Codice di accesso - IIS “Einaudi

ISTITUTO SUPERIORE “ ETTORE MAJORANA ”
24068 SERIATE (BG) Via Partigiani 1 -Tel. 035-297612 - Fax 035-301672
e-mail: [email protected] - sito internet: www.majorana.org
Istituto certificato Sistema Qualità UNI EN ISO 9001-2000
edizione 1/03
Cod.Mecc.BGIS01700A
Cod.Fisc.95028420164
Md C01
revisione 9/11/05
GARA NAZIONALE DI ELETTRONICA E TELECOMUNICAZIONI
PROVA SCRITTA
27 novembre 2007
L’accesso ad un laboratorio di ricerca, sorvegliato 24 ore su 24, è riservato a persone autorizzate
che sono in possesso di apposita card di riconoscimento su cui è riportato il codice identificativo.
Per poter accedere al laboratorio le persone devono inserire in apposita fessura la tessera di
riconoscimento, digitare il codice personale e confermare il codice mediante la pressione di un
pulsante.
All’interno del laboratorio deve essere garantito un illuminamento di almeno 25 lux per consentire
la videosorveglianza anche quando non vi sono persone presenti.
Parte A.
La card di riconoscimento detta “code card” è una scheda elettronica a 12 pin; essa contiene due dip
switch a quattro vie che consentono di impostare un codice di due cifre esadecimali in formato
binario. Il codice è disponibile su otto pin della scheda mediante livelli di tensione alto (1) e basso
(0). Dei quattro pin rimanenti due servono per l’alimentazione della scheda e due sono
cortocircuitati.
Per la digitazione del codice si utilizza un tastierino a 16 tasti descritto nei data sheets.
La digitazione del primo carattere fa accendere un led giallo con l’indicazione “1° carattere”
quando si digita il secondo carattere si accende anche un led verde con l’indicazione “conferma
dato”. La conferma del codice va effettuata premendo un pulsante con l’indicazione “conferma
codice”.
Dopo la conferma si possono verificare le seguenti situazioni:
a) se il codice è esatto si apre l’elettroserratura della porta per consentire l’accesso al
laboratorio. (l’apertura dell’elettroserratura va simulata mediante l’accensione di un led
verde);
b) se il codice confermato è errato si accende un led arancione con l’indicazione “codice errato
ripetere l’operazione”. L’inizio di una nuova operazione fa spegnere il led arancione. Dopo
tre tentativi errati si accende un led rosso con l’indicazione “ processo di identificazione
bloccato”. Lo sblocco può essere effettuato solo dal custode attraverso un pulsante blu con
la indicazione “sblocco riconoscimento codice”.
Quando si estrae la code card il sistema si deve riconfigurare nella condizione di partenza per un
nuovo processo di riconoscimento.
Per fornire energia al circuito si dispone di un alimentatore con tensione variabile Vout = 3 ÷
15Vdc.
Parte B.
Dopo la pressione del tasto di conferma, i caratteri del codice di accesso devono essere inviati,
mediante una linea seriale, ad una postazione distante 15 metri.
La presenza di forti disturbi elettromagnetici induce ad utilizzare una fibra ottica in materiale
plastico e relativi connettori della serie HFBR1521/2521.
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La stazione remota utilizza un ricevitore HFBR2521 (Sensitività -21 dBm), la fibra da utilizzare è di
tipo standard, i connettori plastici hanno una perdita ciascuno di 1,5 dB. Con riferimento al circuito
del trasmettitore suggerito dal costruttore e riportato nei data sheets, invece dell’integrato 75451
utilizzare un transistor BC337 pilotato da una porta logica.
Per consentire la videosorveglianza è previsto un impianto di illuminazione di emergenza che si
attiva automaticamente quando l’illuminamento scende al di sotto dei 25 lux e si spegne quando
sale sopra i 70 lux. Per rilevare il grado di illuminamento viene utilizzata una fotoresistenza che
fornisce i valori riportati in tabella.
