Aufgabe 1 - Speicher, Zähler und sequenzielle Sch… · Abitur NRW Technik GK · Haupttermin 2021

Aufgabenstellung: Entwicklung eines Steuerbausteins für einen Backofen

Es ist ein Steuerbaustein für den Backofen einer Großbäckerei zu entwickeln, der den Backvorgang startet und ihn nach einer voreingestellten Zeit selbstständig beendet. Material M 1 enthält die Anforderungen an den Ofen.

M 1: Anforderungen an den Ofen

Der Ofen bietet drei Backprogramme, durch die Temperatur und Backzeit automatisch festgelegt werden. Mit einem Wahlschalter wählt die Bäckerin / der Bäcker eines der voreingestellten Programme aus. Anschließend muss die Auswahl mit einem Taster P bestätigt werden. P = 1 heißt, dass die Auswahl bestätigt wurde, P = 0, dass dies (noch) nicht geschehen ist.

Ein Sensor OT an der Ofentür liefert eine logische 1, sobald die Tür geöffnet ist, und eine logische 0, wenn sie geschlossen ist. Im Ofenraum kontrollieren zwei baugleiche Sensoren T1 und T2 die Temperatur. Jeder von ihnen gibt eine logische 1 aus, sobald die zum Backprogramm gehörige Temperatur erreicht ist; liegt die Temperatur darunter, geben sie eine logische 0 aus.

Der Backvorgang BV beginnt erst, wenn die Ofentür geschlossen ist, ein Backprogramm bestätigt wurde und mindestens einer der beiden Sensoren meldet, dass die Temperatur erreicht ist. Während des gesamten Backvorgangs ist das digitale Signal BV = 1 zu setzen.

M 2: Beschreibung der Backprogramme

Nr. · Programm · Temperatur · Zeit

1 · Weizenbrot · 170 °C · 40 Minuten

2 · Brötchen · 230 °C · 9 Minuten

3 · Kuchenboden · 190 °C · 15 Minuten

M 3: 7-Segment-Anzeige

Dez. · D · C · B · A · c

0 · 0 · 0 · 0 · 0

1 · 0 · 0 · 0 · 1

2 · 0 · 0 · 1 · 0

3 · 0 · 0 · 1 · 1

4 · 0 · 1 · 0 · 0

5 · 0 · 1 · 0 · 1

6 · 0 · 1 · 1 · 0

7 · 0 · 1 · 1 · 1

8 · 1 · 0 · 0 · 0

9 · 1 · 0 · 0 · 1

10 · 1 · 0 · 1 · 0

11 · 1 · 0 · 1 · 1

12 · 1 · 1 · 0 · 0

13 · 1 · 1 · 0 · 1

14 · 1 · 1 · 1 · 0

15 · 1 · 1 · 1 · 1

Teilaufgabe a)

Erläutern Sie anhand des Sachzusammenhangs in Material M 1, weshalb das Tastersignal P mit einem Flipflop gespeichert werden muss, und entwickeln Sie dazu einen eigenen Vorschlag für ein Rücksetzsignal. Erläutern Sie außerdem, weshalb sich auch beim Signal BV des Backvorgangs eine Speicherung anbietet.

[6 Punkte]

Teilaufgabe c)

Entwickeln Sie unter Nutzung von Material M 2 für das Backprogramm „Brötchen“ eine Zeitsteuerung, die mit Ihnen bekannten Flipflops aufgebaut ist. Als Taktsignal steht ein Taktbaustein mit einer Frequenz von 1/60 Hz (1 pro Minute) zur Verfügung. Geben Sie die Rücksetzbedingung der Zeitsteuerung als Funktionsgleichung an. Erläutern Sie Ihren Lösungsweg. Ermitteln Sie, wie viele Flipflops für das Backprogramm „Weizenbrot“ benötigt werden.

[17 Punkte]