come si programma un nutchip

Indice
Premessa:.............................................................................................................3
TECNOLOGIE UTILIZZATE ........................................................................................4
IL CHIP ................................................................................................................4
COME SI PROGRAMMA UN NUTCHIP .........................................................................5
PROGRAMMI UTILIZZATI..........................................................................................6
TAVOLA DELLA VERITA’.........................................................................................6
All’avvio il programma carica automaticamente l’ultima tavola salvata ........................6
INSTALLAZIONE DEL SOFTWARE ..............................................................................8
INTERFACCIA PER IL PC ......................................................................................... 10
Schema elettrico.................................................................................................. 10
ELENCO COMPONENTI ........................................................................................ 10
FUNZIONAMENTO DELL’INTERFACCIA .................................................................. 11
DADO ELETTRONICO ............................................................................................. 12
SCHEMA ELETTRICO ........................................................................................... 12
FUNZIONAMENTO ............................................................................................... 12
TAVOLA DELLA VERITA’....................................................................................... 13
MONTAGGIO....................................................................................................... 13
ALLARME SENZA FILI ............................................................................................. 14
SCHEMA ELETTRICO ........................................................................................... 14
FUNZIONAMENTO ............................................................................................... 14
TAVOLA DELLA VERITA’....................................................................................... 15
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Premessa:
Come soggetto della nostra tesina, abbiamo lavorato con un nuovo componente, mai sperimentato
in questo Istituto: il Nutchip.
Questo componente è molto facile da utilizzare perché per la sua programmazione si utilizza una
semplice tabella di verità senza aver dovuto conoscere un linguaggio specifico per la sua
programmazione come accade per molti chip.
Lo scopo del nostro lavoro è stato quello di conoscere e far conoscere questo nuovo componente
molto utile per la realizzazione di semplici circuiti normalmente sviluppati nel nostro ambito
didattico; oltre ad essere un componente a basso costo, il nutchip è uno dei pochi che, una volta
programmato, si può riprogrammare sempre attraverso la porta parallela e sempre tramite una tavola
delle verità; questo ci permette di sbizzarrirsi in molti nuovi circuiti (antifurto senza
fili,telecomando,dado elettronico) che prima d’ora non si erano potuti realizzare per gli elevati costi
dei componenti.
Per verificare il funzionamento di questo nutchip, abbiamo sviluppato da prima un semplice dado
elettronico usufruendo di una bread-board, poi visto che non abbiamo riscontrato grossi problemi,
abbiamo creato un allarme senza fili, un circuito più complesso per vedere come si sarebbe
comportato.
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TECNOLOGIE UTILIZZATE
IL CHIP
I NUTCHIP sono integrati universali . Sono facili da usare in mille applicazioni. Infatti basta
riempire la tabella di verità, per determinare le combinazioni di ingressi e uscite da ottenere. Quindi
si trasferisce la matrice al chip tramite la porta seriale del computer.
Il nutchip al suo interno si presenta così:
a) Un multi-timer programmabile da 1 millesimo di secondo a 1000 ore
b) Un decodificatore per telecomando incorporato a 6 pulsanti programmabili a piacere,esso
può riconoscere sia codici a radio frequenza sia codici a infrarossi
c) Un comparatore analogico che può servire per fissare soglie, collegare direttamente
sensori
d) 3 ingressi digitali con la possibilità di un quarto ingresso utilizzando il comparatore
e) 4 uscite digitali capaci di pilotare direttamente i LED fino a 20mA per ogni uscita
f) 3 ingressi dedicati per gli automatismi meccanici:restart, hold, stop
g) Porta seriale per il collegamento al PC che ci permette di programmare più di 10000 volte
il chip già montato nel circuito di destinazione, senza necessità di smontarlo o di
cancellarlo
h) Per alimentarlo basta una tensione da 4 a 6 volt stabilizzati.
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COME SI PROGRAMMA UN NUTCHIP
Per la programmazione di un nutchip ci serviamo di:
a) una porta seriale disponibile sul PC
b) una tavola della verità corretta perché Nutstation si rifiuta di programmare tavole errate
c) l’interfaccia che ci permette di convertire i segnali del PC di 0…5V utilizzato dal nutchip
d) un circuito per fornire l’alimentazione, il clock, il reset al nutchip.
