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Frage:

Eine Gruppe neuer Studis nimmt an einer Campus-Schnitzeljagd teil. Dabei müssen zwei Aufgaben A und B an je einer Spiel-Station erfüllt werden, um zu gewinnen. Jedes Mal, wenn eine Aufgabe erfüllt ist, ndet die Gruppe zwei Schalter und muss diese beide aktivieren. Die Reihenfolge, in der die zwei Schalter aktiviert werden, ist egal, es müssen jedoch (kurzzeitig) beide gleichzeitig aktiviert sein.

Eine weitere Voraussetzung zum Gewinnen ist, die zwei Aufgaben in der richtigen Reihenfolge (erst A, dann B) zu bearbeiten. Es ist also wichtig, dass die Studis die zwei Schalter-Paare in genau dieser Reihenfolge aktivieren. Wenn sie die zwei Stationen in der richtigen Reihenfolge abgearbeitet haben und dort jeweils die Schalter betätigt wurden, soll ein Gong so lange ertönen, bis die Schnitzeljagd resettet wird.

Korrekte Reihenfolgen sind zum Beispiel: (A, B) oder (A, A, B) oder (B, A, B, B).

Es soll außerdem jederzeit möglich sein, die Schnitzeljagd zu resetten, sodass eine neue Gruppe spielen kann.

Entwerfen Sie eine Schaltung, welche die Anforderungen der Schnitzeljagd erfüllt.

Sie können die Schalter und den Gong dabei als einfache Ein- bzw. Ausgangsleitungen realisieren. Weiterhin dürfen Sie davon ausgehen, dass die Schalter nicht gedrückt werden, während das Spiel zurückgesetzt wird.


Ansatz:

Ich habe verstanden, dass ich hier mit dem SR-Flip-Flop arbeiten soll. Aber wie erstelle ich dafür die Schaltung mit den verschiedenen Ausgängen?

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Hi, hast du für diese Aufgabe eine Lösung wenn ja, könntest du mir dabei behilflich sein, weil muss es morgen abgeben und komme nicht voran.

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Antwort mit KI erzeugt

Entwurf einer Schaltung für die Schnitzeljagd

Um die Anforderungen der Schnitzeljagd zu erfüllen, werden wir eine Schaltung entwerfen, die folgende Aspekte berücksichtigt:

1. Erkennung der korrekten Reihenfolge der Aufgaben (A dann B) und gleichzeitige Aktivierung der zwei Schalter pro Aufgabe.
2. Möglichkeit zum Zurücksetzen der Schaltung für eine neue Runde.
3. Aktivierung eines Ausgangs (Gong), wenn die Bedingungen erfüllt sind.

Zur Umsetzung dieser Anforderungen werden wir uns die Verwendung von SR-Flip-Flops (Set-Reset-Flip-Flops) zunutze machen. Diese ermöglichen es uns, einen bestimmten Zustand zu speichern, bis dieser explizit geändert wird.

Schaltungsentwurf:

Für die Schaltung werden wir folgende Bausteine benötigen:
- Zwei SR-Flip-Flops: Eins für Aufgabe A und eins für Aufgabe B.
- Logische Gatter (AND, OR, NOT), um die korrekte Reihenfolge und gleichzeitige Aktivierung der Schalter zu erkennen.
- Ein zusätzliches SR-Flip-Flop oder eine andere Logik, um den Gong zu steuern.
- Eine Reset-Logik, um die Schaltung zurückzusetzen.

Logik für Aufgabe A und B:

Wir beginnen mit der Logik für die Erkennung der korrekten Aktivierung der Schalter für Aufgabe A:
- Wir verwenden ein AND-Gatter, um zu erkennen, wenn beide Schalter für Aufgabe A gleichzeitig aktiviert sind. Das Ausgangssignal dieses AND-Gatters dient als Set-Eingang (S) für das SR-Flip-Flop von Aufgabe A.
- Das SR-Flip-Flop von Aufgabe A speichert den Zustand, dass Aufgabe A erfolgreich abgeschlossen wurde.

Für Aufgabe B benötigen wir eine zusätzliche Logik, die sicherstellt, dass Aufgabe B nur nach Aufgabe A als erfüllt gilt:
- Wir nutzen ein weiteres AND-Gatter, um zu erkennen, wenn beide Schalter für Aufgabe B gleichzeitig aktiviert sind. Einer der Eingänge für dieses AND-Gatter wird ebenfalls durch das Ausgangssignal (Q) des SR-Flip-Flops von Aufgabe A gesteuert, was sicherstellt, dass Aufgabe A bereits abgeschlossen wurde.
- Das Ausgangssignal dieses AND-Gatters dient als Set-Eingang (S) für das SR-Flip-Flop von Aufgabe B.

Steuerung des Gongs:
- Der Gong wird aktiviert, wenn das SR-Flip-Flop von Aufgabe B aktiv ist (d.h., Aufgabe B erfolgreich abgeschlossen wurde). Hierfür kann sein Ausgangssignal (Q) direkt verwendet oder, falls notwendig, durch zusätzliche Logik erweitert werden.

Reset-Logik:
- Ein zusätzlicher Eingang kann als Reset-Signal genutzt werden, welches an den Reset-Eingang (R) beider SR-Flip-Flops angeschlossen wird, um die Schaltung für eine neue Runde zurückzusetzen.

Eine mögliche Implementierung in Pseudocode zur Verdeutlichung (angenommen, die Schalter und der Gong sind an entsprechenden Pins eines Mikrocontrollers angeschlossen):

python
# Initialisierung der Variablen
schalterA1 = False
schalterA2 = False
schalterB1 = False
schalterB2 = False
aufgabeA_erfuellt = False
aufgabeB_erfuellt = False
reset = False

# Hauptschleife
while True:
    # Lese den Zustand der Schalter
    
    # Prüfe Schalter für Aufgabe A
    if schalterA1 and schalterA2 and not aufgabeA_erfuellt:
        aufgabeA_erfuellt = True
    
    # Prüfe Schalter für Aufgabe B
    if schalterB1 and schalterB2 and aufgabeA_erfuellt:
        aufgabeB_erfuellt = True
    
    # Aktiviere Gong, wenn Aufgabe B erfüllt ist
    if aufgabeB_erfuellt:
        # Gong ertönt
    
    # Zurücksetzen, wenn Reset-Signal aktiv ist
    if reset:
        aufgabeA_erfuellt = False
        aufgabeB_erfuellt = False
        # Stoppe Gong


Bitte beachten Sie, dass die tatsächliche Implementierung der Schaltung auf einem realen Baustein oder mit einem Mikrocontroller durchgeführt werden muss, wobei die genauen Pin-Belegungen und technischen Spezifikationen zu berücksichtigen sind.
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