Mechatronische Systeme (Fach) / Fragen (Lektion)

Elektronik- Mikroelektronik

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• Auf dem Typenschild eines Kraftsensors steht :0,05mV/V/N. Dies gibt die Hysterese in Abhängigkeit von der Versorgungsspannung an. Nein, der gegebene Wert ist die Empfindlichkeit pro Volt Spannungsversorgung. D.h. bei 10V Versorgungsspannung und 1N Kraft gibt der Sensor 0,4mV aus.
• Die Leitfähigkeit von Halbleitern nimmt mit der Temperatur stark ab. Die Temperatur nimmt stark zu und begrenzt ihren Einsatzbereich.
• Assemblersprachen werden zunehmend durch Programmiersprachen der 3.Generation verdrängt. Ja, da höhere Programmiersprachen (3.Gen., z.B. C,C++ .Pascal,) strukturiertes Programmieren erlauben und Programme besser auf andere Hardware (μC-Typen) portierbar (übertragbar) sind.
• Ein FPGA ist ein Field Programmable Gate Array und dient zur Feldprogrammierung von Steuergeräten. Die Bezeichnung ist Korrekt,es handelt sich jedoch um integrierte Hardware-Schaltkreise, die per Software konfiguriert werden können und zur schnellen,parallelen Verarbeitung von Signalen dienen.
• Ein Lenkradwinkelsensor enthält insgesamt 4 Wheatston`sche Brücken. Ein Lenkradwinkelsensor misst den Drehwinkel redundant(zweifach).Für jede Drehwinkelmessung werden je 2 AMR-Sensoren (als Wheatshone`sche Brücke geschaltet) in einem AMR-Chip integriert,um den Temperatureinfluss zu eleminieren.
• Ein Dauermagnet besteht aus weichmagnetischem Werkstoff. Ein Dauermagnet besteht aus hartmagnetischem Werkstoff,um die Entmagnetisierung gering zu halten.
• Der Nennwert eines Ohmschen Wiederstands ist 2,2kΩ.Der Krumme Wertergibt sich zufällig aus der Frtigungstoleranz. Nein ,die Wiederstände sind in Normreihen gestuft.Ein Wert einer Normreihe ist 2,2
• Ein Fahrzeug-Steuergerät enthält als Speicher typischerweise einen RAM,einen EEPROM und einen Flash-EEPROM. RAM         = Random Access Memory (Arbeitsspeicher) EEPROM = Electrically Erasable Programmable Read OnlyMemory (Fehlerspeicher ) Flash-EEPROM= (Programmspeicher)
• Trafoblech besteht aus hartmagnetischem Werkstoff,um die UMmagnetisierungsverluste gering zu halten. Falsch: Es muß heißen Trafoblech besteht aus weichmagnetischem Werkstoff, um die Ummagetisierung gering zu halten.
• Mikrocontroller und Mikroprozessor sind Identische Bezeichnungen für die gleiche Komponente. Falsch : Ein Mikrokontroller enthält eine CPU,Speicher sowie I/O-Bausteine auf einem Halbleiterchip, Mikroprozessor ist eine alternative Bezeichnung für eine CPU = Central Processing Unit).    
• Das Programm einer Sondermaschine wird in 10ms sicher durchlaufen. Aufrund dieser Zykluszeit kann mann von Echtzeitfähigkeit des Programms sprechen. Falsch: Die Angabe 10ms ist nicht ausreichend, um Echtzeitfähigkeit zu erreichen. Notwendig ist der vergleich mit der Zeitanforderung des zu regelnden/steuernden Prozesses der Sondermaschine.
• Ein Gleichstrommagnet zieht den Anker immer in die Spule hinein,auch bei Umgekehrter Polung der Anschlüsse. Richtig: Die Krft steigt mit dem Quadrat des Stromes und ist deshalb nicht von der Stromrichtung abhängig
• Ein Vorschubantrieb einer Werzeugmaschine arbeitet normalerweise im "2-Quadranten-Betrieb". Falsch: Ein Vorschubantrieb muß im allgemeinen in beide Richtungen antreiben und verzögern, d.h. ein "2-Quadranten-Betrieb".reicht nicht aus ,sondern es ist ein 4 - Quadrantenbetreib notwendig
• Ein ASIC ist ein nicht flüchtiger Speicher. Falsch:Ein ASIC ist ein kundenspezifisch (Anwendungsspezifisch) entwickelter integrierter Schaltkreis (IC= integrated circuit)
• Parameter und Fehlerdaten werden im Kraftfahrzeug typischerweise in einem EEPROM abgelegt. Richtig: EEPROM = Elecrically Erasable Programmable Read only Memory
• Ein Watchdog in einem Mikrocontrollersorgt für eine unterbrechungsfreie Stromversorgung. Falsch: Ein Watchdog überwacht die Funktion des Mikrocontrollers ,benötigt jedoch selbst auch die Versorgungsspannung.
