4 Geheugencel en pulsenteller

Als het startschot klinkt, druk je op de stopwatch om de tijdmeting te starten. Als de winnaar over de finish

komt, stop je de tijdmeting, leest de tijd af en reset de stopwatch. Hiervoor heb je onder andere de pulsenteller en de geheugencel nodig. Wat zijn de eigenschappen van deze verwerkers?

Figuur 35

Op een systeembord zie je onder ‘VERWERKING’ verschillende verwerkers. In deze paragraaf worden de pulsenteller en de geheugencel besproken. In de volgende paragraaf komen de invertor, de OF-poort, de EN-poort en de comparator aan bod.

Geheugencel

Als je een led 8 s wilt laten branden, dan verbind je een drukschakelaar met de led. Je moet dan zelf de drukschakelaar gedurende 8 s ingedrukt houden. Het ‘ingedrukt houden’ kun je laten doen door een geheugencel. In figuur 36a zie je de geheugencel zoals hij op het systeembord voorkomt. In figuur 36b staat het symbool van Systematic. De letter M komt van ‘memory’.

a b

Figuur 36

Een geheugencel heeft twee ingangen en één uitgang. Eén ingang wordt de ‘set’ genoemd en de andere de ‘reset’. Bij een hoog signaal op de set wordt het uitgangssignaal blijvend hoog. Ook al is het signaal op de set maar korte tijd hoog, de uitgang blijft hoog. Zie figuur 37. In figuur 37a zie je dat het signaal op de set de eerste seconde hoog is en de tweede seconde laag. Figuur 37c laat zien dat het uitgangssignaal van de geheugencel ook de tweede seconde hoog is. Het uitgangssignaal wordt weer laag gemaakt door een hoog signaal op de reset te geven. Bekijk de derde seconde in figuur 37. Als de set en de reset tegelijkertijd hoog zijn, dan wint de set en blijft de uitgang toch hoog. Zie de vijfde seconde in figuur 37.

Opvallend is dat als de set en de reset tegelijkertijd laag zijn, je niet weet wat de waarde van de uitgang is. Vergelijk de signalen in het interval [1s; 2s] met die in het interval [3s; 4s]. Voordat je een systeem gaat testen, moet je daarom altijd eerst het geheugen resetten. Je zet dan uitsluitend op de reset van het geheugen eventjes een hoog signaal. Je weet dan zeker dat de uitgang van het geheugen laag is.

Je kunt figuur 37 ook weergeven in een tabel met binaire signalen. Zie tabel 2. Zo’n tabel heet een waarheidstabel.

Ingang set Ingang reset Uitgang

1 0 1

1 1 1

0

0 1

0 0

Tabel 2 Figuur 37

Pulsenteller

▶ practicum Verwerkers 1 In figuur 38a zie je een foto van een pulsenteller zoals die op het systeembord voorkomt. In figuur 38b staat het symbool van Systematic. Een pulsenteller telt, onder bepaalde voorwaarden, het aantal pulsen dat hij aangeboden krijgt.

a b

Figuur 38

De teller van het systeembord geeft het resultaat van het tellen op twee manieren weer. 1 met een getal op een display

Dit display geeft maar één (decimaal) cijfer weer. Je kunt op deze teller dus maar tot en met 9 pulsen tellen. Op het moment dat de tiende puls geteld wordt, springt de tellerstand naar 0 en begint het tellen opnieuw. 2 met binaire getal op de uitgangsbussen

De vier uitgangsbussen hebben de bijschriften 8, 4, 2 en 1. Het getal op het display is gelijk aan de som van de getallen bij de uitgangsbussen die hoog zijn.

Staat er op het display 3 dan zijn de uitgangen bij 1 en 2 hoog.

De teller heeft drie ingangen. 1 De ingang met bijschrift tel pulsen

Op deze ingang ontvangt de teller de pulsen die hij gaat tellen. Elke keer als op deze ingang het signaal verandert van laag naar hoog, springt de teller met één omhoog. De teller blijft echter op nul als de ingang met bijschrift reset een hoog signaal heeft. 2 De ingang met bijschrift tellen aan/uit

Als je niets op deze ingang aansluit, kan de teller de pulsen tellen. Sluit je wel iets aan op deze ingang, dan moet het signaal hoog zijn om de teller de pulsen te laten registreren. Wordt het signaal laag, dan stopt de teller en reageert hij niet meer op de signalen op de telpulsen-ingang.

