Elettronica - Digilander

Elettronica
-analogica (componenti passivi)
-digitale (componenti attivi)
L’elettronica studia i fenomeni elettrici. Le tensioni che compaiono nei circuiti elettronici variano
tra 0 e 5V. In altri casi 15 o –12V. L’elettronica è studiata come mezzo per l’informazione.
MASSA è il
riferimento
rispetto a cui si
misurano le
tensioni di un
circuito
TERRA è il
potenziale 0 come
quello della terra
(inteso come materiale
fisico)è,anche un
riferimento unico
Il segnale è di tipo analogico quando una
tensione rappresenta una misura esterna come ad
esempio il segnale di un termometro o,
l’amplificatore audio. L’importante del segnale
analogico è ogni singolo valore di tensione
nell’unità di tempo(infinitamente piccolo). Il
vantaggio consiste, dal punto di vista ideale, nel
fatto che rappresenta il valore
perfetto di tensione. In ogni preciso istante è
significativo il livello di tensione.
Nel segnale digitale invece, non importa l’ampiezza
del segnale , ma soltanto dal fatto che il segnale si
superiore o inferiore di una determinata soglia. Nei circuiti
standard la soglia è di2.5 volt. I segnali digitali si
suddividono in sopra o sotto la soglia
Per avere un’informazione precisa bisogna avere più segnali digitali. In quasi tutti i casi sono 8 bit.
Con 1 segnale posso avere H o L
Con 2 segnali posso avere HH o LH o HL o LL
Con 3 segnali posso avere HHH o LLL o HHL o LLH o HLH ecc..
Con 4 segnali posso avere HHHH o HHHL o LLHH ecc..
Con 5 segnali posso avere HHHHH o LLLLL o LLHHL ecc..
Con 6 segnali posso avere HHHHHH o LLLLLL o LLHHLL ecc..
Con 7 segnali posso avere HHHHHHH o LLLLLLL o LLHLHHH ecc..
Con 8 segnali posso avere HHHHHHHH o LLLLLLLL o LLHLHLLH ecc..
2 possibilità
4 possibilità
8 possibilità
16 possibilità
32 possibilità
64 possibilità
128 possibilità
256 possibilità
Il numero di combinazioni è uguale a due elevato il numero di bit che vengono utilizzati. 2n
Il trattamento digitale è praticamente esente dai disturbi.
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1
Disturbi = qualsiasi variazione indesiderata e
non controllabile di un segnale elettrico. I
disturbi sono generati dai materiali di
trasporto, dai campi elettrici e dalla vibrazione
degli atomi del materiale stesso. I disturbi non
sono calcolabili e prevedibili, e quindi la
misura è il valore reale + il disturbo. È
possibile che ad esempio 0.58V siano stati
aggiunti per causa del rumore elettrico. Nel
digitale il rumore elettromagnetico non
influisce a meno che il disturbo non sia
talmente alto da far salire o scendere il valore
rispetto alla soglia
Una tensione che varia nel tempo si segna con V(t)
V(t)=Vcc
V(t)= t+1
Se conosco una formula matematica che lega
il tempo alla tensione posso costruire un
diagramma cartesiano.
Una funzione si dice periodica quando si ripete uguale a se stessa ad intervalli regolari di tempo
chiamati periodo
V(t+T)= V(t)
La maggior parte dei segnali che utilizza l’elettronica sono funzioni periodiche. I segnali tipici sono
l’onda quadra e rettangolare.
Il livello positivo che utilizzeremo è 5V. i tempi di commutazione da basso ad alto equivalgono
praticamente a 0s. i circuiti + veloci impiegano 2 o 3 pS per commutare la tensione. I tempi dei
fronti di discesa non sono necessariamente uguali a quelli di salita. p=10-12 . i circuiti più accessibili
hanno invece un tempo di salita e di discesa di circa 10nS.
Onda rettangolare
I parametri fondamentali sono :
- periodo
è il reciproco della frequenza. F=1/T[Hz]
- frequenza
- duty cicle (ciclo utile) [η] η=TH/T
- ampiezza
Quando si lavora in corrente alternata il livello di tensione varia istante per istante.bisogna quindi
trovare un valore medio di quella tensione.
Vm = A/T
Vm = (TH*VP)/T
Wm=Vp*η
PWM pulse width modulation è utilizzato per la regolazione di tensioni da ondulate in
continua
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Porte logiche
Gli unici segnali utilizzati da queste porte sono di tipo digitale e vanno da 0 a 5V.
