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Schaltungen, Schaltwerke und Automaten Ingo Höpping Informatik in 13/II: Wahlthema Technische Informatik; Weilburg XI/10 1.

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Präsentation zum Thema: "Schaltungen, Schaltwerke und Automaten Ingo Höpping Informatik in 13/II: Wahlthema Technische Informatik; Weilburg XI/10 1."—  Präsentation transkript:

1 Schaltungen, Schaltwerke und Automaten Ingo Höpping Informatik in 13/II: Wahlthema Technische Informatik; Weilburg XI/10 1

2 Schaltnetz vs. Schaltwerk Schaltnetz: logische Schaltung Ausgangszustände hängen ausschließlich von Schaltzuständen der Eingänge ab Schaltwerk: logische Schaltung Ausgangszustände hängen von Eingangs- zuständen und früheren Eingaben ab Schaltung „mit Gedächtnis“ Informatik in 13/II: Wahlthema Technische Informatik; Weilburg XI/10 2

3 Schaltnetz vs. Schaltwerk Informatik in 13/II: Wahlthema Technische Informatik; Weilburg XI/10 3

4 Schaltnetz vs. Schaltwerk SchaltnetzSchaltwerk Informatik in 13/II: Wahlthema Technische Informatik; Weilburg XI/10 4

5 Analyse von Schaltnetzen Gesucht: boolescher Term (1)Analyse (2)Schaltwerttabelle Informatik in 13/II: Wahlthema Technische Informatik; Weilburg XI/10 5

6 Aufstellen von Schaltnetzen Eine Maschine soll so überwacht werden, dass ein Warnsignal abgegeben wird, wenn eine Störung eintritt und während der Störung der Aufsichtsposten nicht besetzt ist und eine Resettaste nicht gedrückt ist. Weiterhin soll das Warnsignal gegeben werden, wenn die Resettaste betätigt ist, obwohl keine Störung vorliegt. Informatik in 13/II: Wahlthema Technische Informatik; Weilburg XI/10 6 Festlegungen: Warnsignal aktiv: w = 1 Störung eingetreten: s = 1 Aufsicht anwesend: a = 1 Resettaste gedrückt: r = 1 Disjunktive Normalform (Minterm): Konjunktive Normalform (Maxterm):

7 Aufstellen von Schaltnetzen Informatik in 13/II: Wahlthema Technische Informatik; Weilburg XI/10 7 Disjunktive Normalform (Minterm):Konjunktive Normalform (Maxterm):

8 Minimieren von Schaltnetzen Informatik in 13/II: Wahlthema Technische Informatik; Weilburg XI/10 8 Ziel: einfache minimale Schaltnetze Möglichkeiten: (1)Boolesche Algebra (2)Minimierungsverfahren - Quine-McCluskey-Verfahren - Karnaugh-Veitch (KV-Diagramme)

9 Minimieren mit Boolescher Algebra Informatik in 13/II: Wahlthema Technische Informatik; Weilburg XI/10 9 Konjunktive Normalform (Maxterm):

10 Minimieren mit KV-Diagrammen Informatik in 13/II: Wahlthema Technische Informatik; Weilburg XI/10 10 Disjunktive Normalform (Minterm): Minimierter Term: KV-Diagramm

11 Anwendung: Trinkwasser Zur Trinkwasserversorgung eines Hochhauses ist auf dem Dach ein Vorratsbehälter installiert. Das Wasser wird durch eine Hauptpumpe bzw. bei deren Versagen durch eine Reservepumpe in den Vorratsbehälter gepumpt. Zur automatischen Steuerung der Pumpen sind an diesen und am Behälter Sensoren angebracht, die melden, wenn dieser nicht mehr ausreichend gefüllt ist bzw. die Pumpen defekt sind. Außerdem soll bei Versagen beider Pumpen ein Alarmsignal gegeben werden. Informatik in 13/II: Wahlthema Technische Informatik; Weilburg XI/10 11 Festlegungen: Behälter leer:B = 1 Hauptpumpe defekt:H = 1 Reservepumpe defekt:R = 1 Hauptpumpe einschalten:h = 1 Reservepumpe einschalten:r = 1 Alarmmeldung:a = 1

12 Anwendung: Trinkwasser Informatik in 13/II: Wahlthema Technische Informatik; Weilburg XI/10 12 Alternativer Ansatz:

13 Automaten als Schaltwerk Informatik in 13/II: Wahlthema Technische Informatik; Weilburg XI/10 13 Grundlage: Definition von DEA Bestandteile des Schaltwerkes: Schaltnetz zur Realisierung der Übergangsfunktion Schaltnetz zur Realisierung der Ausgabefunktion Speicher, der den Momentanzustand bis zum nächsten Takt erhält Schrittfolge zum Schaltwerk: 1)Modellierung des Automaten 2)Vereinbarungen / Codierung 3)Schaltwertabelle 4)Schaltfunktion 5)Binäre Schaltung

14 Automat: Modellierung Informatik in 13/II: Wahlthema Technische Informatik; Weilburg XI/10 14 Ein Kaugummiautomat liefert gegen Einwurf von 2€ ein Päckchen Kaugummis. Der Automat erlaubt die Eingabe von 1€-Stücken. Nach Drücken eines Rückgabeknopfes gibt er bereits eingeworfenes Geld zurück. Sind 2€ erreicht, wir die Ware automatisch ausgegeben.

15 Automat: Vereinbarungen / Codierung Informatik in 13/II: Wahlthema Technische Informatik; Weilburg XI/10 15 Eingabe (2 Werte): x = 1  1€ eingeworfen  1 x = r  Restetaste  0 Ausgabe (3 Werte): y = n  keine Ausgabe  00 y = 1  1€ zurück  01 y = w  Ware ausgeben  10 Zustände (2 Werte): z = z 0  0 z = z 1  1

16 Automat: Schaltwerttabelle / -funktion Informatik in 13/II: Wahlthema Technische Informatik; Weilburg XI/10 16 Eingabe (2 Werte): x = 1  1€ eingeworfen  1 x = r  Restetaste  0 Ausgabe (3 Werte): y = n  keine Ausgabe  00 y = 1  1€ zurück  01 y = w  Ware ausgeben  10 Zustände (2 Werte): z = z 0  0 z = z 1  1 Schaltwerttabelle: Schaltfunktionen: Übergangsfunktion: Ausgabefunktion:

17 Automat: binäres Schaltwerk Informatik in 13/II: Wahlthema Technische Informatik; Weilburg XI/10 17 Schaltfunktionen: Übergangsfunktion:Ausgabefunktion: ÜberführungsfunktionAusgabefunktion


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