Luminosità (lux)
Resistenza
15
60KΩ
25
10KΩ
50
7KΩ
70
2KΩ
100
1KΩ
Per fornire energia al circuito si dispone di un alimentatore duale con Vout 3 ÷ 15Vdc. Questo
circuito deve essere in grado di pilotare un impianto di illuminazione funzionante a 230Vac –
200W
* * * * * * * * * * *
Progettare il circuito necessario a svolgere le funzioni richieste rispettando le specifiche riportate sia
nella parte A sia nella parte B ed utilizzando solo i componenti messi a disposizione. (vedi elenco)

Il progetto deve comprendere le seguenti parti:
1. schema a blocchi generale e sua scomposizione su almeno un livello di dettaglio con
descrizione di ogni singolo blocco funzionale;
2. schema elettrico, su foglio unico separato formato A3, su cui sono riportati: indicazione
chiara e univoca di tutti i collegamenti, la piedinatura utilizzata di ogni integrato, la
denominazione di tutti i componenti riportati;
3. descrizione chiara e sintetica dello schema elettrico con riferimento allo schema a blocchi,
tutti i calcoli eseguiti, tabelle e diagrammi temporali di tutte le parti circuitali progettate
facendo specifico riferimento allo schema elettrico; è gradito un diagramma di flusso del
funzionamento.
4. compilazione dell’elenco componenti limitatamente a condensatori e resistenze (allegato n
°1).

Usare solo fogli forniti dalla commissione, quelli usati per la bella copia vanno numerati
secondo l’ordine di svolgimento del lavoro. Su tutti i fogli deve essere indicato il nome del
concorrente e la scuola di provenienza.

Non è consentito l’uso di manuali tecnici, vengono forniti i data sheets dei componenti
disponibili.
Tempo a disposizione per lo svolgimento della prova: 5 ore
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Elenco dei componenti disponibili
Id
Descrizione
1
Scheda “Code Card”
2
ECO 16250 06 -- Tastiera 16 tasti a matrice (Fig. 1)
3
I.C. 74C922 -- 16 Key Encoder
4
I.C. 74HC00 -- Quad 2-Input Positive-NAND Gate
5
I.C. 74HC02 -- Quad 2-Input Positive-NOR Gate
6
I.C. 74HC04 -- Hex Inverter
7
I.C. 74HC08 -- Quad 2-Input Positive-AND Gate
8
I.C. 74HC14 -- Hex Inverter with Schmitt-Trigger
9
I.C. 74HC32 -- Quad 2-Input Positive-OR Gate
10
I.C. 74HC75 -- 4 Bit Bistable Latch with Q and Q
11
I.C. 74HC85 -- 4-Bit Magnitude Comparator
12
I.C. 74HC86 -- Quad 2-Input Positive Ex-Or
13
I.C. 74HC112 -- Dual J-K Flip-Flop with Preset and Clear
14
I.C. 74HC165 -- Parallel-in/Serial-out - 8 Bit Shift Register
15
I.C. 74HC279 -- Quad S-R Latch
16
I.C. 74HC393 -- Dual 4-bit binary counter
17
I.C. 74HC688 -- 8-Bit Magnitude Comparator
18
I.C. NE555 -- General Purpose Single Bipolar Timer
19
I.C. LM741 -- Operational Amplifier
20
I.C. LM317T, LM337T – Adjustable Regulator
21
I.C. LM78xx, LM79xx – Voltage Regulator
22
1N4007 -- Rectifier Diode
23
BC337, BC547, 2N2222A -- NPN Transistor
24
HFBR1521 e HFBR2521 -- Versatile Fiber Optic Connection
25
Fig. 1: Tastiera 16 tasti
Led: verde L-53GD, giallo L-53YD, arancio L-53ED,
rosso L-53HD.
26
Pulsanti monostabili per circuiti stampati, una via
27
Relè per circuiti stampati: bobina 50Ω oppure 300Ω
28
Resistenze serie E12; 0,25W e serie E12; 1W; 2W
29
Condensatori a scelta fra i seguenti valori: 1nF; 4,7nF; 10nF;
47nF; 100nF; 470nF; 1μF; 4,7μF; 10μF; 100μF
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PROVA PRATICA 28 novembre 2007
Con riferimento al progetto prodotto nella prova scritta del 27 novembre realizzare, su bread board, il
circuito riguardante la Parte A.
