%\documentclass{beamer}

\mode<presentation>
{
  \usetheme[compress]{Singapore}
  % possiblities Singapore, Malmoe, Dresden 
  \setbeamercovered{transparent}
}

% removes the navigation symbols 
\setbeamertemplate{navigation symbols}{} 

%color setting more or less matching U of A colors
\setbeamercolor*{palette secondary}{use=structure,fg=white,bg=structure.fg!55!black}
\setbeamercolor*{palette tertiary}{use=structure,fg=white,bg=red!50!black}

\usepackage{german}
\usepackage[latin1]{inputenc}
\usepackage{times}
\usepackage[T1]{fontenc}
\usepackage{graphicx}
\usepackage{amsfonts}
\usepackage{caption}
%
\usepackage{longtable} 
\usepackage{moreverb} 
\usepackage{fancyvrb}
\usepackage{setspace}
%\usepackage[table]{xcolor}
%
%\usepackage{mpmulti}
\usepackage{xmpmulti}
\usepackage{tikz}
\usetikzlibrary{calc, shadings, shadows, shapes.arrows}
\usetikzlibrary{shapes,snakes}

\usetikzlibrary{arrows.meta}
\usetikzlibrary{shapes.misc, positioning}
\usepackage[europeanresistors,americaninductors]{circuitikz}

%%***parbox definieren
\newcommand{\kasten}[1]{
\begin{center}
  \fbox{\parbox{0.8\textwidth}{#1}}
\end{center}
}

\newcommand{\verbbox}[1]{
  \pause
  \begin{Verbatim}[fontsize=\footnotesize,frame=single,framesep=1ex]
{#1}
  \end{Verbatim}
}

%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
%%**********************
\title{Digital-Analog-Wandler}
\subtitle{Mit Widerstandsnetzwerk und Operationsverstärker} 

\author{Frederik Dienert}

\institute{Gewerbliche und Hauswirtschaftlich-Sozialpflegerische
  Schulen \\ Emmendingen} \date{\today}


% Delete this, if you do not want the table of contents to pop up at
% the beginning of each section:
\AtBeginSection[]
{
  \begin{frame}<beamer>
    \frametitle{Inhalt}
    {
    \tableofcontents[currentsection]
        }
  \end{frame}
}

% If you wish to uncover everything in a step-wise fashion, uncomment
% the following command: 
%\beamerdefaultoverlayspecification{<+->}

%bildunterschriften mit "Abb."
 \only<article>{
   \renewcommand{\figurename}{Abb.}
 }

 \only<presentation>{
   \renewcommand{\figurename}{}
 }


\begin{document}
\title{Digital-Analog-Wandler}
\subtitle{Handreichung zur Präsentation} 
\institute{Gewerbliche und Hauswirtschaftlich-Sozialpflegerische
  Schulen \\ Emmendingen} \date{\today}
\author{Frederik Dienert}

\date{\today}
\maketitle
\pagenumbering{roman}
\tableofcontents
\clearpage
\pagenumbering{arabic}
%
%-------------------------------------------------(<frame>)
%
\begin{frame}
  \titlepage
\end{frame}
%
%-------------------------------------------------(</frame>)
%
%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
\section{Verfahren der Digital-Analog-Wandlung}
%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
\subsection<article>{Ein mechanischer Digital-Analog-Wandler}
\begin{frame}[fragile]
  \setbeamercovered{transparent}
  \only<presentation>{\frametitle{Schaltgewichtwaage: ein mechanischer Digital-Analog-Wandler}}
  \setbeamercovered{invisible}
  \begin{figure}[h!]
    \centering
    \includegraphics[scale=0.09]{fotos/waageOffen}
    \caption{Seitenansicht einer Schaltgewichtwaage}
    \label{waage}
  \end{figure}
  % 
  \begin{figure}[h!]
    \centering
    \includegraphics[scale=0.18]{fotos/schaltgewichteFrontal}
    \caption{Schaltgewichte, 80g angehoben}
    \label{schaltgewichte}
  \end{figure}
\end{frame}
%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
\begin{frame}
  \only<presentation>{\frametitle{Funktionsweise der Schaltgewichtwaage}}
  \setbeamercovered{transparent}
  \begin{itemize}
    \pause \item Die Waage besitzt 4 ringförmige Gewichte%
    \pause \item Die Gewichte sind binär gestuft: 80g, 40g, 20g, 10g%
    \pause \item Mit einem Drehknopf werden die Gewichte mit einer
    binär codierten Walze über Hebel angehoben oder abgesenkt.%
    \pause \item Ist '0' eingestellt, liegen alle Gewichte auf der Waagschale.%
    \pause \item Legt man z.B. 50g Wägegut dazu, muss man die Gewichte
    10g und 40g anheben, damit die Waage wieder im Gleichgewicht ist.%
    \pause \item Die Feinauflösung bis 10mg wird über ein optisches
    System mit Drehspiegel erzielt.%
  \end{itemize}
\end{frame}
%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
\begin{frame}
  \setbeamercovered{transparent}
  \only<presentation>{\frametitle{Verfahren der Digital-Analog-Wandlung}}
  %
  \only<article>{
    \clearpage
  }
  \pause
  \begin{figure}[h!]
    \centering
    \begin{minipage}[b]{0.3\linewidth}
      \centering
      \input{./schaltbilder/inputParallelverfahren.tex}
      \captionof{figure}{Parallelverfahren}
    \end{minipage}
  % 
    \pause
    \begin{minipage}[b]{0.3\linewidth}
      \centering
      \input{./schaltbilder/inputWaegeverfahren.tex}
      \captionof{figure}{Wägeverfahren}
    \end{minipage}    
    % 
    \pause
    \begin{minipage}[b]{0.3\linewidth}
      \centering
      \input{./schaltbilder/inputZaehlverfahren.tex}
      \captionof{figure}{Zählverfahren}
    \end{minipage}
  \end{figure}
  %
  %
  \setbeamercovered{invisible}
  \begin{minipage}[t]{.3\linewidth}
%    \pause Parallelverfahren
    \begin{itemize}
    \pause \item n Schalter für n Schritte
    \pause \item Beliebige Funktionen realisierbar
    \end{itemize}
  \end{minipage}
  %
  \begin{minipage}[t]{.3\linewidth}
%    \pause Wägeverfahren
    \begin{itemize}
    \pause \item n Schalter für $2^n$ Schritte
    \pause \item Im Beispiel: 4 Schalter $=>$ 16 Schritte
  \end{itemize}
  \end{minipage}
  %
  \begin{minipage}[t]{.3\linewidth}
%    \pause Zählverfahren
    \begin{footnotesize}
    \begin{itemize}
      \pause \item Nur 1 Schalter, auch bei hoher Auflösung%
      \pause \item langsames Verfahren%
      \pause \item Audio-Klasse-D-Verstärker bis in
      den kW-Bereich
    \end{itemize}
    \end{footnotesize}
  \end{minipage}
  

