Studio dei mezzi trasmissivi

Circuito elettrico:

J2

alim (1 massa) VCC

1 2 R1

10k

U1 14 4

QZ VDD MCLR J3

4MHz 17 1

RA0 18 2

RA1 1

RA2 J1

2 Segnale (2 ck)

RA3

C1 33pF 3 1

RA4/TOCKI

15

1 2 OSC1/CLKIN 2

C2 6

RB0/INT 3

16 7

33pF RB1

OSC2/CLKOUT 4

8

RB2 5

9

RB3 6

10

RB4 7

11

RB5 8

12

RB6 9

Vss 13

RB7 10

11

12

PIC16F84 5 13

14

D2 D1 CON14

Verde Rosso

R3 R2

220 220

La comunicazione con il blocco “controllo tastiera” è effettuato con un connettore a 14 PIN, anche

se, come è visibile, ne vengono utilizzate solamente 6. La motivazione è puramente commerciale, in

quanto sono riuscito a trovare connettori soddisfacenti solamente a 14 PIN, la stessa cosa accadrà

poi in altre situazioni. Il quarzo utilizzato è a 4MHz, ottimale nel calcolo delle temporizzazioni, in

-9 s)

quanto ogni istruzione viene eseguita ogni quattro impulsi di clock, cioè esattamente 1μs.(10 13

Selettore uscite:

Il compito di questo circuito è molto semplice, nonostante questa semplicità il circuito si è rivelato

complesso e di grandi dimensioni. Anche perché ho cercato di utilizzare metodi didattici e

e lettronicamente corretti (ad esempio il circuito rigenera pure il segnale TTL).

Il segnale in entrata deve essere smistato alle tre tecniche di invio dati. Sia il segnale, che il clock

deve quindi passare tramite un demultiplexer, nel mio caso ho scelto un integrato TTL (74LS139).

Per selezionare la commutazione voluta utilizzo l’ormai già conosciuto 4017 (contatore Johnso

n)

con un NE555 in modalità monostabile che attenua i rimbalzi creati d alla pressione del pulsante.

Ci saranno inoltre tre LED che evidenziano la deviazione effettuata. J5

1

U4B 2

12

Y0 11

Y1 10 Fibra (1ck)

Y2

15 9

Y3

G A B J6

74LS139

14 13 1

2 AM (1ck)

J4 U4A 74LS139

clock 4

2 Y0

1 5 J7

1 G Y1 6

Y2 1

7

Y3 2

A B

Segn/ck DAC (1ck)

2 3 D10

LED ROSSO 3 D9

LED ROSSO 2

LED ROSSO 1 D8

R5

220 U3

14 3

Q0

CLK 2

Q1

13 4 D7 1N4148

CKE Q2

15 7 D1 1N4148

RST Q3

R3 10 D5 1N4148

Q4

3,9K 1 D2 1N4148

Q5 5 D3 1N4148

Q6

VCC 6 D4 1N4148

Q7

J1 9 D6 1N4148

Q8

16 11

VDD Q9

2

1 12

COUT

ALIM (2---5V) CD4017B

R1 R2

3,9K 470K

4

SW1 R

1 2 2 3 R4

TR Q 3,9K

Grigio 7

DIS

5 6

CV THR

U1

NE555

C1

10nF C2

470nF

I diodi in uscita al 4017, servono ad impedire che il circuito si trovi in uno stato non desiderato

(oltre al terzo).

In questo modo, nel caso sia attiva la prima uscita, verrà acceso il primo LED, alla pressione del

tasto sul monostabile, si attiverà la seconda uscita, portando a 01 l’ingresso del demultiplexer e

quindi attivando la seconda fonte. In seguito ad un ulteriore impulso l’uscita sarà 10 (abilitata la

terza fonte) e in caso di un successivo impul

so, il diodo farà passare un impulso alto al reset che

riporterà a 00 la selezione del demultiplexer. 14

Ho deciso di utilizzare un contatore Johnson piuttosto che un normale contatore molto più standard,

unicamente per avere la semplice possibilità di inviare un reset superato il terzo impulso (non

esistono contatori modulo 3 ed avrei ulteriormente complicato il circuito ponendo una porta AND

che limitasse il conteggio) e perché diventava molto più semplice la visualizzazione tramite spie-

LED dell’uscita selezionata.

In basso è possibile vedere il 555 e il pulsante utile per l’antirimbalzo, l’integrato posto in mezzo è

il demultiplexer, mentre quello posto più in alto è l’ormai famoso 4017.

Nel circuito, come in altri, è risultato necessario l’utilizzo di ponti (con i fili blu), questa soluzione

i

viene presa in casi di reale necessità, cioè quando non esistono alternative, se non la realizzazione d

una complessa scheda doppia faccia.

Selettore ingresso:

Il principio di funzionamento del selettore ingresso è praticamente identico al precedente circuito,

l’unica differenza risiede nell’utilizzo di un multiplexer piuttosto che un d

emultiplexer.