Sono considerati valore 1 tutti i segnali sopra la sogli dei 2.5V mentre assumono valore 0 quelli
sotto la stessa soglia. Possiamo anche considerare come vero il valore 1 e falso il valore 0.Gli usi
possibili con questo tipo di segnali sono due quello aritmetico binari e quello logico binari.
La logica binaria ci consente di studiare e progettare circuiti la cui uscita dipende in modo
prevedibile dagli ingressi. L’elettronica digitale sfrutta l’algebra di boole. Quest’algebra utilizza due
soli simboli, le variabili saranno quindi di tipo binario.
Gli operatori booleani
NOT
È la negazione logica perché inverte l’ingresso.
Y = NOT A A=1 Y=0
A=0 Y=1
L’integrato che racchiude questo tipo di porte è ad esempio il 74xx04
In questo tipo di integrati vi sono 6 porte logiche.Questo tipo di
integrati hanno 14 piedini che vengono numerati in senso antiorario partendo dall’insenatura
o il pallino che hanno. Solitamente il piedino di massa è il numero 7 mentre il piedino 14
deve essere collegato ad un alimentatore a 5V stabilizzato. Per adeguarsi la porta logica
impiega un tempo che è di circa 10nS con le tecnologia LS ed HC. Questo ritardo diventerà
importante nello studio dei circuiti sequenziali. La porta logica NOT è un operatore unario
perché ha un solo ingresso.
IDENTITÁ
Serve per aumentare la potenza di un segnale senza però variarne i valori di tensione
(buffet). La sua uscita è vera quando l’entrata è vera.
AND
L’operatore realizza il prodotto logico. L’uscita è vera solo se tutti gli ingressi sono veri.Gli
ingressi possono arrivare fino ad 8 .In ogni integrato ci sono 4 porte AND a due ingressi.
A
B
Y
0
0
1
1
0
1
0
1
0
0
0
1
OR
L’uscita vale 1 quando almeno uno degli ingressi vale 1.
A
B
Y
0
0
1
1
0
1
0
1
0
1
1
1
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NAND e NOR
Sono l’equivalente delle porte AND e OR con l’uscita negata. La porta NAND è l’unica con
otto ingressi.
A
B
Y
0
0
1
1
0
1
0
1
1
1
1
0
A
B
Y
0
0
1
1
0
1
0
1
1
0
0
0
A
Y
B
A
Y
B
EXOR
Può avere solo due ingressi. L’integrato che la contiene è il 74xx86.
A
B
Y
0
0
1
1
0
1
0
1
0
1
1
0
A
Y
B
Analisi di un circuito
Analizzare un circuito significa ricavarne la tabella di verità.
4
A
B
C
Y
0
0
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
0
1
0
1
0
1
0
0
1
0
1
1
1
1
1
1
0
1
1
0
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L’algebra di Boole
A=A una variabile negata due volte corrisponde alla stessa variabile
A+0=A
la OR di una variabile con 0 è uguale a 1
A+1=A
la OR di una variabile con 1 è uguale a 1
A+A=A
la OR di due variabili uguali è sempre uguale a se stessa
A+A=1
la OR di due variabili opposte è uguale a 1
A+0=A
A+1=A
A+A=A
A+A=1
A*1=A
A*0=A
A*A=A
A*A=1
Tutto questo per il principio di dualità che
consiste nell’invertire le porte AND con le
porte OR e gli 0 con un 1 e viceversa.
A+AB=A
A(1+B)=A*1=A
A+AB=A+B
(A*A)+(AB)=0+AB
progetto
Parte da una descrizione di un problema e consiste: -costruzione della tabella di verità
-costruzione circuito non ottimizzato
-ottimizzazione del circuito
-disegno del circuito ottimizzato
Es.
A
B
C
Y
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
1
1
0
0
ABC
ABC
ABC
ABC
Ad ogni 1 presente nell’uscita
della tabella inseriamo un
minterm che è l’operazione
AND dei termini di ingresso
normali se sono ad 1 ,invertiti
se sono a 0
Y=ABC+ABC+ABC+ABC
Y =AC(A+B)+AB(C+C)
Y=AC+AB
Dopo questa ottimizzazione dobbiamo calcolare che non esistono tutti i tipi di porta con tutti
i vari numeri di ingressi e, dobbiamo risparmiare sul numero di integrati da utilizzare. È da
notare che senza l’ottimizzazione noi avremmo utilizzato 2 IC AND, 1 IC OR, 1 IC NOT,
mentre dopo la semplificazione possiamo ancora semplificare il tutto a 2 sole porte.
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5
Y=AC+AB
Per semplificare il circuito possiamo utilizzare Demorgan.
Y=AC+AB=AC*AB
A
C
Y
B
6
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