Il montaggio dovrà essere facilmente riconducibile allo schema elettrico, i vari componenti vanno disposti in
modo razionale riducendo la distanza fra i punti da collegare.
Tastiera, code card, Led e pulsanti dovranno essere posizionati come indicato nella figura 1 rispettando la
seguente corrispondenza:
Code card
Gnd
C2d
C2c
C2b
C2a
C1d
C1c
C1b
C1a
+5V
E
E
Bread board
(superiore)
B62
B61
B60
B59
B58
B57
B56
B55
B54
B53
B52
B51
X1
X2
X3
X4
Y1
Y2
Y3
Y4
A16
A15
A14
A13
A12
A11
A10
A9
Tastiera 16 tasti
Bread board
(superiore)
Componente
Led giallo “1° carattere”
Led verde “conferma dato”
Led verde “ elettroserratura”
Led arancio “ codice errato”
Bread board
(superiore)
D18 – D19
D4 – D5
H14 – H15
H18 – H19
Componente
Led rosso “codice di
identificazione bloccato”
Pulsante “conferma dato”
Pulsante “sblocco..”
Bread board
(superiore)
H51 – H52
H4 – H6
H60 – H62
Eventuali modifiche al progetto del 27 devono essere di piccola entità e adeguatamente giustificate.
Materiale disponibile
• fotocopia del testo della 1^ prova;
• fotocopia dello schema elettrico
prodotto dallo studente durante la
1^ prova;
• materiale fornito dalla commissione
descritto nell’elenco (allegato n°1)
più condensatori e resistenze
richiesti;
• data sheet dei componenti;
• un multimetro;
• un alimentatore 3÷15 Vdc.
Figura 1
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Gara Elettronica 2007
Gara Nazionale di Elettronica e Telecomunicazioni - edizione 2007
Soluzione proposta dalla commissione
Schema a blocchi.
Trasmissione seriale
Registro PISO
=
Code card
Elettroserratura
Compa
ratore
Tastiera + decoder
Codice errato
Conta errori
Memoria
Contatore
caratteri
><
&
Blocco di tutto
il sistema
Accensione
LED 1° e 2°
carattere
Fotoresistenza
Conferma
codice
Convertitore R-V
Comparatore
con isteresi
Interfaccia e
circuito di
potenza
Impianto di
illuminazione
Tensione di
Riferimento
G. Portaluri/S. Bani
schema a blocchi
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Gara Elettronica 2007
Soluzione parte B
Progetto del trasmettitore per Fibra Ottica
Trascurando la parte relativa alle abilitazioni del registro PISO, il problema consiste nel
determinare la rete di polarizzazione del BJT in on/off, quindi di determinare le resistenze Rb e R1.
Il valore di Rb dovrà assicurare la saturazione del transistor, il valore di R1 determinerà la
corrente che dovrà scorrere nel LED per avere la potenza sufficiente a raggiungere tramite fibra
ottica il ricevitore lontano (quindi la potenza finale del link ottico dovrà essere superiore alla
sensitivity del ricevitore HFBR251).
1^ soluzione (più semplice)
Esaminando la figura 3 di
pag. 29 dell’estratto dei data sheet
relativo al link HFBR 15X1/25X1
data sheet, si nota che per lunghezza
=15 metri, IF deve avere un valore
compreso tra 30 e 80 mA.
Si può scegliere IF=55mA.
Nota: nei data sheet si indica Idc
quindi per bit 0 e 1 con probabilità
50%, Ipicco= 110 mA.
P. Maini
circuito per FO
pag. 1/2
Gara Elettronica 2007
2^ soluzione (più elaborata)
Dalle equazioni del link in
fibra ottica si ricava la potenza
necessaria del trasmettitore:
PTX = PRX + αFibra*lungh. +
2*αconnettori
PTX = -21,6dBm + 0,27*15 +
2*1,5 = -14,5 dBm
Dalla fig.10 di pag. 32
dell’estratto dai data sheet relativo
al trasmettitore si ricava la potenza
normalizzata (cioè riferita ai 60 mA
del data sheet e -14.3 dBm minimo,
a 25°C). Quindi la potenza di -14,5
dBm corrisponde sulla figura a 0,3 dB, quindi una IF di poco meno
di 60 mA. Per sicurezza e comodità
poniamo IF = 60 mA. .
