Løsningsforslag til EKSAMEN

Transkript

1 Løsningsforslag til EKSAMEN Emnekode: ITD006 Emne: Fysikk og datateknikk Dato: 06. Mai 009 Eksamenstid: kl 9:00 til kl 3:00 Hjelpemidler: 4 sider (A4) ( ark) med egne notater. Kalkulator. Gruppebesvarelse, som blir delt ut på eksamensdagen til de som har fått den godkjent Faglærer: Erling Strand Eksamensoppgaven: Oppgavesettet består av 3 sider med oppgaver og side vedlegg, totalt 4 sider. Kontroller at oppgaven er komplett før du begynner å besvare spørsmålene. Oppgavesettet består av 3 oppgaver. Alle oppgavene skal besvares. Alle oppgavene teller likt eksamen. Sensurdato: 3. Juni 009 Karakterene er tilgjengelige for studenter på studentweb senest dagen etter oppgitt sensurfrist. Følg instruksjoner gitt på: Alle utregninger må tas med i besvarelsen! Oppgave a) Gitt følgende krets: Spenningen U 0,0 V, motstandene R 000 Ω ( KΩ), R 00 Ω (K) og R Ω ( 3K6). ) Hvor stor er strømmen gjennom R 3? Løsningsforslag til eksamen i ITD006 Fysikk og datateknikk, 06/ Side av 0

2 Regner først ut parallell-koblingen av R og R 3 : R 3 R R 3 / (R +R 3 ) ( / ( )) Ω 366 Ω Regner så ut totalstrømmen I T, se oppgave ), og U, se oppgave 3) I R3 U /R 3 5,7 V / 3600 Ω,6 ma ) Hvor stor er totalstrømmen som går gjennom R? I T U / (R +R 3 ) 0,0 / ( ) 4, ma 3) Hvor stor er spenningen U? U I T R 3 4, ma 366 Ω 5,8 V (eventuellt: U 0,0 V (I T R ) 0,0 V (4, ma 000 Ω) 5,8 V ) b) Gitt følgende krets: Spenningen U 5,0 V, motstandene R 0KΩ, R K, R 3 3K3, R 4 4K7, R 5 K, R 6 3KΩ, R 7 6KΩ. ) Hvor stor er strømmen gjennom motstanden R? I R U / R 5,0 V / 0 KΩ 0,5 ma ) Hvor stor er spenningen U 3, som er over motstanden R 3? R 67 R 6 R 7 / (R 6 +R 7 ) ( / ( )) Ω 000 Ω KΩ R 45 R 4 R 5 / (R 4 +R 5 ) ( / ( )) Ω 499 Ω R 4567 R 45 +R Ω R R 4567 R 3 / (R R 3 ) ( / ( )) Ω 698 Ω U 3 (U / (R + R )) R ((5,0 V / (00+698) Ω) 698 Ω,9 V Løsningsforslag til eksamen i ITD006 Fysikk og datateknikk, 06/ Side av 0

3 3) Hvor stor er strømmen gjennom motstanden R 4? I R4567 U 3 / (R 4567 ),9 V / 3499 Ω 0,83 ma U R45 I R4567 R 45 0,83 ma 499 Ω,4 V I R4 U R45 / R 4,4 V / 4700 Ω 0,6 ma 4) Hvor stor er spenningen U 7? U 7 U 3 - U R45,9 V,4 V, 66 V (eller: U 7 I R4567 R 67 0,83 ma 000,66 V ) c) Gitt følgende krets: Spenningen U er en vekselspenningskilde, som gir ut et sinussignal. Peak-to-peak spenningen på U er 0 V. Dvs U svinger mellom + og - 0V. Motstanden R KΩ. D er en zenerdiode på 5,6 V. Lag en skisse av spenningen U D. I tegningen din må du ta med (minst) en hel periode på sinussignalet. Vær nøy med å føre på spenninger på y-aksen. Tidsskalaen på x-aksen er uten betydning. Løsningsforslag til eksamen i ITD006 Fysikk og datateknikk, 06/ Side 3 av 0

4 d) Gitt følgende krets: R 0K og C 50 nf ) Hva slags krets er dette? Dette er et høypassfilter. ) Hva er grensefrekvensen? Uttrykket for grensefrekvensen kan finnes ved å regne ut overføringsfunksjonen: U (U / (R +Z C )) R U U ( R + Z ) ( + jπf C R ) R C R R + jπf C jπf C R Grensefrekvensen, f g, er der hvor RealdelenImaginærdelen i uttrykket over. Dvs: πf g C R f πc R π g Hz 3) Lag en skisse av overføringsfunksjonen. Løsningsforslag til eksamen i ITD006 Fysikk og datateknikk, 06/ Side 4 av 0

5 Oppgave a) Anta at du har en 0 bit ADC. Du skal bruke denne til å måle temperaturen. Hvor stor måleområde får du, i C, hvis nøyaktigheten må være bedre 0,05 C? FSR 0,05 ( 0 -) 5,5 C. Dette er absolutt maks måleområde, og da blir nøyaktigheten 0,05 C. Når nøyaktigheten skal være bedre enn 0,05 C kan vi velge FSR 50,0 C b) Anta at temperaturmåleren i oppgave a) skal begynne på 0,0 C. Hvilket tall leser du fra ADC en (i oppgave a), når temperaturen er +5,0 C? Vi antar at måleområdet går fra 0,0 C til +50,0 C Med 0 bit ADC blir: (( 0 -)/50,0) 5,0 0,3 Dvs tallet 0 blir avlest. Hvis man har valgt FSR5,5 C, blir tallet: (( 0 -)/5,5) 5,0 00 avlest c) Lag formelen du må skrive i et C-program, for å få ut temperaturen i C, basert på tallverdien du leser fra ADC en. temp avlest 50,0 / 03; Alternativt, med bruk av FSR 5,5: temp avlest 5,5 / 03; Løsningsforslag til eksamen i ITD006 Fysikk og datateknikk, 06/ Side 5 av 0

