLEC-systeem zit één component die wel genoeg vermogen kan leveren: de transducer driver. De transducer driver doet voor de rest eigenlijk niks. Hij zorgt er alleen voor dat er genoeg vermogen kan worden geleverd. - Maak de onderstaande werking en controleer de werking.
power connection
switch unit
transducer driver
bulb unit
Je zult gezien hebben dat deze schakeling nu wel volgens verwachting werkt. Er zijn nog twee andere componenten die alleen met de transducer driver bediend kunnen worden, te weten de motor en het relais. De zoemer (buzzer) heeft dus geen driver nodig (controleer dat!).
Opdracht 2: POORTEN * Maak een schakeling waarmee je de waarheidstabel van een NAND-poort kunt bepalen. Gebruik hiervoor onder andere twee drukknoppen en teken de schakeling op je uitwerking. Noteer ook de waarheidstabel op bij je uitwerking. Een NAND-poort maar ook een AND, OR, enz. krijgen hun ingangssignalen van twee kanten (van links en van boven). De bovenkant heeft geen eigen "power connection" nodig. De spanningen van de "power connection" worden netjes via de print-sporen aan alle zijtakken doorgegeven.
* Maak met behulp van een AND, OR en/of INV een NAND en noteer je schakeling op je antwoordblad
Opdracht 3: LIGHT SENSING UNIT
- Maak de onderstaande schakeling en zet de gevoeligheid (zwarte draaiknop) op maximaal.
min power connection
max
light sensing unit
* Meet de uitgangsspanning Uu van de lichtsensor (TP) in het volle licht en in het donker. Je kunt deze spanning meten door één draad van de voltmeter te verbinden met het TP pennetje van de lichtsensor en de andere met een 0 Volt pennetje (maakt niet uit welke). * Meet Uu in het volle licht als functie van de gevoeligheid (= draaiknop) en noteer de metingen in een tabel. Helemaal links is stand 0, eerste streepje stand 1 enz. Verwerk deze gegevens in een grafiek. * Bestaat er een lineair verband tussen de stand van de knop en de uitgangspanning van de lichtsensor?
Opdracht 4: SWITCH UNIT
* Maak de onderstaande schakeling en leg uit waarom het lampje alleen gaat branden als je op de tweede drukschakelaar drukt.
power connection
switch unit
switch unit
transducer driver
bulb unit
Er zijn ook nog andere componenten die niets met het ingangssignaal doen, bijvoorbeeld de pulsgenerator, de input voltage unit, de sensor I/O en de I/O unit (over de laatste twee later meer).
Opdracht 5: Inverter - Maak de onderstaande schakeling 0V
power connection
5V
input voltage unit
inverter
* Maak een tabel waarbij je de uitgangsspanning Uu van de inverter (TP) meet als functie van de ingangsspanning Ui (= uitgangsspanning van de input voltage unit; meten met de voltmeter). Bepaal zo nauwkeurig mogelijk het omslagpunt van de inverter. Maak een grafiekje van de resultaten.
Opdracht 6: LATCH UNIT - Maak de onderstaande schakeling en onderzoek de werking van de latch. input
output
reset
power connection
switch unit
inverter
latch unit
transducer driver
bulb unit
De latch werkt dus als een geheugen. Het grote verschil met het geheugen (M) uit Stevin en systemat is dat de latch geset wordt met een laag signaal (0 V), vandaar de inverter voor de switch. * Onderzoek met welke spanning (laag 0 volt of hoog 5 volt) de latch wordt gereset (EXT RST). Dit kun je onderzoeken door het EXT-RST – pennetje te verbinden met spanning van 5 V en 0 V * Wie wint de set of de reset?
Opdracht 7: SENSOR I/O Tot nu toe hebben we nog nauwelijks gebruik gemaakt van de extra mogelijkheden van het FLECsysteem. Eén van deze extra mogelijkheden is de component sensor I/O (Input/ Output). Op deze component kunnen externe sensoren worden aangesloten, zoals een temperatuur-, licht- en geluidsensor, maar ook een reedcontact (magnetische schakelaar) en een gewone drukknop. - Maak de onderstaande schakeling en onderzoek de werking van het reedcontact of externe drukknop.
min
power connection
max
sensor I/O
transducer driver
bulb unit
De functie van de draaiknop op de sensor I/O is dezelfde als die van de draaiknop op de light sensing untit, namelijk de gevoeligheid veranderen.
Opdracht 8: COUNTER DISPLAY Maak de onderstaande schakeling en onderzoek de werking. 1 2 4 8
power connection
reset
counter display
* Wanneer wordt het display van de pulsenteller verhoogd, aan het begin van de puls (van laag naar hoog) of aan het eind (van hoog naar laag). * Wordt de teller gereset door een hoge of lage spanning? * Onderzoek de TP-uitgang van de counter; bij welke tellerstand is ie hoog en wanneer laag?
Een groot verschil met de teller uit SCOOP en SYSTEMAT is dat deze teller geen ingang aan/uit heeft.
Opdracht 9: VREEMDE TELLER * Ontwerp een schakeling die tot en met 5 telt en daarna weer van voren af aan begint. Gebruik hiervoor onder andere een pulsgenerator, een teller en een sensor I/O?!.
Opdracht 10: TIJDMETING * Ontwerp een schakeling die de tijd meet (het aantal pulsen telt) tussen het indrukken van twee verschillende drukschakelaars (switch unit).