• Folgende Aufzählung der grundlegenden Komponenten eines mechatronischen Systems ist vollständig: mechanisches Grundsystem Aktoren Mikrorechner Mensch-Maschine-Schnittstelle. Falsch: Es fehlen auf jeden Fall die Sensoren ,die Energieversorgung sowie die Informationsverarbeitung (Software)
• Die Verpolung der Anschlussleitungen hat keine Auswirkung auf das Verhalten eines Gleichstrommagneten. Richtig: Die Magnetkraft auf den Anker ist proportional zum Quadrat des Stroms und somit unabhängig von der Stromrichtung.
• Mit einer Löschdiode wird gezielt ein bestimmter Speicherbereich gelöscht. Falsch: Löschdiode hat nichts mit "Speicher löschen" zu tun. Damit wird die Spannungsspitze gelöscht (abgebaut und in Wärme umgewandelt), die beim Ausschalten eines induktiven Verbrauchers entsteht.
• Das Physical Layer ist ein Teil des OSI-Referenzmodells. Richtig: Es beschreibt die untersten phisikalische Schicht ,in der z.B. Spannungspegel,Kabelmerkmale etc. auf bit-Ebene im Rahmen eines Kommunikationsprotokolls festgelegt werden.
• "Leiterplattenentflechtung" nennt mann das Entwirren flexibler Leiterplatten. Falsch: Leiterplattenentflechtung nennt mann den Vorgang, aus einem elektrischen Schaltplan(einer Netzliste) das geometrisch festgelegte Layout der Leiterplatte zu erstellen.
• Der Akkumulator in einem Mikrcontroller sorgt für eine unterbrechungsfreie Stromversorgung. Falsch: Der Akkumulator als teil der CPU ist der zentrale Zwischenspeicher für Daten und Befehle in einem Mikrocontroller.
• Folgende Aufzählung der grundlegenden Komponenten eines mechatronischen Systems ist vollständig: mechanisches Grundsystem Sensoren Mikrorechner Mensch-Maschine-Schnittstelle. Falsch: Es fehlen die Aktoren und die Energieversorgung.
• Die auf den Anker wirkende Magnetkraft ist beim Gleichstrommagnet proportional zum Luftspalt. Falsch: Die Magnetkraft auf den Anker ist umgekehrt proportional zum Luftspalt,d.h.kleine Magnetkraft bei großem Leftspalt.
• Der DRAM heißt deshalb Dynamischer RAM ,da die Zugriffszeiten gegenüber dem Statischen RAM besonders schnell sind. Falsch: Die Zugriffszeiten des DRAM sind länger als die von SRAM. Die Bezeichnung "dynamisch" kommt daher, dass die Speicherzellen-Kondensatoren sich entladen und zyklisch in kurzen Abständen wieder neu beschrieben werden müssen (refresh)
• Ein ASIC ist ein spezieller integrierter Schaltkreis. Ein ASIC ist ein kundenspezifisch (Anwenderspezifisch) entwickelter integrierter Schaltkreis  IC=integrted cicuit).
• Die unmittelbare und die direkte Adressierung sind 2 unterschiedliche Arten, um über Befehle auf Daten zuzugreifen. Richtig: Bei der unmittelbaren Adressierung steht das Datum direkt im Befehl, bei der direkten Adressierung steht das Datum in der adressierten Speicherzelle
• Nennen Sie 3 Stichworte, warum die Mikroelektronik als Schlüsseltechnologie eine treibende Kraft der technischen Entwicklung ist ! 1) Miniaturisierung2) Kostenreduktion3) Leistungs/Funktionsverbesserung
• Beschreiben Sie in 2 Sätzen, wie sich die mechatronische Vorgehensweise bei der Produktentwicklung von der konventionellen Methodik unterscheidet !   Bei der konventionellen Methodik werden Mechanik und Elektronik getrenntentwickelt und am Schluß additiv zusammengefügt.   Die mechatronische Vorgehensweise bezieht Mechanik und Elektronik von Anfangan im Sinne von Simultaneous Engineering mit ein, um ein integriertes Produkt zu erhalten.