6 d) Skriv et C-program, som går i sløyfe og leser temperatur fra ADC inngang nr.4, og som skriver temperaturen i ut på skjermen på roboten. Det gjør den hele tiden. Bruk funksjonen LCDPrintf() for å skrive ut, og OSGetAD(4) for å hente verdien fra ADC. Litt info i vedlegg #include "eyebot.h" #include <stdio.h> int main(void) { int avlest; float temp; } while() { avlest OSGetAD(4); temp avlest * 50.0 / 03; LCDPrintf( Temperaur %.f grader Celsius\n, temp); } return 0; Oppgave 3 a) Gitt følgende datablad for en LDR sensor: Lag en fullstendig kretstegning av en interface enhet, som bruker denne LDR sensoren. Utgangen på interface enheten skal inn på eyebot roboten. ADC inngangen på roboten skal ha en analog spenning inn som går fra 0,0 til 5,0 V. Du skal bruke vanlige operasjonsforsterkere, og du har + V og - V tilgjengelig. Det skal ikke brukes filter, men det skal brukes en sikkerhetskrets, slik at spenningen inn på ADC inngangen aldri overgår 5,6 V. Alle beregninger må tas med i besvarelsen. Løsningsforslag til eksamen i ITD006 Fysikk og datateknikk, 06/ Side 6 av 0

7 R S er LDR sensoren. U + er V og U - er V. Da får vi ± V, dvs 4 V, over R S og R. Velger R 0 MΩ, slik at spenningen inn på forsterkeren blir tilnærmet lik 0 V, da det er helt mørkt, fordi R S 0 MΩ, da det er helt mørkt Velger en inverterende forsterker, fordi her må vi ha dempning av signalet. Så lenge vi bruker V, og spenningen ut må være maks 5 V. En inverterende forsterker kan ha dempming. Plasserer da også motstandene RS og R slik de er på figurene, fordi da vil US bli mer negativ da lysstyrken øker. Når signalet går ghjennom en inverterende forsterker, vil signalet bli mer positiv da lysstyrken øker. Ved 00 lux vil vi da få: U RS (4V/(R +R S )) R S ((4V/(5K+0000K)) 5K 0 V. Da blir U S U RS -V -V Vi må da ha en forsterkning på 5/ 0,46 ggr. Forsterkningen A er gitt av R og R 3 : A - (R 3 /R ) - 0,46, som gir: R 3 0,46 R Hvis vi velger R K, blir R 3 46 Ω R 4 velges slik at det ikke blir for stort effekttap i dioden, da det er maks spenning. Her en det (-5,6) V 6,4V. Ved valg av 0,3W diode, må I (P/U) 0,3/ 6,4 46 ma. Vi velger for eksempel I ma, som gir R 4 U/I 6,4V / ma 3K b) Lag en tilsvarende kretstegning med bruk av differensial forsterker på første trinn (i stedet for vanlig operasjonsforsterker). Beskriv også hva som er fordelen med å bruke en differensial forsterker ( instrumental forsterker balansert forsterker) Bruker en Wheatstone s målebro. Velger her U V. Velger at U S 0V ved mørke, dvs da R S 0MΩ. Det gir R R R 3 0MΩ Ved 00lux, da R S 5 KΩ, vil U S blir Løsningsforslag til eksamen i ITD006 Fysikk og datateknikk, 06/ Side 7 av 0

8 (U/(R+RS)) R 6,0 V (V/(0000K+5K)) 0000K 6,0V 5,99V Velger da gang forsterkning. Fordelen med differensialforsterker er at den har både en pluss og en minus inngang. Det medfører at støy som kommer inn på ledningen, mellom Wheatstone s målebro og forsterkeren, vil bli nullet ut. Et slikt system vil ha mindre støy. Løsningsforslag til eksamen i ITD006 Fysikk og datateknikk, 06/ Side 8 av 0

9 VEDLEGG int OSGetAD(int channel); Input: (channel) desired AD-channel range: 0..5 Output: (return code) 0 bit sampled value Semantics: Captures one single 0bit value from specified AD-channel. The return value is stored in the least significant bits of the 3 bit return value. LCDPrintf(const char format[],...); Input: format string and parameters Output: NONE Semantics: Prints text or numbers or combination of both onto LCD. This is a simplified and smaller version of standard Clib "printf". Eksempel på bruka av LCDPrintf() LCDPrintf("Verdi : %d, verdi : %d \nverdi 3: %d\n", a, b, c); Code Format %c character %d signed integers %f floating point %o octal %s a string of characters %u unsigned integer %x unsigned hexadecimal, with lowercase letters %X unsigned hexadecimal, with uppercase letters With %f, the precision modifier lets you specify the number of decimal places desired. For example, %.6f will display a floating number at least digits wide, with six decimal places. Include-setninger i begynnelsen av et C-program for eyebot roboten: #include "eyebot.h" #include <stdio.h> int main(void) {. } return 0; Løsningsforslag til eksamen i ITD006 Fysikk og datateknikk, 06/ Side 9 av 0

10 Løsningsforslag til eksamen i ITD006 Fysikk og datateknikk, 06/ Side 0 av 0