Nota: nei data sheet si indica Idc quindi per bit 0 e 1 con probabilità 50% Ipicco= 120 mA a 25 °C.
Progetto rete resistiva per il BJT
Scelta IF = 120 mA, ed esaminando il data sheet del BC337 che indica hfe min= 100,
considerando la tensione di comando uscente o da una porta logica o direttamente dal registro PISO
di famiglia logica 74HC, Vdata in = 4,5V
R1 = (Vcc – VLED) /IF => R1 = (5 – 1,7) /120 mA
=> R1= 27,5 Ω per la serie E12 R1= 27 Ω
Ic= (Vcc – VCE sat)/ R1
Ic= 178 mA
Ib > Ic/hfe min
=>
=> Ic= (5 – 0,2)/ 27
(Vdata in – VBE sat) / RB > Ic / 110
RB < (4,5- 0,2)* 100/ 178 mA
=>
RB < 2,42 KΩ per la serie E12 RB= 2.2 KΩ
Visto le correnti elevate, occorre verificare la potenza dissipata da R1, con la formula P = R*I2.
Per ingresso 0, Vdata in = 0V, la corrente che scorre su R1 è quella che scorre nel LED (120 mA).
Per ingresso 1, Vdata in = 4,5V, la corrente che scorre su R1 è quella che scorre nel BJT (178 mA).
P= (P0 + P1) / 2, => P = [27*(120 mA)2 + 27*(178 mA)2] /2 = 622 mW
Quindi occorre una resistenza che possa dissipare 1 Watt o 2 resistenze da 56 Ω in parallelo
che possano dissipare ½ Watt.
P. Maini
circuito per FO
pag. 2/2
Gara Elettronica 2007
Soluzione parte B
Progetto gestione impianto d’illuminazione
La resistenza Rft rappresenta la fotoresistenza, il partitore resistivo Rft - R1 serve a convertire le
variazioni di Rft causate dal cambiamento della luminosità in variazioni della tensione Vx.
R1
⋅ 12 (1)
R1 + Rft
La fotoresistenza assume i valori limite indicati nella tabella, compresi tra 2 kΩ e 10 kΩ. Scegliamo
per R1 un valore intermedio: R1= 5,6 kΩ.
Utilizzando la formula (1) si ricava Vxl = 8,84 V con 70lux (luce) e Vxb = 4,31 V con 25lux (buio).
Il comparatore con isteresi invertente, formato da R2, R3 e l’operazionale, deve avere le due soglie
ai valori calcolati prima. Si utilizza la VO(P-P) dell’operazionale, come indicato dal datasheet,
inferiore di 1V rispetto all’alimentazione.
Vx =
R3
R2
⋅ Vref +
⋅11 ; tensione di soglia superiore
R3 + R 2
R3 + R 2
R3
R2
VSI =
⋅ Vref +
⋅ (−11) ; tensione di soglia inferiore.
R3 + R 2
R3 + R 2
VSS =
Assegnando Vss = 8,84 V , VSI = 4,31 V e risolvendo il sistema delle due equazioni si ricava:
Vref = 8,28 V; R3 = 3,856 R2. Scegliamo R2 = 10 kΩ , R3 = 39 kΩ.
Il comparatore con isteresi agisce sul transistor T1 che deve funzionare come interruttore per
eccitare e diseccitare la bobina del relè. Il contatto del relè accende e spegne l’impianto di
illuminazione.
La bobina del relè ha una resistenza di 300Ω, per cui la corrente che la attraversa quando il
transistor è saturo vale:
I CC =
VCC − 0,2 12 − 0,2
=
= 40mA
300
300
Il transistor BC337 ha un hFEmin=100. Per tenerlo in saturazione occorre una corrente di base:
I B min =
I CC
h FE min
=
40
= 0,40mA
100
Per cui è necessaria una resistenza di base:
R4 ≤
VOH − 0,7 12 − 0,7
=
= 28,25kΩ
−3
IB
0,4 ⋅ 10
G. Portaluri
Scegliamo R4 = 22 kΩ
circuito gestione impianto d’illuminazione
pag. 1/1