Systemen

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:

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 AD-omzetter.

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:

11010 = (1 * 2^4) + (1 * 2^3) +

(0 * 2^2) + (1 * 2^1) + (0 * 2^0)

          = 16 + 8 + 0 + 2 + 0

          = 26

10100

= 16 + 4 = 20

Voorbeeld van getal naar code:

118     = 64 + 32 + 16 + 4 + 2

         = (1*2^6) + (1*2^5)+ (1*2^4)

+  (0*2^3) + (1*2^2) + (1*2^1) 

(0*2^0)

         = 1110110

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.

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:

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.

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 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

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. 1 + 2 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.