Appunti e Schemi Riassuntivi di Elettronica - Ingegneria Gestionale

e) 81

Le Porte Logiche………………………………………………….........

I. Tavole di Verità

II. Legge di De Morgan

III. Porta Logica Inverter

IV. Porta Logica N-AND

V. MINTERM e Sommatore

f) 88

Memorie………………………………………………………………….

I. Reti Sequenziali

II. Letch S-R

III. FLIP-FLOP

IV. Configurazione MASTER – SLAVE 94

6. CONVERSIONE ANALOGICO/DIGITALE ………………………........

a) 94

Concetti di Base…………………………………………………………

I. Campionamento e Teorema del Campionamento

II. Quantizzazione

III. Realizzazione Pratica

INTRODUZIONE AL CORSO

L’obiettivo è quello di capire in che modo è bene interfacciarci con le principali tecnologie elettroniche:

vedremo quindi il componente come una scatola nera, che reagirà a seguito di determinati input,

producendo degli output. È bene ricordarsi che la “scatola nera” è alimentata, ovvero è necessario fornire

energia dall’esterno affinché il nostro sistema elettronico sia funzionante.

La scatola nera cui abbiamo fatto riferimento sarà composta da CHIP, ovvero da circuiti integrati: essi hanno

la caratteristica di avere componenti costruite e legate contemporaneamente, per mezzo di particolari

processi chimico-fisici, e sono in grado di processare o elaborare output di dati in input espressi sotto forma

di segnali elettrici. Tali elementi possono poi essere legati tra di loro, sotto forma di “packaging”.

❖ Il materiale più utilizzato: il SILICIO

Il materiale maggiormente utilizzato per la realizzazione di questi oggetti è il Silicio, principalmente per due

motivi:

✓ Coefficiente di Espansione Termica BASSO (dove il coefficiente di espansione termica rappresenta la

dilatazione del materiale per ogni aumento di un grado).

✓ Conducibilità Termica ELEVATA (capacità di trasferire calore).

Tali fattori sono “buoni” anche per l’acciaio, che però non raggiunge i livelli di resa del Silicio. Inoltre i due

materiali si differenziano per Durezza: il Silicio è molto fragile, ovvero non ha alcuna fase di deformazione

plastica: a differenza degli acciai non è duttile e non può essere lavorato. In ogni caso, la qualità ricercata nei

microchip, non è relativa alla possibilità di poter compiere delle deformazioni, di conseguenza il Silicio risulta

il materiale maggiormente impiegato in questo settore.

❖ Dai Chips ai M.E.M.S

I Chips formano le M.E.M.S, ovvero i Micro Electro Mechanical System: sono strumenti molto diffusi, che

analizzeremo attentamente nel corso. La loro diffusione, è dovuta soprattutto allo sviluppo delle stampanti a

getto di inchiostro (cui è seguita l’applicazione di questi strumenti in diverse funzioni), progetto sviluppato

da S.T. MacroElectronics.

Si tratta dunque di strumenti “intelligenti”, caratterizzati da tecnologie microscopiche, ed in grado di

produrre degli output.

Applicazioni future del M.E.M.S possono invece riguardare i così detti LAB on CHIP, ovvero strumenti in

grado di effettuare esami diagnostici direttamente da casa. 2

RICHIAMO SUI SEGNALI e TRASFORMATE

RAPPRESENTAZIONE NEL TEMPO

Comunicare, per definizione, significa modificare nel tempo delle grandezze fisiche; perché la

comunicazione abbia luogo è necessaria la presenza di 2 soggetti distinti: il primo deve essere in grado di

causare il cambiamento della grandezza fisica, e il secondo deve riuscire ad “ascoltarla” e capirla, deve cioè

esistere un linguaggio comune ai due soggetti che permetta di dare un significato alle variazioni delle

grandezze fisiche.

Si dice SEGNALE una qualsiasi grandezza fisica variabile nel tempo che sia per convenzione o per natura

“significativa”, ovvero assume un significato per chi la produce e per chi la osserva; tutto ciò che non è

significativo viene definito come DISTURBO.

L’elettronica si occupa di produrre, elaborare e sviluppare dei segnali elettrici. Per farlo saranno dunque

necessari una serie di strumenti che ci permettano di compiere queste azioni.

➢ Il SENSORE è quello strumento che permette di trasformare la variazione di una grandezza fisica in

un impulso elettrico (in seguito si darà una definizione più precisa).

➢ Il TRASDUTTORE è quello strumento che “da un senso e ottimizza” il segnale elettrico.

➢ La MEMORIA ci permetterà di memorizzare un messaggio.

➢ L’ATTUATORE è invece quello strumento che restituisce un output, sotto forma di variazione di

grandezze fisiche (per esempio nel microfono, corrisponde agli altoparlanti).

GRANDEZZA FISICA SENSORE TRASDUTTORE OPERAZIONI VARIE TRASDUTTORE ATTUATORE

⟹ ⟹ ⟹ ⟹ ⟹

Le definizioni precedenti sono molto generiche, ma danno un’idea di quali strumenti servano per

comunicare attraverso segnali elettrici. Esistono in realtà definizioni più precise: esse fanno riferimento a 2

diverse convenzioni

Convenzione IMEKO (International Measurement Confederation):

▪ SENSORE è un apparato che converte un certo parametro relativo ad una grandezza fisica in segnale

elettrico.

▪ TRASDUTTORE è un apparato che cambia il formato d’uscita di un sensore per facilitarne il calcolo, il

confronto, la memorizzazione, etc...

Convenzione IEC (International Electrotechnical Committee):

▪ SENSORE o TRASDUTTORE e un dispositivo in grado di trasformare una grandezza fisica qualsiasi non

elettrica in un’altra elettrica.

▪ CONVERTITORE è quel dispositivo che ha sia in ingresso che in uscita una grandezza elettrica. 3

Nel corso si utilizzerà la convenzione IMECO, aggiungendo il concetto di TRASFORMATORE DI VARIABILE,

ovvero un sensore che non ha uscita di tipo elettrico.

❖ Classificazione dei Segnali

Il segnale viene studiato, di norma, attraverso una

rappresentazione nel tempo. Esso può poi essere classificato in

base alla sua forma ed al suo comportamento.

Una prima classificazione (idealmente sull’asse delle ascisse) si può

fare tra segnali continui e segnali discreti. I SEGNALI A TEMPO

CONTINUO sono definiti in ogni istante di tempo, i SEGNALI A

TEMPO DISCRETO sono definito solo in alcuni istanti.

Una seconda classificazione (idealmente sull’asse delle ordinate), è invece la seguente: si dice SEGNALE

ANALOGICO, quel segnale che varia con continuità sull’asse delle ordinate, in un certo intervallo [min;

max]; si dice SEGNALE DIGITALE quel segnale che assume valore ben definiti sull’asse Y. 4

In generale è sempre possibile passare da un segnale analogico ad un segnale digitale, il primo infatti

contiene, di solito, informazioni in eccesso (Teorema di Shannon).

ATTENZIONE

⊿ Il segnale Analgico PUO’ essere di tipo a tempo discreto: quello che si deve vedere

per operare la seconda classificazione, è l’asse delle ordinate!