De teller blijft dan staan op de laatst bereikte waarde. Zodra het signaal op de ingang tellen aan/uit weer hoog is, kan de teller verder tellen.

3 De ingang met bijschrift reset

Als je op reset een hoog signaal zet, springt de teller op 0. Dat blijft zo, zolang het signaal op reset hoog is. De teller begint pas weer te tellen als het signaal op de reset laag wordt. Hij begint dan wel bij 0.

Als de reset en de tellen aan/uit beide een hoog signaal hebben, dan wint de reset en blijft de teller op 0 staan.

Er is ook een drukknop op het systeembord die met de reset is verbonden. Als je deze even indrukt, springt de teller op 0.

Voorbeeld Je kunt op de drie ingangen allerlei combinaties van signalen zetten. Zie figuur 39. a Bepaal met figuur 39a de frequentie waarop de pulsgenerator is ingesteld. Een puls kan worden geteld als het signaal van de pulsgenerator van laag naar hoog gaat. Dat gebeurt volgens figuur 39a elke oneven seconde. In figuur 39d zie je welke waarde op het display te zien is. b Leg uit waarom de puls bij t = 1 s en t = 7 s niet wordt geteld en die bij t = 3 s en t = 5 s wel. c Leg uit waarom op t = 8 s het display op 0 springt. d Leg uit waarom de puls op t = 9 s niet wordt geteld. Op t = 10 s wordt het signaal op ingang aan/uit hoog, maar de puls op t = 11 s wordt toch niet geteld e Leg uit waarom niet. Vanaf t = 13 s kunnen pulsen worden geteld, omdat dan ingang aan/uit hoog is en ingang reset laag. f Beredeneer op welk tijdstip het display het getal 5 laat zien. g Beredeneer welke uitgangsbussen dan hoog zijn.

Uitwerking a Een puls bestaat uit een hoog en een laag signaal. De tijdsduur T van één puls is 2,0 s. f = 1 _ T = 1 _ 2,0 = 0,50 Hz

De frequentie van de pulsgenerator is dus 0,50 Hz. b De pulsen op t = 1 s en op t = 7 s worden niet geteld, omdat op de ingang aan/uit een laag signaal staat. Op t = 3 s en t = 5 s wordt de puls wel geteld, omdat dan op de ingang aan/uit een hoog signaal staat. c Op t = 8 s wordt het signaal op de reset hoog en springt het display op nul. d De puls op t = 9 s wordt niet geteld, omdat het signaal op de reset hoog is. e Op t = 10 s zijn de signalen op ingang aan/uit en op de ingang reset hoog. Als zowel ingang aan/uit als ingang reset hoog zijn, wint reset. f Op t = 13 s springt de teller op 1. De tijdsduur van een puls is 2 s. Dus op tijdstip 13 + 8 = 21 s geeft het display 5 aan. g De som van de getallen bij de uitgangen is gelijk aan 5. Dat is het geval als de uitgangen 4 en 1 hoog zijn.

b

c

d

Figuur 39

Ontwerpen van automatische systemen

▶ practicum Ontwerpen van systemen Bij het ontwerpen van een automatisch systeem moet je er eerst achter zien te komen welke elementen in het systeem nodig zijn. Een goede analyse van de beschrijving van het systeem kan je daarbij helpen. Als je een ontwerp klaar hebt, kun je met behulp van een systeembord of het programma Systematic controleren of het ontwerp aan de eisen voldoet.

Voorbeeld Stopwatch Een stopwatch heeft drie drukschakelaars. Door een van de drie knoppen van de stopwatch even in te drukken, geef je een hoog signaal aan een teller door. De teller blijft lopen, totdat je op de knop ‘stop’ drukt. De teller loopt dan niet verder. De derde knop gebruik je om de teller weer op nul te zetten. De tekst geeft aanwijzingen over de elementen die je nodig hebt om de automaat te kunnen ontwerpen. Zie tabel 3.

