Prüfungssimulation Elektroniker/-in für Geräte und Systeme Teil 1 Frühjahr 2018

Transkript

1 Prüfungssimulation Elektroniker/-in für Geräte und Systeme Teil 1 Frühjahr Anerkanntes Bildungsinstitut der Bayerischen Landesregierung In Kooperation mit dem Bildungswerk der Bayerischen Wirtschaft

2 -2-

3 Funktion der Digitaluhr mit Thermometer Die abgebildete Schaltung wird von einem Mikrocontrollerboard (Arduino UNO) gesteuert. Die Stecker -X1, -X2 und -X4 des Schaltplans werden dazu mit den Portpins des Arduino verbunden. Die Schaltung kann die aktuelle Uhrzeit oder die Raumtemperatur auf dem LED-Punktmatrixdisplay P1 anzeigen. Mit R33 wird die Lichtstärke gemessen, um die Helligkeit des LED-Punktmatrixdisplays passend einzustellen. Mit dem Piezosummer B1 kann vom Mikrocontroller aus ein Signalton erzeugt werden, zum Beispiel für eine Weckfunktion. Fragen zur Spannungsversorgung 1. Aufgabe Welche Spannung muss an A4.X0 angeschlossen werden? 2. Aufgabe Welche Funktion hat R32? 3. Aufgabe Welche Funktion hat T9? 4. Aufgabe Welche Funktion haben C4 und C5? 5. Aufgabe Welche Funktion haben C3 und C6? 6. Aufgabe Welche Funktion hat G1? -3-

4 Fragen zum Mikrocontroller 7. Aufgabe Welche Funktion hat -K3? 8. Aufgabe Welche Funktion hat K4? 9. Aufgabe Über welche I 2 C-Adresse wird K4 angesprochen? 10. Aufgabe Der Mikrocontroller hat I/O-Pins, die als digitale Ein- oder Ausgänge konfiguriert werden können. Einige I/O-Pins sind auch als Analogeingang nutzbar. Wie werden die angegebenen I/O-Pins in der vorliegenden Schaltung genutzt? -X1:4 digitaler Eingang digitaler Ausgang Analogeingang -X1:1 digitaler Eingang digitaler Ausgang Analogeingang -X1:2 digitaler Eingang digitaler Ausgang Analogeingang -X1:3 digitaler Eingang digitaler Ausgang Analogeingang -X2:4 digitaler Eingang digitaler Ausgang Analogeingang -X2:5 digitaler Eingang digitaler Ausgang Analogeingang -X2:6 digitaler Eingang digitaler Ausgang Analogeingang -X2:7 digitaler Eingang digitaler Ausgang Analogeingang -X2:8 digitaler Eingang digitaler Ausgang Analogeingang -X4:1 digitaler Eingang digitaler Ausgang Analogeingang -X1:6 digitaler Eingang digitaler Ausgang Analogeingang -X1:9 digitaler Eingang digitaler Ausgang Analogeingang -X1:10 digitaler Eingang digitaler Ausgang Analogeingang Besonderheit bei X1:9: -4-

5 Fragen zum Display Die 5 x 7 = 35 Punkte des Display können nicht gleichzeitig angesteuert werden, weil der Mikrocontroller gar nicht genügend Portpins hat, um jede LED einzeln zu schalten. Die LEDs werden daher im Zeitmultiplexverfahren angesteuert: es wird in einer Zeile immer nur ein Punkt bzw. eine LED gleichzeitig eingeschaltet. Wenn mehrere LED in einer Zeile leuchten sollen, werden diese sehr schnell zeitversetzt eingeschaltet. Wenn die verwendete Frequenz schnell genug ist, entsteht der Eindruck, dass alle Punkte permanent leuchten. 11. Aufgabe Welche Funktion hat K2? 12. Aufgabe Welche Funktion haben K1 und T1 bis T7? 13. Aufgabe Wie müssen die Portpins des Arduino geschaltet werden, um LED in der mittleren Spalte (-X8/2:4) der mittleren Zeile (-X8/2:10) einzuschalten? 14. Aufgabe Welcher Strom fließt durch die LED, während diese eingeschaltet ist? -5-

6 Fragen zum Helligkeitssteuerung 15. Aufgabe -R31 ist auf Mittelstellung eingestellt. Welche Meßspannung erhält der Mikrocontroller an -X4.1 bei einer Beleuchtungsstärke von a) 1 Lux b) 10 Lux c) 100 Lux -6-

