7 Grundlagen der Digitaltechnik

Signale aus der Umwelt werden in technischen Geräten von Sensoren wahrgenommen, in einer Steuerungseinheit verarbeitet und mithilfe von Aktoren in eine physikalische Größe gewandelt. Signale können in analoger oder in digitaler Form vorliegen und verarbeitet werden. Ein analoges Signal kann sich kontinuierlich ändern und unendlich viele Wertigkeiten besitzen, z. B. kann ein Lautsprecher zwischen „max. Lautstärke“ und „nicht mehr hörbar“ reguliert werden. Ein digitales Signal kann nur zwei Zustände einnehmen, beispielsweise kann man einen Lichtschalter entweder ein- oder ausschalten.

1. Finde Beispiele für analoge und digitale Signale in Alltag und Technik.

Bedenke, dass Digitalsignale als ein/aus, wahr/falsch oder als 1/0 bezeichnet werden, Analogsignale dagegen fast beliebige Werte – z. B. von 0 bis 1000 – einnehmen können.

analoge Signale digitale Signale

2. Nach wie vor werden in der Technik analoge und digitale Verfahren zur Signalverarbeitung genutzt.

Nenne Vor- und Nachteile beider Verfahren.

Vorteile:

analog

Vorteile:

Nachteile:

3. Die Wandlung von analogen in digitale Signale.

Bei einer Signalwandlung werden in der Technik sogenannte „Schwellenwertschalter“ eingesetzt. Diese schalten ein digitales Signal ein oder aus, wenn analog eine bestimmte Schwelle überschritten wird. Erkläre am Beispiel einer Klassenarbeit, wie das „analoge Signal erreichte Punkte“ in ein „digitales Signal bestanden/durchgefallen“ umgewandelt werden könnte.

digital

Nachteile:

4. Die Weiterleitung von Signalen über Signalleitungen.

Viele technische Anwendungen arbeiten neben den Leitungen zur Stromversorgung mit Signalleitungen und Spannungssignalen zwischen 0 Volt und 5 Volt. Bei digitalen Signalen wird die elektrische Spannung auf einer Signalleitung gemessen und überprüft, ob sie über 3,3 Volt (1-Signal) oder unter 3,3 Volt (0-Signal) liegt. Bei Analogsignalen wird die genaue Spannung gemessen und in einen Zahlenwert in 1000 Einzelschritten umgerechnet. Weise den folgenden Spannungen den korrekten Analog- und Digitalwert zu.

Spannung in Volt 3,4 V 0,8 V 3,0 V 1,2 V 5 V 2,1 V

Analogwert [0–1000]

Digitalwert [0–1]

5. Die Umsetzung einfacher Funktionen mithilfe der Digitaltechnik.

In der Fahrzeugtechnik sind den Möglichkeiten der Automatisierung mit digitaltechnischen Bauteilen kaum Grenzen gesetzt.

a) Im Folgenden sind grundlegende Funktionen in einem Fahrzeug aufgeführt, welche durch Komponenten der Digitaltechnik umgesetzt werden sollen. Entwirf die Schaltungen mit einem Simulationsprogramm (z. B. Yenka).

Funktion Aufbau der Funktion

Einschalten des Fernlichts

Das Fernlicht schaltet nur ein, wenn der Hauptlichtschalter an ist und zusätzlich der Schalter für das Fernlicht angeschaltet wird oder der Lichtsensor anspricht.

Schaltbild

Warnmeldung des Gurtwarnsystems

Verdeckbetätigung eines Cabrios

Start-Stopp- Automatik

Das Gurtwarnsystem summt, wenn ein Sitz mit einer Person besetzt ist, diese nicht angeschnallt ist und das Fahrzeug schneller als 6 km/h fährt.

Das Verdeck lässt sich nur öffnen, wenn der Schalter im Fahrzeug betätigt wird und es weniger als 40 km/h fährt oder bei geparktem Auto der Schalter auf der Fernbedienung betätigt wird.

Der Motor wird ausgeschaltet, wenn die Öltemperatur über 60 °C liegt, das Fahrzeug steht, die Batteriespannung über 12,4 V liegt und kein Gang eingelegt ist.

b) Beschreibe eine weitere typische Funktion in einem Automobil nach den Vorgaben oben und skizziere die Schaltung. Nenne die benötigten elektronischen Bauteile.