Una volta programmati, i nutchip mantengono la loro programmazione anche se vengono spenti o
tolti dal circuito.
Per programmare il nutchip basta cliccare l’apposito pulsante:
Se la tavola della verità contiene errori o è incompleta, questo pulsante si disattiva automaticamente
e quindi la programmazione viene interrotta.
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PROGRAMMI UTILIZZATI
Nutstation, è il programma che ci permette di pilotare il nutchip; è composto da due pagine
principali:
La prima serve per la programmazione del chip mentre la seconda serve per creare e modificare la
tavola degli stati.
TAVOLA DELLA VERITA’
All’avvio il programma carica automaticamente l’ultima tavola salvata
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Lo spazio che si utilizza nella tavola viene evidenziato in giallo, mentre se qualche valore è errato
viene evidenziato in rosa. Per variare lo stato delle uscite basta cliccare sul valore desiderato per
modificarlo da 0 a 1 o viceversa. La tavola presenta 2 pulsanti:
Con questo pulsante possiamo aggiungere delle condizioni alla tavola;
Questo pulsante ci permette di aggiungere nuovi timeout alla tavola, i quali ci consentono di
passare alla condizione successiva.
In un circuito a stati, il valore delle uscite non dipende soltanto dalle condizioni che si
verificano sugli ingressi, ma anche dallo stato in cui ci si trova in quel preciso istante. Quindi
nello scrivere la tavola delle verità dovremmo necessariamente inserire anche lo stato. La
tavola che otteniamo è:
STATO (E
USCITA)
SPENTO
(USCITA= 0)
ACCESO
(USCITA=1)
STATO
SUCCESSIVO
PREMUTO
ACCESO
NON PREMUTO SPENTO
PREMUTO
ACCESO
NON PREMUTO SPENTO
INGRESSO
In molti casi pratici le uscite dipendono esclusivamente dallo stato in cui ci si trova, per cui è
comodo scrivere accanto allo stato le uscite. Un’altra peculiarità di questa tavola è l’introduzione
della colonna che riporta lo stato successivo, cioè lo stato in cui ci troveremo non appena la
condizione si è verificata.
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INSTALLAZIONE DEL SOFTWARE
Per l’installazione del software bisogna:
a) scaricare il software dal sito web www.nutchip.com;
b) lanciare il setup.exe ed eseguire le istruzioni sul video.
Per cominciare l’installazione bisogna fare doppio clic su setup.exe; la prima finestra che
comparirà sarà la seguente:
Questa è la pagina introduttiva del programma di installazione. Attenzione a non fraintendere
il messaggio, pensando che sia impossibile proseguire. Non è così, cliccate su ok per
proseguire.
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Per confermare la cartella proposta, cliccare sull’ immagine del computer, mentre se si
desidera cambiare directory cliccare sul pulsante “cambia directory”.
Dopo aver premuto continua, il programma comincia a copiare i file necessari.
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L’ INSTALLAZIONE E’ TERMINATA
Ora siete pronti per godervi Nutstation. Notate che Nutstation NON crea una icona sulla scrivania,
per cui per farlo partire cliccate sul pulsante "Avvio" O Start e scegliete "Nutstation".
INTERFACCIA PER IL PC
Per realizzare l’interfaccia bastano pochi componenti ed è molto facile costruirla. Per poter adattare
i diversi livelli di tensione, nutchip 5V / PC +/-12V è necessario interfacciare il PC con il nutchip.
Schema elettrico
ELENCO COMPONENTI
•
•
•
•
•
•
•
Q1 = transistor BC337
Q2 = transistor BC557
R1, R3= resistenza 4,7 kohm
R2, R4= resistenza 10 kohm
1 strip di contatti a 4 poli oppure 4 spezzoncini di filo rigido
1 connettore a vaschetta da 9 poli, femmina, tipo seriale (chiamato anche "Canon" oppure "D")
1 basetta sperimentale tipo "millefori"
Abbiamo usato questa interfaccia per realizzare tutti i progetti contenuti in questa documentazione.
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FUNZIONAMENTO DELL’INTERFACCIA
Il circuito rappresentato usa soltanto 2 transistor per procurarsi una tensione negativa sul piedino
TX quando il PC non trasmette; siccome con il nutchip la trasmissione e la ricezione non si
sovrappongono mai, tramite la resistenza R3 questa tensione negativa torna al PC sul piedino RD.
Quando il nutchip ha un dato da trasmettere il transistor Q2 commuta fra la tensione negativa e la
tensione positiva di alimentazione di 5V.
Nel 99% dei PC questo segnale, seppure non standard, risulta perfettamente adeguato.
L’interfaccia finita si inserisce direttamente nel cavo seriale; il connettore si innesta direttamente
nel circuito dove è montato il nutchip.
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DADO ELETTRONICO
SCHEMA ELETTRICO
ELENCO DEI COMPONENTI:
DL1-DL7: led rossi
R1, R2, R3: 220 ohm
R4,R5: 390 ohm
P1: pulsante normalmente aperto
OSC: oscillatore ceramico a 3 pin, 4MHz
C1: condensatore 100 nF
IC1: NUT01-AK (Nutchip)
FUNZIONAMENTO
Il dado funziona premendo il pulsante P1; i LED lampeggiano freneticamente, per poi arrestarsi
quando rilasciamo il pulsante. In questo progetto facciamo uso dell'ingresso -HOLD, che quando
viene messo a massa blocca lo scorrere del tempo e quindi ferma il "conteggio" del Nutchip nello
stato in cui si trova. La resistenza R5 da 390 ohm mantiene il piedino di -HOLD ancorato a massa,
per cui il NUTCHIP è bloccato ed i numeri non scorrono mostrando l'ultimo numero estratto.
Premendo P1 però il piedino si ritrova collegato ai +5V, ed i numeri riprendono a scorrere fino a
che non rilasciamo nuovamente il pulsante.
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TAVOLA DELLA VERITA’
state out 1..4 inp 1..4 remote next
--------------------------------------st00
0 1 1 1
timeout 30 mS
st01
--------------------------------------st01
1 1 1 0
timeout 30 mS
st02
--------------------------------------st02
0 1 0 1
timeout 30 mS
st03
--------------------------------------st03
1 1 0 0
timeout 30 mS
st04
--------------------------------------st04
0 1 0 0
timeout 30 mS
st05
--------------------------------------st05
1 0 0 0
timeout 30 mS
st00
---------------------------------------
La tavola della verità è non fa altro che mostrare le 6 facce del dado una dopo l'altra. L'intervento
del giocatore bloccherà il conteggio in una fase a caso, a seconda di quale stato fosse attivo nel
momento in cui il NUTCHIP viene bloccato. Il segreto consiste nel "rotolare" da uno stato al
successivo sufficientemente in fretta da impedire di barare. Nel nostro caso abbiamo scelto 30
millesimi di secondo per ogni numero, che dà un gradevole effetto di lampeggio durante il
funzionamento.
MONTAGGIO
Nel montaggio è bene fare molta attenzione nel collegare il LED, perchè è facile confondersi. Tutti i
LED sono rivolti con il catodo verso il Nutchip. a parte il led centrale (7) che l'ha rivolto verso
l'alto. Nel nostro prototipo abbiamo divaricato i terminali dei LED per lasciare lo spazio di una
pista. Lo si vede bene nel LED 2, che ha l'anodo attaccato al filo rosso ed il catodo al filo giallo: in
mezzo ai due passa il filo verde.
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Con la tavola della verità proposta, tutte le facce del dado hanno la stessa probabilità di uscire. Ma
se aumentiamo il tempo di una delle facce (ad esempio raddoppiandolo) allora raddoppieremo
anche la probabilità che quel numero esca! La versione elettronica del dado permette anche una
nuova forma di raggiro: cioè aumentare le probabilità di due o addirittura tre cifre rispetto alle
rimanenti, un artificio difficilissimo da scoprire
ALLARME SENZA FILI
SCHEMA ELETTRICO
FUNZIONAMENTO
La centrale va alimentata con una tensione continua di 12 volt. Questa tensione di solito proviene da
una batteria (tenuta costantmente sotto carica), che consenta una buona autonomia nel caso del
"taglio" dei fili della luce. Nel calcolo del consumo bisogna tener conto che i 12 volt alimenteranno
sia la centrale che gli eventuali sensori via filo. Per creare i 5 volt necessari al Nutchip abbiamo
usato il classico stabilizzatore 7805 (IC3), secondo lo schema qui a lato.