7 Fragen zum Piezo-Summer 16. Aufgabe Mit welcher Spannung (Größe der Spannung, Kurvenform, Frequenz) muss B1 laut Datenblatt angesteuert werden? 17. Aufgabe Mit welchem Spitze-Spitze-Wert wird B1 in der vorliegenden Schaltung betrieben? 18. Aufgabe In welcher Grundschaltung wird K5 im vorliegenden Schaltplan betrieben? 19. Aufgabe Auf welchen Wert ist R26 einzustellen, damit B1 mit seiner Nennfrequenz betrieben wird? 20. Aufgabe Welchen Tastgrad hat das Ansteuersignal von B1 in diesem Fall? -7-

8 21. Aufgabe Wie kann der Summer vom Mikrocontroller aus ein- und ausgeschaltet werden? 22. Aufgabe Wie kann der Summer unabhängig vom Mikrocontroller manuell eingeschaltet werden? 23. Aufgabe Welcher Basisstrom fließt in -T8, wenn dieser vom NE555 angesteuert wird? 24. Aufgabe Welchen Laststrom könnte T8 damit maximal schalten (ü=2)? -8-

9 Fragen zu den Tastern 25. Aufgabe Welche Funktion hat R1? 26. Aufgabe Um welchen Diodentyp handelt es sich bei R2 bis R8? Was ist die besondere Eigenschaft dieses Typs? 27. Aufgabe Wie kann der Schaltzustand von S1 vom Mikrocontroller abgefragt werden? 28. Aufgabe Welche Spannung liegt dabei an X1:4 an a) bei nicht gedrücktem Taster: b) bei gedrücktem Taster: (unter der Annahme, dass -K1 eine Spannung UOL = 0,4 V liefert) -9-

10 -10-

11 -11-

12 -12-

13 -13-

14 -14-

15 -15-

16 -16-

17 -17-

18 Lichtabhängiger Widerstand T

19 Piezosummer RMP-14P/HT -19-

20 Datenblattauszug NE

21 -21-

22 Programmierte Aufgabenstellungen Lösungen: Aufg. Lös. Aufg. Lös. Aufg. Lös Carmen s guter Rat: Alle sagten: Das geht nicht. Dann kam einer, der wusste das nicht und hat's gemacht. -22-

23 Lösungen: 1. Aufgabe Welche Spannung muss an A4.X0 angeschlossen werden? 12 V DC (11,3 V an MP7 + 0,7 V an der Diode) 2. Aufgabe Welche Funktion hat R32? Verpolungsschutz 3. Aufgabe Welche Funktion hat T9? Festspannungsregler 5 V 4. Aufgabe Welche Funktion haben C4 und C5? verhindern Schwingungen des Spannungsreglers 5. Aufgabe Welche Funktion haben C3 und C6? Pufferkondensatoren / Stützkondensatoren, verhindern Spannungseinbrüche bei impulsförmiger Stromentnahme 6. Aufgabe Welche Funktion hat G1? Lithiumbatterie / Batteriepufferung für die Echtzeituhr Fragen zum Mikrocontroller 7. Aufgabe Welche Funktion hat -K3? Real Time Clock / Echtzeituhr, mit Batteriepufferung, über I 2 C an den µc angebunden 8. Aufgabe Welche Funktion hat K4? digitaler Temperatursensor, über I 2 C an den µc angebunden -23-

24 9. Aufgabe Über welche I 2 C-Adresse wird K4 angesprochen? Lesen: Schreiben: (fett = fester Adressteil laut Datenblatt, unterstrichen = über Pins A0..A2 festgelegter Adressteil Letztes Bit: 1 = Lesen, 0 = Schreiben) 10. Aufgabe Der Mikrocontroller hat I/O-Pins, die als digitale Ein- oder Ausgänge konfiguriert werden können. Einige I/O-Pins sind auch als Analogeingang nutzbar. Wie werden die angegebenen I/O-Pins in der vorliegenden Schaltung genutzt? -X1:4 digitaler Eingang digitaler Ausgang Analogeingang -X1:1 digitaler Eingang digitaler Ausgang Analogeingang -X1:2 digitaler Eingang digitaler Ausgang Analogeingang -X1:3 digitaler Eingang digitaler Ausgang Analogeingang -X2:4 digitaler Eingang digitaler Ausgang Analogeingang -X2:5 digitaler Eingang digitaler Ausgang Analogeingang -X2:6 digitaler Eingang digitaler Ausgang Analogeingang -X2:7 digitaler Eingang digitaler Ausgang Analogeingang -X2:8 digitaler Eingang digitaler Ausgang Analogeingang -X4:1 digitaler Eingang digitaler Ausgang Analogeingang -X1:6 digitaler Eingang digitaler Ausgang Analogeingang -X1:9 digitaler Eingang digitaler Ausgang Analogeingang -X1:10 digitaler Eingang digitaler Ausgang Analogeingang Besonderheit bei X1:9: bidirektionale Datenleitung, wechselweise Eingang und Ausgang -24-