• Welche 4 Möglichkeiten gibt es, eine Binärzahl, z.B. 10111001 zu interpretieren ? 1) binäre Daten, jedes einzelne Bit hat eine Bedeutung, z.B. Schalter             ein/aus 2) numerische Daten, z.B. als Hex-Zahl 3) codierte Daten, z.B. ASCII-Zeichen 4) Befehlscode für Mikrocontroller
• Aus welchen 4 Funktionseinheiten besteht eine CPU ? 1.Steuerwerk 2.Register 3.Rechenwerk (ALU) 4.Adresswerk
• Was ist das Steuerwerk? Das Steuerwerk erzeugt aus dem Befehlscode (Programm) alle internen und externen Steuersignale, die zur Ausführung des Befehls notwendig sind.
• Was ist ein Rechenwerk? Das Rechenwerk (ALU = Arithmetic & Logic Unit) führt die arithmetischen und logischen Operationen aus.
• Was ist ein Adresswerk? Das Adresswerk berechnet aus einer im Befehl codierten Adressierungsart die Adressen von Befehlen und Operanden.
• Was ist ein Register? Register sind spezielle Speicherzellen innerhalb der CPU (Central Processing Unit), die für arithmetische und logische Operationen sowie die Ablaufsteuerung benötigt werden.
• SRAM? Statisches Random Access Memory, flüchtig
• FEPROM? Flash Erasable Programmable Read Only Memory, nicht flüchtig
• EEPROM? Electrically Erasable Programmable Read Only Memory, nicht flüchtig
• NVRAM? Non-volatile Random Access Memory, nicht flüchtig
• Was heißt flüchtig? Flüchtig heißt, dass die gespeicherte Information bei ausgeschalteterBetriebsspannung verlorengeht.
• Aus welchen Hardware- u. Softwarekomponenten besteht ein Entwicklungssystem ? Hardware: Hostrechner (PC), Schnittstellenkabel und Entwicklungsboard mit Ziel-Mikrocontroller Software: alle zur Entwicklung notwendigen Tools, z.B. Editor, Monitor, Debugger, Assembler, Linker
• Nennen Sie mindestens 2 Eigenschaften des CAN-Bus ! 1) max. Länge 40m (bei 1 Mbit/s)2) hohe Fehlererkennungswahrscheinlichkeit
• Welche 3 prinzipiellen Möglichkeiten kennen Sie, um eine elektronische Schaltungals Hardware zu realisieren ? 1) in Leiterplattentechnik2) als Hybrid3) als monolithisch integrierte Schaltung
• Wie nennt man eine Transistorbauart, die sich durch leistungslose Steuerung von Strömen, hohen Eingangswiderstand und beste Integrationsfähigkeit in Integrierte Schaltungen auszeichnet ? Abkürzung und volle Bezeichnung ! MOSFET = Metal Oxide Silicium Feldeffekttransistoren
• Erläutern Sie kurz 2 Fertigungsschritte (Ihrer Wahl) bei der Herstellung integrierter Schaltungen (Chips) ! 1) Zersägen des Rein-Silizium-Rohlings mit Diamantwerkzeugen in dünne Scheiben(Wafer)2) Aufbringen der feinen Strukturen mit Hilfe von optischer Belichtung und Masken(Lithographie)
• Was ist unter SMT zu verstehen (englische Bezeichnung und deutsche Erklärung) ? Nennen Sie 2 Vorteile gegenüber konventionellen Bauelementen ! Vorteile: - geringerer Platzbedarf- höherer Automatisierungsgrad- Anschlußdrähte entfallen- Leiterplattenbohrungen für Anschlussdrähte entfallen
• Welche 2 prinzipiellen Übertragungsmedien gibt es für leitergebundene Bussysteme ? Jeweils ein Beispiel (Bezeichnung) für eine konkrete Ausführung ! 1) Elektrisch, z.B. Twisted Pair oder Koaxial2) Optisch, z.B. Glasfaser
• Erklären Sie kurz, wie der Zugriff auf den CAN-Bus geregelt ist, wenn 2 Busteilnehmer gleichzeitig eine Botschaft senden wollen ! Am Anfang jeder CAN-Botschaft steht der sogenannte „Identifier“, eine 11-stellige Binärzahl aus Nullen und Einsen. Von links nach rechts (MSB zuerst) „gewinnt“ dabei die dominante „0“ gegenüber der rezessiven „1“. D.h. die Botschaft mit dem niedrigsten Identifierwert sendet zuerst.
• Welchen hexadezimaIen Identifier haben die Botschaften mit der höchsten und mit der niedrigsten Priorität ? höchste Prio: 0hex, niedrigste Prio: 1FFhex
• 2 Busteilnehmer senden mit dem Identifier 1C1hex und 1B1hex. Welche Botschaft wird zuerst gesendet ? 1B1hex wird zuerst gesendet, da niedrigerer Wert.

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