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SEP – Ing. Saponara 1.1 Sistemi Elettronici Programmabili DOCENTE: Ing. Sergio Saponara Dipartimento di Ingegneria dellInformazione Dipartimento di Ingegneria.

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Presentazione sul tema: "SEP – Ing. Saponara 1.1 Sistemi Elettronici Programmabili DOCENTE: Ing. Sergio Saponara Dipartimento di Ingegneria dellInformazione Dipartimento di Ingegneria."— Transcript della presentazione:

1 SEP – Ing. Saponara 1.1 Sistemi Elettronici Programmabili DOCENTE: Ing. Sergio Saponara Dipartimento di Ingegneria dellInformazione Dipartimento di Ingegneria dellInformazione Telefono: Telefono: Ricevimento (sempre, previo appuntamento via o telefono), Ricevimento (sempre, previo appuntamento via o telefono), Materiale didattico: Materiale didattico:

2 SEP – Ing. Saponara 1.2 Sistemi Elettronici per il Controllo Schema a blocchi sistema elettronico Schema a blocchi sistema elettronico Esempi sistema elettronico di controllo Esempi sistema elettronico di controllo Richiami su segnali analogici e digitali e conversione A/D e D/A Richiami su segnali analogici e digitali e conversione A/D e D/A Classificazione dei sistemi elettronici Classificazione dei sistemi elettronici

3 SEP – Ing. Saponara 1.3 Sistemi elettronici nella vita quotidiana –Apparecchi telefonici –Apparecchi radio –Televisione –Sistemi audio e video –Personal computer –Sistemi di controllo industriale –Sistemi di sicurezza su autovetture (e.g. ABS) –Sistemi di iniezione e di accensione –Domotica –………………………………….

4 SEP – Ing. Saponara 1.4 Esempi di Sistemi Elettronici Esempio 1: Ricevitore radio Esempio 1: Ricevitore radio Esempio 2 :Amplificatore audio Sistema di elaborazione Sistema di elaborazione Antenna Altoparlante Sistema di elaborazione Sistema di elaborazione Microfono Altoparlante

5 SEP – Ing. Saponara 1.5 Sistema Elettronico SENSORESENSOREATTUATOREATTUATORE ELABORATOREELABORATORE ~~~~~~ ~~~~~~ AMP A / D ~~~~~~ ~~~~~~ AMP D / A ELABORATORE DIGITALE Sequenz. (M.S.F.) Sequenz. (M.S.F.) A.U. (R.C.) A.U. (R.C.) MEM (RAM) MEM (RAM) REG. (F - F) REG. (F - F) L.U. (R.C) L.U. (R.C) I / O (M.S.F.) I / O (M.S.F.)

6 SEP – Ing. Saponara 1.6 Blocchi Fondamentali Sensore/trasduttore Sensore/trasduttore –Trasforma la grandezza fisica che si vuole acquisire in un segnale elettrico (tensione, corrente, variazione di resistenza, capacità, induttanza, etc.) Attuatore Attuatore –Trasforma un segnale elettrico in una grandezza fisica di interesse (movimento, forza, luce, etc.) Sistema di elaborazione Sistema di elaborazione –esegue operazioni lineari e/o non lineari sul segnale dingresso per fornire in uscita il segnale di pilotaggio dellattuatore

7 SEP – Ing. Saponara 1.7 Grandezze elettriche Corrente elettrica Corrente elettrica –Quantità di cariche elettriche (elettroni) che attraversano una sezione nellunità di tempo (analogia idraulica)(analogia idraulica) Tensione elettrica Tensione elettrica –Energia (potenziale) che causa il passaggio di corrente il passaggio di corrente (analogia idraulica)(analogia idraulica) I E

8 SEP – Ing. Saponara 1.8 Elementi circuitali [GENERATORI] Generatore di tensione Generatore di tensione Generatori di corrente Generatori di corrente VDC 5V VM IDC 2A I2

9 SEP – Ing. Saponara 1.9 Elementi circuitali [Elementi Passivi] Resistenza Resistenza Induttanza Induttanza Capacità Capacità RVRVR IRIR - + [Legge di Ohm] LVLVL ILIL - + CVCVC ICIC - +