In de tekst Invoer

even drukken drukschakelaar 1 Verwerking Uitvoer

tijd tellen pulsgenerator pulsenteller display met cijfers

even drukken, teller blijft lopen

knop ‘stop’ indrukken teller loopt niet meer drukschakelaar 2

derde knop indrukken, teller nul drukschakelaar 3 geheugencel

Tabel 3

Om tijd te meten heb je een pulsgenerator en een pulsenteller nodig. Op het systeembord kun je de frequentie instellen van 1 tot 10 Hz. a Leg uit op welke frequentie je de pulsgenerator moet zetten om de tijd zo nauwkeurig mogelijk te meten. b Maak de schakeling van de stopwatch. Leg uit waarom je het zo doet.

Uitwerking a Als je tijd zo nauwkeurig mogelijk wilt meten, moet de pulsgenerator zo veel mogelijk pulsen geven. Dat is het geval bij de frequentie van 10 Hz. Een puls duurt dan maar 0,10 s. b In figuur 40 staat de schakeling van de stopwatch.

Figuur 40

Als drukschakelaar 1 even wordt ingedrukt, wordt het geheugen hoog en is de aan/uit-ingang van de teller hoog. Dan kan er worden geteld zolang de reset van de teller een laag signaal ontvangt. Dus met drukschakelaar 1 start je de teller. Als drukschakelaar 2 even wordt ingedrukt, wordt het geheugen weer laag en is de aan/uit-ingang van de teller laag. Dan wordt er niet meer verder geteld. Met drukschakelaar 2 stop je dus de teller. Je kunt dan de tijd aflezen. Als drukschakelaar 3 even wordt ingedrukt, krijgt de reset van de teller een hoog signaal en springt de tellerstand op 0. Dus met drukschakelaar 3 reset je de teller.

Voorbeeld Lamp in een hotel Als je in een hotel even op een lichtknop drukt, gaat een lamp aan. De lamp gaat na 8 s vanzelf weer uit. Als de lamp brandt en er wordt nog een keer op de knop gedrukt, blijft de lamp vanaf dat moment weer 8 s branden. Maak de schakeling die deze werking kan realiseren.

Uitwerking In tabel 4 zie je de ‘vertaling’ van de tekst naar elementen van het systeem. Met deze elementen bouw je dan de opstelling van figuur 41.

In de tekst

even lichtknop indrukken Invoer

drukschakelaar 1 Verwerking Uitvoer

gaat lamp aan

even indrukken, lamp 8 s aan

8 s tellen geheugencel

pulsgenerator pulsenteller

tussendoor indrukken, teller op 0

Tabel 4

pulsenteller (resetten) led

led

8

Figuur 41

Toelichting De led gaat na 8 s uit en de teller blijft dan op 8 staan. Als je de drukschakelaar vervolgens weer even indrukt gaat de led even aan en meteen weer uit, omdat uitgang 8 nog steeds hoog is. Dat betekent dat bij het indrukken van de drukschakelaar de teller op nul gezet moet worden. Om dit te bereiken moet je dus de uitgang van de drukschakelaar ook verbinden met de reset van de pulsenteller. Dan start de teller ook opnieuw als iemand op de drukknop drukt voordat het licht uit is.

Opgaven

19 In figuur 42 zie je twee schakelingen.

Bij schakeling a loopt de teller wel en bij schakeling b niet. a Leg uit hoe dat komt.

a b

Figuur 42

Om in schakeling b de teller te laten tellen moet je de drukschakelaar indrukken en ingedrukt houden. Als de pulsenteller pulsen moet blijven tellen, gebruik je vaak een geheugencel. Zie figuur 43.

Het signaal op de reset bepaalt hoelang de teller loopt. b Leg uit waarom de teller stopt bij het getal 4 op het display. Als je vervolgens 2 s lang op de drukschakelaar drukt en dan loslaat, stopt de teller bij het getal 6 op het display. c Leg uit waarom de teller niet verder telt. Als je daarna weer 2 s op de drukschakelaar drukt en vervolgens loslaat is het getal 8 zichtbaar, maar telt de teller verder tot het getal 4 op het display staat. d Leg uit waarom dat gebeurt.

20 Op twee ingangen van een geheugencel zet Maxime verschillende combinaties van signalen. Zie figuur 44.

Teken in figuur 44 het uitgangssignaal als functie van de tijd.

