Aufgabe Vorschlag A - Aufgabe 3.5 · Abitur Hessen Technische Informatik LK 2021

Enthärtungsanlagen müssen in regelmäßigen Abständen gereinigt werden. Dazu wird das von außen zulaufende Trinkwasser in die Enthärtungsanlage geleitet, um dort das zuvor abgelassene Wasser zu ersetzen. Der Reinigungsprozess wird in der Anlage mithilfe eines Assemblers gesteuert.

Sobald durch eine manuelle Betätigung von außen an Pin 0 ein HIGH-Signal anliegt, wird der Reinigungsprozess gestartet. Zwei Sekunden nach dem Start des Prozesses wird das Magnetventil 1 am Zulauf geschlossen (HIGH = geschlossen / LOW = geöffnet). Das restliche im Behälter befindliche Wasser wird nun abgepumpt. Dazu muss nach einer Wartezeit von 50 ms das Magnetventil 2 geöffnet werden. Danach wird die Pumpe an Pin 7 eingeschaltet, um das Wasser in den Ablauf zu pumpen (HIGH = ein). Die Pumpe läuft so lange, wie der Füllstandssensor an Pin 3 ein HIGH-Signal meldet. Sobald dort ein LOW-Signal zu lesen ist, wird die Pumpe abgeschaltet, das Magnetventil 2 geschlossen und das Magnetventil 1 wieder geöffnet. Zum Abschluss wird über Pin 4 ein erfolgreicher Reinigungsprozess mit einem HIGH-Signal gemeldet.

Port 1 des Mikrocontrollers

Pin 7 · Pin 6 · Pin 5 · Pin 4 · Pin 3 · Pin 2 · Pin 1 · Pin 0

↓ · · · ↓ · ↑ · ↓ · ↓ · ↑

Abwasserpumpe · · · Erfolgreich · Füllstandssensor

Wasser · Magnetventil

2 · Magnetventil

1 · Start-

sequenz

3.5 Dot-Matrix-Anzeige (12 BE)

Auf dem Deckel der Enthärtungsanlage ist eine 5x7 Felder große Matrixanzeige (englisch: Dot-Matrix-Display, ähnlich einer 7-Segment-Anzeige) verbaut, um auch ohne die App wichtige Informationen anzeigen lassen zu können. Dieses Display ist eine optische Anzeige, die aus einzelnen Bildpunkten in einer Matrix aus horizontalen Zeilen und vertikalen Spalten besteht. Jeder einzelne Bildpunkt ist eine LED und durch die Angabe einer Zeilen- und einer Spaltennummer eindeutig definiert. Angesteuert wird das Display mit vier Eingangsvariablen. In Material 7 ist das Display mit Beschriftung der Zeilen und Spalten für eine beispielhafte Anzeige der Ziffer 3 und die zur LED an der Position 3D zugehörigen Wahrheitstabelle abgebildet.

Material 7: Dot-Matrix-Display und Wahrheitstabelle

Beispielhafte Belegung des Dot-Matrix-Displays mit der Ziffer 3:

Für die LED mit der Bezeichnung 3D ergibt sich für die zur Verfügung stehenden Symbole folgende Wahrheitstabelle:

#

d

c

b

a

3D

0 · 0 · 0 · 0 · 0 · 1

1 · 0 · 0 · 0 · 1 · 0

2 · 0 · 0 · 1 · 0 · 0

3 · 0 · 0 · 1 · 1 · 1

4 · 0 · 1 · 0 · 0 · 0

5 · 0 · 1 · 0 · 1 · 1

6 · 0 · 1 · 1 · 0 · 1

7 · 0 · 1 · 1 · 1 · 0

8 · 1 · 0 · 0 · 0 · 1

9 · 1 · 0 · 0 · 1 · 1

A · 1 · 0 · 1 · 0 · 1

B · 1 · 0 · 1 · 1 · 1

C · 1 · 1 · 0 · 0 · 0

D · 1 · 1 · 0 · 1 · 0

E · 1 · 1 · 1 · 0 · 1

F · 1 · 1 · 1 · 1 · 1

Ermitteln Sie für die LED 3D die vollständig vereinfachte Form der Schaltfunktion und entwerfen Sie die erhaltene Schaltfunktion in NAND-Technologie. Zeichnen Sie ihr Ergebnis in einer Schaltung.

Hinweis: Die invertierten Eingangsvariablen stehen nicht zur Verfügung.

a)

b)

c)