Schaltungen digital simulieren
Mit einem digitalen Werkzeug baut man eine Schaltung am Bildschirm auf und probiert alle Eingänge durch.
Das lernst du heute
- Ich kann beschreiben, wie man eine Schaltung simuliert.
- Ich kann alle Eingangskombinationen testen und die Ausgabe notieren.
- Ich kann Abweichungen vom erwarteten Ergebnis finden.
Das brauchst du schon: Vielleicht hilft dir zuerst diese Lektion: Sensoren, Verarbeitung, Aktoren
Eine Simulation ist ein Modell. Auf dem Bildschirm baut man die Schaltung aus Gattern, Schaltern und einer Lampe auf. Man verändert die Schalter und beobachtet die Lampe. Das ist ungefährlich und schnell. Echte Bauteile könnten durch Fehler kaputtgehen. Mit Netzspannung (230 Volt) darf man nie experimentieren. Versuche mit echten Bauteilen nur mit ungefährlicher Kleinspannung und unter Aufsicht.
So gehst du vor: Erst legst du Eingänge und Ausgang an. Dann fügst du die Gatter ein und verbindest sie. Danach schaltest du alle Kombinationen der Reihe nach durch. Bei drei Eingängen sind das 8, bei zwei sind es 4. Du trägst die Ausgabe in ein Protokoll ein. Zum Schluss vergleichst du das Protokoll mit der erwarteten Wahrheitstabelle. Jede Abweichung zeigt einen Fehler.
| D | B | erwartet (UND) | gemessen | gleich? |
|---|---|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 | 0 | ja |
| 0 | 1 | 0 | 1 | nein |
| 1 | 0 | 0 | 1 | nein |
| 1 | 1 | 1 | 1 | ja |
Das Protokoll auswerten
- Erwartet ist D UND B. Die Spalte „gemessen“ zeigt, was die Schaltung wirklich ausgibt.
- In den Zeilen 01 und 10 stimmen „erwartet“ und „gemessen“ nicht überein.
- Dort gibt die Schaltung eine 1 aus, erwartet war eine 0.
- Fehler: Es wurde ein ODER-Gatter statt eines UND-Gatters eingebaut.
Ich verstehe das noch nicht
Such dir aus, was dir hilft.
Noch einfacher erklärt
Schaltung aufbauen.
Alle Fälle testen.
Mit der Tabelle vergleichen.
Ein Beispiel
Ein Flugsimulator übt das Fliegen ohne Risiko. Eine Schaltungssimulation prüft eine Schaltung ohne Risiko.
Schritt für Schritt
Wir finden die Abweichung im Protokoll.
- Zeile 00: gleich.
- Zeile 01: erwartet 0, gemessen 1. Abweichung.
- Zeile 10: erwartet 0, gemessen 1. Abweichung.
- Zeile 11: gleich.
Mit einem Bild erklärt
| Schritt | Aufgabe |
|---|---|
| 1 | Eingänge und Ausgang anlegen |
| 2 | Gatter einfügen und verbinden |
| 3 | Alle Kombinationen testen |
| 4 | Protokoll mit der Tabelle vergleichen |
Zur Grundlage zurück
- Sensoren, Verarbeitung, Aktoren – Du kennst das Treppenlicht und die Alarmanlage.
Jetzt zusammen
Wir lösen die Aufgabe gemeinsam. Nutze die Hilfen, wenn du sie brauchst.
Wie viele Kombinationen muss man bei zwei Eingängen testen?
Zeig mir den ersten Schritt
Rechne 2 hoch 2.
Lösung ansehen
Lösung: 4
2 hoch 2 ist 4.
Jetzt du
Jetzt probierst du es allein.
In wie vielen Zeilen weicht das Protokoll im Beispiel ab?
Zeig mir den ersten Schritt
Suche die Zeilen mit „nein“.
Lösung ansehen
Lösung: 2
Es sind die Zeilen 01 und 10, also 2.
Tipp: Teste immer alle Kombinationen. Ein Test mit nur einer Kombination kann den Fehler übersehen.
Merksatz: Simulieren: aufbauen, alle Kombinationen testen, protokollieren, mit der Tabelle vergleichen.
Typischer Fehler: Viele testen nur ein oder zwei Fälle. Fehler zeigen sich oft in einer einzelnen Zeile.
Mini-Quiz
4 kurze Fragen, ohne Noten. Bei jeder Frage kannst du dir die Lösung ansehen.
Lösung ansehen
Lösung: Man kann Schaltungen ohne Risiko ausprobieren.
Frage 2 Wie viele Kombinationen muss man bei drei Eingängen testen?
Zeig mir den ersten Schritt
Rechne 2 hoch 3.
Lösung ansehen
Lösung: 8
2 hoch 3 ist 8.
Lösung ansehen
Lösung: Stimmt nicht
Lösung ansehen
Lösung: Gar nicht, das ist lebensgefährlich.
Geschafft
Eine Simulation ist ein Modell der Schaltung am Bildschirm. Man testet alle Eingänge und vergleicht das Protokoll mit der erwarteten Tabelle.
Kannst du das schon?
Hake ab, was du schon kannst. Was noch fehlt, schaust du dir einfach noch einmal an.
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