Per approfondire l’argomento, farò a ccenni al monostrabile con NE555:

il circuito di base è il seguente: La formula che regola il tempo di salita è 1,1R*C.

Ciò significa che alla pressione d ell’interruttore il segnale

d’uscita (pin 3) rimarrà alto per un tempo circa uguale al

prodotto della resistenza e capacità

.

Nel mio caso ho preso come tempo 0,25s, più che sufficienti

per limitare un possibile rimbalzo.

Fissando la capacità a 470nF, ho trovato soddisfacente

l’utilizzo di una resistenza di 470K

0

, 25

= = Ω

483

R K

−

⋅ ⋅ 9

1

,

1 470 10

(viene sempre fissata prima la capacità in quanto i valori

commerciali sono sempre inferiori rispetto alle resistenze)

15

J3 U4

2 6 7

1Y

1 1C0

5 J2

1C1

4 1C2 1

FIBRA 3 1C3 2

J4 OUT

10 9

2Y

2C0

11 2C1

2 12 2C2

1 13 2C3

AM 14 A

2 B

1 1G

J5 15 2G

2 SN74LS153

1

CAVO D10

LED ROSSO 3 D9

LED ROSSO 2

LED ROSSO 1 D8

R5

220 U3

14 3

CLK Q0 2

Q1

13 4 D7 1N4148

Q2

CKE

15 7 D1 1N4148

RST Q3

R3 10 D5 1N4148

Q4

3,9K 1 D2 1N4148

Q5 5 D3 1N4148

Q6

VCC 6 D4 1N4148

Q7

J1 9 D6 1N4148

Q8

16 11

VDD Q9

2

1 12

COUT

ALIM (2---5V) CD4017B

R1 R2

3,9K 470K

4

SW1 R

1 2 2 3 R4

TR Q 3,9K

Grigio 7

DIS

5 6

CV THR

U1

NE555

C1

10nF C2

470nF

Approfondirò pure il funzionamento del multiprexer, base di molti circuiti:

Dall’immagine è facile intuire il funzionamento, cioè grazie alla

selezione (solitamente in forma digitale) è possibile permettere di

far passare l’ingresso A o B. Normalmente i MUX (abbreviazione

N

di multiplexer) hanno più PIN di selezione(n), così da avere 2

ingressi possibili.

Esistono pure MUX analogici (ne utilizzerò uno nel codificatore per

il segnale AM). Quest’ultimi hanno la caratteristica di avere in

uscita esattamente la tensione in ingresso, anche non TTL, quindi

variabili e addirittura negative.

Il demultiplexer, non è che l’inverso, cioè possiede un solo ingresso e più uscite abilitate dai pin di

selezione. (esistono integrati capaci di fare entrambe le cose). 16

Ecco la foto del circuito e il relativo lato rame

Invio Fibra Ottica

Da qui inizia i veri e propri circuiti che inviano e ricevono il segnale assegnato.

Il primo, e il più semplice è l’invio tramite fibra ottica.

La fibra ottica è un materiale plastico o in vetrite, con la capacità di riprodurre trasmettere

un’informazione luminosa da un capo all’altro della stessa, hanno quindi una altissima capacità di

trasmissione (naturalmente non

sfruttata appieno dal mio sistema).

La loro principale caratteristica è

quella di riflettere il segnale

luminoso attraverso un canale detto

“core”, e senza scendere troppo nei

dettagli, hanno come difetto la

rifrazione. Proprio per questo come

fonte luminosa viene normalmente utilizzati diodi laser o LED ad alta efficienza, in quanto

posseggono solamente una piccola gamma del segnale luminoso, e quindi in ricezione non potrà che

arrivare solo quello, senza rifrazione.

Nonostante che, nel caso di piccole

distanze e basse frequenze, questo tipo

di problemi, e altri tipici delle fibre

ottiche, scompaiano quasi

completamente, ho deciso di utilizzare

LED ad alta efficienza, ottimali nei

consumi e nella potenza luminosa

capaci di erogare (quasi direzionale).

Difatti come si riesce a vedere dalla

foto, la luce quasi abbaglia in uscita

dalla fibra, questo rende molto

ottimale la rilevazione dal sistema di

ricezione. 17

Lo schema elettrico è il seguente:

J6

duale (3 +15)

1 2 3 U1A

8

3 + 1

2 - D1 D2

TL062

4 LED R p

J1 LED V

2

1 R1 R2

Segnale (1ck) 220 220

U1B

8

5 + 7

6 - D3 D4

TL062

4 LED R LED R p

R3 R4

220 220

Naturalmente il circuito necessita di alimentazione duale in interesso, in quanto sono presenti

amplificatori operazionali. Ho deciso di utilizzare l’integrato TL062, in quanto possiede una buona

risposta in frequenza ed eroga nettamente più corrente del TL082 (solo 10mA, contro i 60mA della

serie TL06X, e tenendo conto che ogni LED consuma

circa 15mA, si avrebbe avuto un riscaldamento

eccessivo del componente).

