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Erkundung - Ein einfacher Speicher

Eine Alarmanlage

Alarmanlagen sind heutzutage allseits bekannt und werden auch im Privaten sehr häufig eingesetzt. Ziel soll es im Folgenden sein, eine Schaltung einer einfachen Alarmanlage zu entwickeln.
Durch das Auslösen eines Sensors (s) (bspw. an Fenstern, Haustüren etc.) soll eine Alarm-Sirene (A) aktiviert werden, die erst durch ein manuelles Rücksetzen (r) wieder verstummt.

Aufgabe 1 – Eine Alarmanlage

(a) Erkläre das folgende Diagramm:

diagramm_alarmanlage.png[1]

(b) Entwickle und teste in LogicSim mit einem ODER-Gatter eine „Selbsterhalte“-Schaltung, die beim Auslösen eines Sensors (s) den Ausgang A dauerhaft auf 1 setzt, auch wenn s wieder deaktiviert wird. Erweitere dazu die Datei Entwicklung Alarmanlage.

alarmanlage_herleitung.png[2]

Solltest du auch nach einigen Minuten keine Idee haben, klicke auf Tipp.

Bei einer „Selbsterhalte“-Schaltung wird das Ausgangssignal eines Gatters nicht nur als Signal für eine LED verwendet, sondern auch durch eine zusätzliche Kabel-Abzweigung zurückgeführt und als Eingang für ein Gatter verwendet (Hier mit einem Oder-Gatter).

(c) Ergänze deine Schaltung um eine Möglichkeit, die Alarmanlage zurückzusetzen (r für Rücksetzen). Fülle dazu zunächst die Wahrheitstabelle aus (den Zustand r=1 und s=1 betrachten wir später gesondert):

r s Alarm-Sirene A
     
     
     
1 1 ?

Schaltung zum Ergänzen:

alarmanlage_herleitung_mit_R.png[3]

Nutze den Ausgang des ODER-Gatters als Eingang in ein neues UND-Gatter. Der Ausgang des UND-Gatters wird zum 2. Eingang des ODER-Gatters geführt. Jetzt muss nur noch der Schalter Rücksetzen richtig angeschlossen werden...

(d) In der Informatik bezeichnet man die Schaltung der Alarmanlage auch als 1-Bit Speicher, das sog. elementarste Speicherelement. Nimm Stellung zu dieser Aussage.

(e)* Für die Profis: Konzipiere eine Alarmanlage mit Setzen (s) und Rücksetzen (r) nur aus NAND-Gattern.

Ein NICHT-Gatter kann mit einem NAND-Gatter erzeugt werden, indem man beide Eingänge mit dem gleichen Eingangssignal verbindet.
Behalte weiter die sich "kreuzende Leitungsstruktur" bei, ersetze die bisherigen Gatter mit NAND-Gatter, ...

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