▶ tekenblad

Figuur 44

21 Veerle onderzoekt de werking van de pulsenteller. Zij sluit een pulsgenerator met frequentie van 1,0 Hz aan op de ingang tel pulsen. Op elke andere ingang sluit ze een drukschakelaar aan. In figuur 45abc zie je de combinaties van signalen.

Geef in figuur 45d de waarde op het display als functie van de tijd aan. Licht je antwoord toe.

a

b

c

d

Figuur 45

22 Michiel en Suleyman bouwen samen een reactiesnelheidsmeter op het systeembord.

De werking is als volgt: Michiel en Suleyman houden beiden een drukschakelaar ingedrukt. Op het moment dat Michiel de drukschakelaar loslaat, begint de teller bij 0 te tellen. Als Suleyman zijn drukschakelaar loslaat, stopt de tijd. Het display toont de reactietijd van Suleyman.

In tabel 5 zie je een schema met daarin de elementen die nodig zijn om de schakeling te bouwen. a Noteer in de eerste kolom van tabel 5 in elke rij het stukje tekst dat de keuze van het element rechtvaardigt.

In de tekst Invoer

drukschakelaar 1 Verwerking Uitvoer

drukschakelaar 2

pulsgenerator pulsenteller display

Tabel 5

In figuur 46 staan de elementen die zijn genoemd in tabel 5. De pulsgenerator is al aangesloten. b Maak het schakelschema voor de reactiesnelheidsmeter compleet. Noteer bij een drukschakelaar een van de namen: Michiel of Suleyman. Michiel en Suleyman kunnen de pulsgenerator op 1 of op 10 Hz zetten. c Leg uit welke frequentie ze kiezen.

0

Figuur 46

23 Een pulsgenerator is ingesteld op een frequentie van 2,0 Hz en aangesloten op de ingang tel pulsen van de pulsenteller. Zie figuur 47. Uitgang 2 is verbonden met een led en de led knippert. Tijdens het knipperen is de led even lang aan als uit.

Uitgang 4 is verbonden met reset van de pulsenteller. a Bepaal hoe lang de led telkens aan is voordat hij weer uitgaat.

Nu wil je dat: ▪ de led pas gaat knipperen als je drukschakelaar 1 even indrukt; ▪ de led stopt met knipperen als je drukschakelaar 2 even indrukt.

Daarom zie je in figuur 47 twee drukschakelaars en een geheugencel. b Teken de schakeling die aan deze eisen voldoet.

Er zijn twee manieren om de frequentie waarmee de led knippert aan te passen. ▪ door de frequentie van de pulsgenerator aan te passen en uitgang 2 met de led te verbinden. ▪ door de frequentie van de pulsgenerator niet te veranderen en de led met een andere uitgang te verbinden.

De frequentie waarmee de led knippert moet twee keer zo groot worden. c Geef voor elke manier aan hoe dat lukt. Licht je antwoord toe.

0 led

Figuur 47

▶ tekenblad 24 Een broodrooster heeft gloeidraden aan weerskanten van de gleuf waar een snee brood in komt. Zie figuur 48.

De broodrooster schakelt na een bepaalde tijd automatisch de stroom door de gloeidraden uit.

Dit boots je na met een schakeling op Systematic.

In figuur 49 is een aantal verwerkers getekend waarmee je deze schakeling maakt. Je schakelt de broodrooster in met het indrukken van een drukschakelaar. Als de drukschakelaar even wordt ingedrukt, ontstaat bij de set van de geheugencel even een hoog signaal.

Figuur 48

Figuur 49

Zolang het signaal bij de uitgang van de geheugencel (punt A) hoog is, blijven de gloeidraden aan; als het signaal bij A laag is, zijn ze uit. De pulsgenerator is ingesteld op een frequentie van 2,0 Hz. De schakeling moet aan de volgende eisen voldoen: ▪ De teller gaat lopen op het moment dat de gloeidraden worden ingeschakeld. ▪ De gloeidraden moeten na 16 seconde worden uitgeschakeld. ▪ De teller wordt automatisch gereset op het moment dat de gloeidraden worden uitgeschakeld. a Maak de schakeling compleet zodat aan bovengenoemde eisen is voldaan. Je kunt de roostertijd langer maken door de frequentie van de pulsgenerator te veranderen. Verder verander je niets aan de schakeling. b Leg uit of de frequentie van de pulsgenerator dan groter of kleiner moet worden.