25 Fragen zum Display Die 5 x 7 = 35 Punkte des Display können nicht gleichzeitig angesteuert werden, weil der Mikrocontroller gar nicht genügend Portpins hat, um jede LED einzeln zu schalten. Die LEDs werden daher im Zeitmultiplexverfahren angesteuert: es wird in einer Zeile immer nur ein Punkt bzw. eine LED gleichzeitig eingeschaltet. Wenn mehrere LED in einer Zeile leuchten sollen, werden diese sehr schnell zeitversetzt eingeschaltet. Wenn die verwendete Frequenz schnell genug ist, entsteht der Eindruck, dass alle Punkte permanent leuchten. 11. Aufgabe Welche Funktion hat K2? Treiber mit 7 x Darlingtontransistoren zur Ansteuerung des LEDs, da der Ausgangsstrom des Mikrocontrollers dafür nicht ausreicht. 12. Aufgabe Welche Funktion haben K1 und T1 bis T7? Der ist ein Logik-IC der 74er Familie. Funktion ist ein 3-zu-8-Dekoder. Über die drei Adressleitungen A, B und C können die 8 Ausgänge adressiert werden. Die Ausgänge sind Low-Aktiv. Es ist immer genau ein Ausgang aktiv (also low), je nach eingestellter Adresse. Damit können die 7 Spalten des Displays mit nur drei Leitungen des µc angesteuert werden. Die PNP-Transistoren -T1..-T7 verstärken den Strom, um die LEDs treiben zu können. 13. Aufgabe Wie müssen die Portpins des Arduino geschaltet werden, um LED in der mittleren Spalte (-X8/2:4) der mittleren Zeile (-X8/2:10) einzuschalten? Mittlere Zeile: -X2.6 muss High sein Mittlere Spalte: -T4 muss schalten => dazu muss am die Adresse 310 bzw eingestellt sein => -X1.1 muss High sein, -X1.2 muss High sein, -X1.3 muss Low sein 14. Aufgabe Welcher Strom fließt durch die LED, während diese eingeschaltet ist? U 5V 0,3V 2V 0,8V I = = 40mA R 47Ω 0,3 V ist die Sättigungsspannung UCEsat des BC558B 2 V ist die Durchlaßspannung der Leuchtdioden 0,8 V ist die Sättigungsspannung UCEsat des ULN

26 Fragen zum Helligkeitssteuerung 15. Aufgabe -R31 ist auf Mittelstellung eingestellt. Welche Meßspannung erhält der Mikrocontroller an -X4.1 bei einer Beleuchtungsstärke von d) 1 Lux R33 13 kω 5kΩ + 1kΩ U X 4.1 = 5V = 1, 57V 13kΩ + 5kΩ + 1kΩ e) 10 Lux R33 3 kω 5kΩ + 1kΩ U X 4.1 = 5V = 3, 33V 3kΩ + 5kΩ + 1kΩ f) 100 Lux R Ω 5kΩ + 1kΩ U X 4.1 = 5V = 4, 62V 500Ω + 5kΩ + 1kΩ -26-