\end{frame}
\only<article>{
Vgl.: \cite[Kap. 24, S.~740]{tietzeSchenk}
}
%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
\subsection<article>{Praktischer Versuch: DA-Wandlung mit Arduino}
\begin{frame}
\setbeamercovered{transparent}
  \only<presentation>{\frametitle{Praktischer Versuch: Wägeverfahren mit Arduino}}
  %
  \begin{itemize}
    \pause \item Anstelle der Umschalter werden 4 Digitalausgänge
    eines Arduinos verwendet. $=>$ \pause $U_{ref}=5V$%
    \pause \item Widerstände: 11k$\Omega$, 22k$\Omega$, 44k $\Omega$,
    88k $\Omega$, durch Parallel- und Reihenschaltung realisiert.%
    \pause \item Pufferung und Filterung des Analogsignals mit einem
    Operationsverstärker.%
    \pause \item Arduino-Programm zählt fortlaufend von 0 bis 15 und
    gibt den entsprechenden 4-Bit-Digitalwert aus.%
    \pause \item Pro Schleifendurchlauf 10mS Verzögerung eingebaut.
  \end{itemize}
  % 
\end{frame}
%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
\begin{frame}
  \setbeamercovered{transparent}
  \only<presentation>{\frametitle{16-Stufen-Analogsignal mit Arduino}}
  % 
  \setbeamercovered{invisible}
    \begin{figure}[h!]
      \centering
      \begin{minipage}[b]{0.45\linewidth}
        \centering
        \includegraphics[scale=0.1]{fotos/arduino}
        \captionof{figure}{DA-Wandlung mit Arduino}
        \label{arduino}
      \end{minipage}
  %
      \begin{minipage}[b]{0.45\linewidth}
        \centering
        \includegraphics[scale=0.15]{fotos/oszilloGuck}
        \captionof{figure}{Analogsignal mit 16 Schritten}
        \label{analog16schritt}
      \end{minipage}
    \end{figure}
%
  \setbeamercovered{transparent}
\end{frame}
  \only<article>{
    \clearpage
  }
%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
\section{DA-Wandlung mit Summierverstärkern}
%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
\subsubsection<article>{Summierverstärker}
\begin{frame}
%\setbeamercovered{transparent}
  \only<presentation>{\frametitle{Summierverstärker}}
  % 
  \setbeamercovered{invisible}
  \begin{figure}[h!]
    %\centering
    %\includegraphics[trim=-2mm -2mm -2mm -2mm,scale=0.7]{bilder/knotenregel}
    \caption{DA-Wandler mit Summierverstärker}
    \input{./schaltbilder/inputWaegeverfahrenOPWechselschalter.tex}
    \label{summierverstaerker}
  \end{figure}
  \setbeamercovered{transparent}
  \pause
  \begin{center}
    Knotenregel: $i_{ges} = i_3 + i_1$
  \end{center}
\end{frame}
%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
\section{Leiternetzwerke}
%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
\subsection<article>{DA-Wandlung mit Leiternetzwerk}
\begin{frame}[fragile]
  \setbeamercovered{invisible}
  \only<presentation>{\frametitle{DA-Wandlung mit Leiternetzwerk}}
  \setbeamercovered{invisible}
  \pause
  \begin{figure}[h!]
    \centering
    \begin{minipage}[b]{0.45\linewidth}
      \centering
      \input{./schaltbilder/inputLeiternetz.tex}
      \captionof{figure}{DA-Wandler mit Leiternetzwerk}
      \label{maschenregel}
    \end{minipage}
    \begin{minipage}[b]{0.45\linewidth}
      \centering
      \begin{itemize}
        \pause \item Realisierung der vielen unterschiedlichen
        Widerstandswerte bei hohen Auflösungen schwierig.%
        \pause \item Aufbau eines \textbf{Leiternetzwerks}.
        \pause \item Nur noch 2 Werte: R und 2R.%
        \pause \item Genauigkeit hängt nur noch davon ab, ob alle R
        bzw. 2R gleich sind.%
      \end{itemize}
    \end{minipage}
  \end{figure}
\end{frame}
%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
\begin{frame}[fragile]
  \setbeamercovered{invisible}
  \only<presentation>{\frametitle{Versuchsaufbau mit Kippschaltern}}
  % 
  \setbeamercovered{invisible}
  \begin{figure}[h!]
    \centering
    \begin{minipage}[b]{0.45\linewidth}
      \centering
      \includegraphics[scale=0.14]{fotos/leiterKipp}
      \captionof{figure}{DA-Wandler mit Leiternetzwerk und Kippschaltern}
      \label{leiterKipp}
    \end{minipage}    
    \begin{minipage}[b]{.45\linewidth}
      \centering
      \begin{itemize}
        \pause \item Testschaltung mit 220$\Omega$ Widerständen.
        \pause \item Die Sprossenwiderstände sind auf der Unterseite
        \pause \item $U_{ref}$=16V
        \pause \item Eingestellt ist das 4bit-Wort 0101
      \end{itemize}
    \end{minipage}
  \end{figure}
  % 
\end{frame}
%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
\subsection<article>{Berechung eines Leiternetzwerks}
\begin{frame}[fragile]
  % \setbeamercovered{transparent}
  \only<presentation>{\frametitle{Berechung eines Leiternetzwerks}}
  \setbeamercovered{invisible}
  % 
  \begin{figure}[h!]
    \pause  \caption{Herleitung des Leiternetzwerks}
    % \centering
    % \scalebox{0.5}{  achtung: zerschiesst die reihenfolge der \pause
    % direktes skalieren mit:
    % \begin{circuitikz}[scale = 0.5, transform shape]
    % das transformiert aber nicht die pfeilspitzen
    \input{./schaltbilder/inputLeiternetzHerleitung.tex}
    % }
    
    \label{leiternetzHerleitung}
  \end{figure}
  %
\end{frame}
\begin{frame}
  \only<presentation>{\frametitle{Berechung eines Leiternetzwerks}}
  \setbeamercovered{transparent}
  \begin{itemize}
    \pause \item Der Eingangswiderstand des Leiternetzwerks beträgt
    immer $R_0$%, egal wieviele Stufen es hat.
    % 
    \pause \item Zusammen mit den Längswiderständen $R_0$ ergibt sich
    ein Spannungsteiler, der die Spannung der vorhergehenden Stufe
    halbiert.%
    % 
    \pause \item Durch die fortlaufende Halbierung ergeben sich binär
    codierte Referenzspannungen.%
    %
    \pause \item Die Referenzspannungen sind unabhängig vom Wert von
    $R_0$. Wichtig ist nur, dass alle Widerstände exakt $R_0$
    bzw. $2R_0$ haben.
    %
  \end{itemize}
\end{frame}
%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
\subsection<article>{DA-Wandler mit Leiternetzwerk und Summierverstärker}
\begin{frame}[fragile]
  % \setbeamercovered{transparent}
  \only<presentation>{\frametitle{Leiternetzwerk mit Operationsverstärker}}
  \setbeamercovered{invisible}
  % 
  \begin{figure}[h!]
    \pause  \caption{Leiternetzwerk mit Summierverstärker}
    % \centering
    % \scalebox{0.5}{  achtung: zerschiesst die reihenfolge der \pause
    % direktes skalieren mit:
    % \begin{circuitikz}[scale = 0.5, transform shape] 
    \input{./schaltbilder/inputLeiternetzOP.tex}
    % }
    
    \label{leiternetzHerleitung}
  \end{figure}
  %
\end{frame}
%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
 \only<article>{
   % 
   \begin{thebibliography}{9}
     % 
   \bibitem{tietzeSchenk}
     U. Tietze, Ch. Schenk,
     \textit{Halbleiterschaltungstechnik},
     Springer-Verlag Berlin, Heidelberg, New York
     8 Auflage,
     1986.
     % 
   \end{thebibliography}
 }
\end{document}