Tale integrato, possiede al suo interno esattamente due

operazionali, e si è reso necessario in quanto a monte,

il demultiplexer, non sarebbe riuscito ad alimentare

tutti e 4 i LED. La sua configurazione difatti di

semplice inseguitore: da in uscita esattamente la stessa

tensione in ingresso, però senza caricare e quindi

modificare ciò che lo precede.

Per riuscire a collegare i due LED ad alta efficienza ho

costruito una base in plastica modellabile al calore

(vedi foto).

Gli altri LED sono semplicemente di controllo (verde

per il segnale e rosso per il clock). 18

Ecco il lato rame e la foto dall’alto.

Ricezione Fibra Ottica

Il blocco relativo alla ricezione è relativamente più complesso, difatti tale sistema dovrà controllare

la presenza o meno di luce nella fibra ottica. Il metodo normalmente utilizzato è un fototransistor.

Tale componente riesce a variare la corrente in uscita al variare della luce.

La sfortuna è che in commercio ne esistono solamente sensibili ai raggi

infrarossi, l’utilizzo di LED infrarossi sarebbe stato meno scenografico,

così, anche per semplificare il circuito utilizzo una semplice fotoresistenza

(resistenza variabile alla luce) che però presenta una grande inerzia,

comunque senza influire nel mio risultato (cioè la resistenza varia valore

abbastanza lentamente al variare della luce).

I valori di resistenza rientrano nella gamma 1MΩ (buio) e 2KΩ (luce).

È quindi necessario creare un partitore in modo da rendere “misurabile” la luce presente sulla fibra.

Tale misura sarà poi confrontata tramite un operazionale in configurazione di comparatore con una

tensione regolabile attraverso un trimmer, per poi essere

stabilizzata con uno zener, in quanto il comparatore darà in

uscita tensioni unicamente duali e ai limiti della sua

alimentazione (cioè ±15V), estremamente pericolose per la

logica TTL.

Lo zener ha la capacità di limitare la gamma di tensione tra

massa (in caso di tensioni negative) e il suo valore nominale

(nel mio caso 4,7V). Cioè se in uscita avrò 15V, lo zener lo

regolerà a 4,7V, mentre nel caso di uscita a -15V, lo zener

diventerà come un diodo portando a 0V l’uscita.

La resistenza dovrà essere calcolate in modo da garantire il

passaggio di al massimo 10-15mA.

−

15 4

, 7

= ≈ Ω

1

R K

Z 0

, 01 19

Di seguito è riportato il schema elettrico: J1

Duale (1 -15)

1 2 3

R1

f otoresistenza U1A

8 R7

3 + 1

R5 2 -

1 100K D1

1k

TL082

2 4 4,7V

R3

27k 3 J2

1

2

R2 OUT

f otoresistenza U1B

8 R8

5 + 7

R6 6 -

1 100K

R4 TL082 D2

1k

27k 2 4 4,7V

3

Il partitore è stato composto da una resistenza da 27KΩ, così da avere in caso di luce circa 7V,

mentre in caso di buio tensioni sull’ordine dei mV (praticamente 0). In questo modo, regolando i

trimmer in modo ottimale (circa sui 3,5V) sarà possibile ricostruire in modo ottimale il segnale e il

clock.

In questo caso ho utilizzato degli operazionali TL082, ottimi in frequenza, ma con massime correnti

in uscita più modeste, ma sufficienti per lo scopo.

I trimmer sono multigiro, più costosi ma con una maggiore precisione di regolazione, e stabilità nel

tempo e negli spostamenti.

Ecco il lato rame e la foto del circuiti (anche in questo caso la base per la fibra ottica è stata

realizzata da me con il materiale plastico malleabile e delle cannucce. 20

Invio dati Parallelo:

Questo blocco prevede la trasmissione del dato in modo parallelo, difatti normalmente la

trasmissione viene incanalata in modo seriale (tramite il collegamento del clock e quello dei dati).

Il progettazione in teoria, potrebbe essere semplice, in quanto basterebbe un registro SIPO (serial-

input, parallel - output) con un contatore, che informi in ricezione l’avvenuta “conversione” seriale-

parallelo.

Il mio sistema prevede di inviare parole di 8 bit (un byte alla volta), quindi il canale di

comunicazione sarà 8+1 (clock). Come è successo precedentemente ho utilizzato una piattina a 14

poli in quanto ho trovato disponibile solo quel tipo di connettore.

Come spesso accade, ciò che in teoria dovrebbe funzionare, a livello pratico potrebbe diventare un

rovina. Ad esempio nel caso arrivino due byte consecutivi, o un dato a 16 bit, nel momento in cui il

sistema di ricezione incomincia con la lettura del primo byte, questo potrebbe venire scombussolato

dall’arrivo troppo rapido del secondo. C’è anche da dire, però, che il sistema di ricezione dovrebbe

riuscire lui stesso, caricando in un registro SIPO, a mantenere la memoria. Ma questo dipende

esclusivamente, dall’integrato utilizzato, e per rendere più universale il mio sistema, il byte in