27 Fragen zum Piezo-Summer 16. Aufgabe Mit welcher Spannung (Größe der Spannung, Kurvenform, Frequenz) muss B1 laut Datenblatt angesteuert werden? Rechteckspannung Frequenz 4,0 khz ± 0,5 khz USS maximal 20 Vss, nominal 9 Vss 17. Aufgabe Mit welchem Spitze-Spitze-Wert wird B1 in der vorliegenden Schaltung betrieben? -XJ6 auf Stellung 1-2: -XJ6 auf Stellung 2-3: ca. 5 Vss ca. 11,3 Vss 18. Aufgabe In welcher Grundschaltung wird K5 im vorliegenden Schaltplan betrieben? Astabile Kippstufe / Rechteckgenerator 19. Aufgabe Auf welchen Wert ist R26 einzustellen, damit B1 mit seiner Nennfrequenz betrieben wird? Aus Datenblatt: f ( R A 1, R ) C B f 1,44 (1k Ω k Ω + 2 R ) 15nF 26 1,44 1kΩ 2 10kΩ R 4kHz 15nF 26 = 1, 5kΩ Aufgabe Welchen Tastgrad hat das Ansteuersignal von B1 in diesem Fall? Tastgrad = duty cycle 1 RB 10kΩ + 1,5kΩ g = = 1 = 0,52 52% R + 2 R 1kΩ + 2 (10kΩ + 1,5kΩ ) = A B -27-

28 21. Aufgabe Wie kann der Summer vom Mikrocontroller aus ein- und ausgeschaltet werden? -XJ5 muss auf Stellung 1-2 stehen -X1.6 = Low => NE555 bekommt Reset => Summer ist ausgeschaltet -X1.6 = High => NE555 bekommt keinen Reset => Summer ist eingeschaltet 22. Aufgabe Wie kann der Summer unabhängig vom Mikrocontroller manuell eingeschaltet werden? -XJ5 auf Stellung 2-3 jumpern 23. Aufgabe Welcher Basisstrom fließt in -T8, wenn dieser vom NE555 angesteuert wird? NE555 ist mit +5V versorgt => liefert ca. 5 V am Ausgang 5V 0,7V I B = = 430µA 10kΩ 24. Aufgabe Welchen Laststrom könnte T8 damit maximal schalten (ü=2)? Laut Datenblatt ist I I B ü B min ca. 110 bei 2 ma (bei größeren Strömen bis ca. 70 ma etwas mehr) 430µA 110 = 2 B min = C 23, 6 ma -28-

29 Fragen zu den Tastern 25. Aufgabe Welche Funktion hat R1? Pull-Up-Widerstand Zieht X1:4 auf High, wenn kein Taster gedrückt ist 26. Aufgabe Um welchen Diodentyp handelt es sich bei R2 bis R8? Was ist die besondere Eigenschaft dieses Typs? Schotty-Diode kleinere Durchlaßspannung als normale Siliziumdioden 27. Aufgabe Wie kann der Schaltzustand von S1 vom Mikrocontroller abgefragt werden? An K1 muss die Adresse 0002 eingestellt sein, so dass dessen Ausgang Pin 15 aktiv, also Low ist. Der Zustand von X1:4 wird vom µc eingelesen X1:4 ist High => Taster -S1 ist nicht gedrückt X1:4 ist Low => Taster -S1 ist gedrückt 28. Aufgabe Welche Spannung liegt dabei an X1:4 an c) bei nicht gedrücktem Taster: ca. 5 V über den Pull-Up-Widerstand R1 d) bei gedrücktem Taster: ca. 0,5.. 0,7 V aufgrund der Spannung UOL = 0,4 V zzgl. 0,1.. 0,3 V an der Schottky-Diode (unter der Annahme, dass -K1 eine Spannung UOL = 0,4 V liefert) -29-

30 Seminar Wirtschafts- und Sozialkunde Spezialkurs für die Vorbereitung auf den Prüfungsteil Wirtschafts- und Sozialkunde. Anhand einer umfangreichen Kursmappe arbeiten sich die Teilnehmer durch alle Themenbereiche der Prüfung. Zu jedem Themengebiet gibt es vorab eine komprimierte Wissensvermittlung zum Lernen oder zum Nachsehen, wenn man etwas nicht weiß. Hinzu kommt ein Stichwortverzeichnis mit allen Definitionen und Erläuterungen, sowie abschließend Prüfungssimulationen. Berufsbegleitend in acht Unterrichtsstunden Samstags Uhr (in manchen Kursorten Wochentags Uhr) In der Regel in Deiner Berufsschule alle Informationen auf: Lehrgangsgebühr: 49,- Die exakten Seminardaten erhälst Du ebenfalls mit Deiner postalischen Anmeldebestätigung. -30-

31 Technische Fachkurse Tobias Köck TFK 2017 / ViSdP: Tobias Köck Technische Fachkurse Köck - Eingetragene Marke Nr Internet: info@fachkurse-koeck.de Steuer-Nummer: 161/238/20030 Fraunhoferstraße Planegg / Tel.: