Progetto interdisciplinare

Realizzato da Zanfardino Antonio Sonny, 3° ITEC
Pilotaggio della lampada in base allo stato di
tre ingressi:
 Timer;
 Sensore di luminosità.
 Sensore di movimento.
Questi sono i nostri ingressi.
Quindi
il nostro circuito sarà una scatola alla quale
fanno capo i nostri ingressi.
Per quanto riguarda l’ingresso del timer lo
indicheremo come ingresso A. Se A=1 ovvero
A=5V vuol dire che in quel momento ci
troviamo nell’intervallo orario dalle 18 alle
22. Se A=0 ovvero A=0V vuol dire che ci
troviamo nell’intervallo orario dalle 22 alle
18.
QUINDI
Per quanto riguarda l’ingresso del sensore di
luminosità lo indicheremo come ingresso B.
Se B=1 ovvero B=5V significa che l’ambiente
circostante è buio o non sufficientemente
illuminato. Se B=0 ovvero B=0V significa che
l’ambiente è illuminato.
QUINDI
Per quanto riguarda l’ingresso del sensore di
movimento lo indicheremo come ingresso C.
Se C=1 ovvero C=5V nell’ambiente è stata
rilevata una presenza. Se C=0 ovvero C=0V
non è stata rilevata alcuna presenza
nell’ambiente.
QUINDI
Per quanto riguarda l’uscita della lampada la
indicheremo come uscita U. Se l’uscita vale
1 5V la lampada è accesa, viceversa se
l’uscita è zero la lampada è spenta.
Definiamo adesso il comportamento che dovrà
avere il nostro circuito. Supponiamo che la
lampada si debba accendere se l’ambiente è
buio oppure in presenza di una persona ma
solo dalle 18 alle 22.
Possiamo quindi stendere la tabella di verità
del circuito. Con 3 bit in ingresso abbiamo
23= 8 combinazioni possibili e sono elencate
nella figura che vedete. Infatti riportiamo da
sinistra verso destra le combinazioni possibili
dei tre ingressi.
La lampada dovrà essere quindi accesa se il
sensore di luminosità indica 1 e quindi in
corrispondenza di 1. Sarà 1 anche quando il
timer è a 1 e il sensore di movimento vale 1.
Se vogliamo scrivere la funzione logica del
circuito dobbiamo prendere ciascuna riga
della tabella e indicare i relativi ingressi ,
negati o non negati.
Se prendiamo la terza riga della tabella
vediamo che l’uscita vale 1 se:
 A vale 0
 B vale 1
 C vale 0
Se prendiamo la quarta riga della tabella
vediamo che l’uscita vale 1 se:
 A vale 0
 B vale 1
 C vale 1
Consideriamo la quarta riga della tabella di
verità (ancora una riga in cui l’uscita vale 1).
Rispetto alla operazione precedente,
aggiungiamo una operazione di OR in quanto
la lampada dovrà essere accesa in un caso o
nell’altro. Tutti e tre gli ingressi sono a livello
logico alto, infatti: A=1, B=1 e C=1.
Quindi per realizzare la funzione logica
ottenuta dalla tabella di verità, abbiamo
bisogno di:
 5 porte And a 3 ingressi;
 5 porte NOT;
 1 porta OR a 5 ingressi.
QUINDI
La funzione così ottenuta la si può semplificare
utilizzando la tecnica delle mappe di Karnaugh.
In questa tabella vengono riportati i valori
dell’uscita 1 in corrispondenza dei relativi
ingressi.
Ad esempio, l’ultimo 1 della tabella di verità (in
basso a destra) è in corrispondenza di A=1,
B=0 e C=1.
A questo punto si devono eseguire dei
raggruppamenti che contengono numero di
valori pari a 1. Devono essere i più grandi
possibili e devono essere eseguiti fino a
raggruppare tutti gli uno presenti all’interno
della tabella.
La tabella è ciclica quindi è possibile eseguire
un raggruppamento tra due celle adiacenti
che sono collocate in alto nella tabella e in
basso oppure a sinistra e a destra della
tabella. Se “ 1 “ si trova in posizione isolata si
deve fare necessariamente un
raggruppamento singolo.
A questo punto si guardano tutti i valori e si
riportano quelli che rimangono invariati in
questo caso B=1. Se il risultato fosse stato
B=0 sarebbe apparso negato. Per quanto
riguarda il raggruppamento da 2 avremo
A=1
B=1
C=1
I bit che rimangono invariati sono A e C.
Per realizzare questo circuito sono necessari
due circuiti integrati: il 7408 che contiene 4
porte AND a 2 ingressi e 1 uscita; il 7432 che
contiene 4 porte OR a 2 ingressi e 1 uscita.
Utilizziamo solo porte NAND quindi
cambiamo la porta AND e la porta OR con
sole porte NAND.
IL CIRCUITO SI OTTIENE DUNQUE CON 5 PORTE
NAND, MA SE ESAMINIAMO LA TOPOLOGIA DEL
CIRCUITO…
La presenza di due porte not in cascata non ha
alcuna influenza. È possibile rimuovere dal
circuito le due porte NOT e collegare l’uscita
della prima porta NAND ad una delle entrate
della porta NAND che la segue.
Il circuito può essere realizzato utilizzando un
solo integrato il 7400 e utilizzando ben 3
delle quattro porte NAND che esso contiene.
Abbiamo così ottimizzato sia il numero di
componenti ma anche il numero di porte
utilizzate all’interno dello stesso
componente. Mettiamo in pratico quanto
appena realizzato disponendo su bread bord
il circuito.
Dalla porta B.2 preleviamo l’uscita che andiamo
a collegare alla porta A dell’oscilloscopio, per
generare un’onda quadra, incrementando gli
stati logici arrivando fino a 7.
Come si vede dal risultato della simulazione
l’uscita è a livello alto nel caso si rispettino le
condizioni imposte in precedenza.
Abbiamo detto che l’uscita del nostro circuito
appena dimensionato andrà a pilotare una
lampada. Infatti, se la lampada è a 12 volt
ovviamente la porta logica non può pilotare la
lampada. Evidente il circuito logico non potrà
comandare la nostra lampada quindi occorrerà
usare un piccolo circuito di interfaccia di uscita che
fornisca la potenza (o meglio la corrente)
sufficiente ad accendere la lampada.
In questo caso se l’uscita della porta logica si trova a
livello alto, il transistor si trova in saturazione,
quindi il comportamento è equivalente a quello
dell’interruttore chiuso. Se l’uscita della porta
logica è a livello basso, allora il transistor è in
interdizione. Viceversa se la lampada è a 220 volt ,
la circuiteria dovrà essere leggermente diversa, il
transistor non piloterà direttamente la lampada ma
piloterà un relè.
Se l’uscita è bassa , il transistor è in interdizione e si
comporta come un interruttore aperto perciò il
contatto normalmente aperto del relè non si chiude
e la lampada rimane spenta.
La presenza del diodo serve a proteggere il
transistor quando passa dalla saturazione alla
interdizione.
Se invece di una lampada dovessimo accendere
un led, il circuito sarebbe molto più semplice.
In corrispondenza di uscita alta per il 7400,
integrato per porte NAND, la corrente in uscita
dalla porta può assumere valore massimo di 0,4
mA . Per pilotare un led sono necessarie correnti
dell’ordine della decina di mA e quindi appare
evidente che con porte TTL non è possibile
quando l’uscita della porta si trova a livello alto.
Viceversa se l’uscita della porta è a livello basso,
il diodo è interdetto perché sull’anodo e sul
catodo è applicata al tensione di alimentazione.
Il valore della resistenza è calcolato con la formula
data dalla tensione di alimentazione. 1,2 è la
caduta di tensione ai capi del led quando è
accesso mentre 0,008 è la massima corrente che
vogliamo attraversi il led. Chiaramente è bene
scegliere un valore di corrente al di sotto di quello
massimo sopportabile dalla porta.
Questo progetto è stato usato nell’impianto
domotico realizzato per il progetto ‘’Play
Energy’’ ed è stato usato anche come base
per la trasformazione di un sistema
combinatorio a sequenziale mediante
l’utilizzo di ‘’Arduino’’ in Sistemi.