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Per attivare l'antifurto basta premere il pulsante 1 (key1) sul telecomando. Si accenderà il LED DL1
sulla centrale. Da questo momento abbiamo 3 minuti per uscire di casa, dopodichè l'antifurto sarà
operativo ("armato" come si dice in gergo) e si accenderà il LED DL2. Il tempo di uscita, come tutti
gli altri tempi dell'apparecchio, può essere variato a piacere: basta modificare le caselle del timeout
nella tavola della verità del Nutchip. Immaginiamo ora che un ladro tenti di introdursi in casa. Se
aprirà una porta o una finestra protetti da un contatto immediato collegato indifferentemente via
radio o via filo, la sirena suonerà all'istante, per un tempo di 30 secondi (come previsto dalle
normative europee). Al termine dei 30 secondi, se la causa dell'allarme non sarà cessata, la sirena
suonerà di nuovo. Se invece il ladro dovesse passare per una stanza protetta da un ingresso ritardato
(ad esempio un ingresso coperto da un sensore PIR), la centrale si porterà in "preallarme",
accendendo il LED DL3. Abbiamo regolato questo tempo a 1 minuto, un tempo normalmente
sufficiente al legittimo proprietario per rientrare in casa e disattivare l'antifurto premendo il pulsante
2 (key2) sul telecomando. Trascorso 1 minuto senza che venga spento l'antifurto, la sirena suonerà.
stato della centrale
DL1
DL2
DL3
DL4
Centrale spenta (OFF)
spent
o
spent
o
spent
o
spent
o
Ritardo di uscita
acces
o
spent
o
spent
o
spent
o
Centrale in funzione (ON)
spent
o
acces
o
spent
o
spent
o
Rilevato allarme temporizzato - in attesa di suonare
spent
o
acces
o
acces
o
spent
o
Allarme in corso!
spent
o
acces
o
acces
o
acces
o
Accensione dei LED nei vari stadi di funzionamento.
Le cinque combinazioni delle luci corrispondono ai cinque stati della tavola della verità.
TAVOLA DELLA VERITA’
Con i Nutchip ed il programma Nutstation ci bastano solo cinque stati per completare il lavoro. Lo
stato zero (st00, quello che si attiva automaticamente alimentando il circuito) è quello che vede
l'antifurto in riposo, in attesa del solo comando di accensione. Utilizziamo il primo pulsante del
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telecomando (key1) per attivare l'antifurto: l'attivazione comincia con lo stato st01, in pratica un
temporizzatore della durata di 3 minuti che ha lo scopo di permetterci di uscire dall'appartamento
senza fare scattare l'allarme. Ovviamente, possiamo sempre spegnere l'antifurto riportandoci nello
stato st00: basterà premere il secondo tasto del telecomando, key2.
Immaginiamo invece che i tre minuti siano passati. Il Nutchip si porta nel cuore del sistema, lo stato
st02. Bisognerà ricordare che i contatti degli allarmi sono sempre normalmente chiusi (NC), e si
aprono in caso di effrazione:
•
se si APRE uno dei contatti collegati all'ingresso immediato, il Nutchip vedrà un lo stato
logico 1 e si porterà immediatamente nello stato st04 (dove si attiva la sirena). La stessa
cosa accade quando si riceve il codice del pulsante 4 (key4), che è associato al sensore via
radio con effetto immediato.
•
se si APRE uno dei contatti collegato all'ingresso ritardato, il Nutchip passa allo stato st03
dove comincia un ciclo di attesa di 1 minuto. Se entro 1 minuto non arriva il comando di
spegnimento (tasto key2 del telecomando), il controllo passerà allo stato st04: l'urlo
agghiacciante della sirena.
Lo stato st3 corrisponde al ritardo necessario per rientrare in casa e spegnere l'antifurto prima che
questo suoni. Notate che in questo stato gli ingressi immediati (morsetto collegato all'ingresso 1 e
codice radio key4) continuano a funzionare.
Resta da descrivere il solo stato st04, dove le uniche operazioni possibili sono spegnere l'antifurto (a
patto di essere il legittimo proprietario con relativo telecomando!) oppure scappare a gambe levate
con la sirena a tutto volume (nel caso dell'incauto ladro!). Dopo i trenta secondi regolametari, la
sirena tace e l'antifurto è di nuovo acceso e pronto a rilevare ogni ulteriore tentativo di intrusione.
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