10 SEP – Ing. Saponara 1.10 Esempi di Attuatori Riscaldatori resistivi Riscaldatori resistivi –per produrre calore Diodi emettitori di luce, variatori di luce Diodi emettitori di luce, variatori di luce –per controllare la luminosità Solenoidi Solenoidi –per produrre forze Motori elettrici Motori elettrici –per produrre spostamenti Altoparlanti e trasduttori ultrasonici Altoparlanti e trasduttori ultrasonici –per produrre suoni

11 SEP – Ing. Saponara 1.11 Esempi di Sensori Termistori e temocoppie Termistori e temocoppie misura di temperaturamisura di temperatura Foto diodi e foto transistori Foto diodi e foto transistori misura di lucemisura di luce Materiali piezoelettrici e strain gauges Materiali piezoelettrici e strain gauges misura di forzamisura di forza Potenziometri, sensori induttivi …. Potenziometri, sensori induttivi …. misura di lunghezzamisura di lunghezza Generatori tachimetrici, accelerometri, … Generatori tachimetrici, accelerometri, … misura di velocità e accelerazionemisura di velocità e accelerazione Microfoni Microfoni

12 SEP – Ing. Saponara 1.12 Blocchi Base Sistema Elettronico AMP=Amplificatore AMP=Amplificatore Filtro=Elimina le frequenze inutili Filtro=Elimina le frequenze inutili (filtro anti aliasing – passa basso) A/D=Convertitore Analogico/Digitale A/D=Convertitore Analogico/Digitale El. Dig.=Elaboratore Numerico El. Dig.=Elaboratore Numerico (opera su grandezze numeriche e logiche) D/A =Convertitore Digitale/Analogico D/A =Convertitore Digitale/Analogico Filtro=Interpolatore (passa basso) Filtro=Interpolatore (passa basso) AMP=Amplificatore AMP=Amplificatore

13 SEP – Ing. Saponara 1.13 Sistema Elettronico di Controllo: Schema generale

14 SEP – Ing. Saponara 1.14 Sistema Elettronico di Controllo: Esempio Engine Control Unit

15 SEP – Ing. Saponara 1.15 Sistema Elettronico di Controllo: Esempio Intelligent Mirror in Car

16 SEP – Ing. Saponara 1.16

17 SEP – Ing. Saponara 1.17 Il mondo esterno è caratterizzato da variabili analogiche Un segnale analogico ha unampiezza che varia in maniera continua nel tempo Un segnale analogico ha unampiezza che varia in maniera continua nel tempo Ampiezza (e.g. Volt) t

18 SEP – Ing. Saponara 1.18 Segnale campionato 1 Viene associato il valore che il segnale analogico assume nellistante di campionamento Viene associato il valore che il segnale analogico assume nellistante di campionamento Ampiezza t TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC

19 SEP – Ing. Saponara 1.19 Segnale campionato 2 Viene congelato il valore che il segnale analogico assume a intervalli regolari di tempo (Sample & Hold) Viene congelato il valore che il segnale analogico assume a intervalli regolari di tempo (Sample & Hold) Ampiezza t TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC

20 SEP – Ing. Saponara 1.20 Segnale numerico 1 Viene assegnato al segnale campionato il valore numerico relativo allintervallo di appartenenza Viene assegnato al segnale campionato il valore numerico relativo allintervallo di appartenenza Ampiezza t TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC

21 SEP – Ing. Saponara 1.21 Segnale numerico 2 Al segnale quantizzato si può associare il valore numerico codificato Al segnale quantizzato si può associare il valore numerico codificato Ampiezza t TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC

22 SEP – Ing. Saponara 1.22 Codifica Binaria Un valore numerico può essere codificato in un numero N di segnali digitali, i bit (e.g. N=3 in tabella) Un valore numerico può essere codificato in un numero N di segnali digitali, i bit (e.g. N=3 in tabella) NumeroAMSBBCLSB

23 SEP – Ing. Saponara 1.23 Segnale Digitale Particolare segnale numerico che può assumere solo due valori 0 e 1 Particolare segnale numerico che può assumere solo due valori 0 e 1 –Al valore 0 si associa, per esempio, la grandezza elettrica 0 V –Al valore 1 si associa, per esempio, la grandezza elettrica 5 V 0 1 TSTS TSTS TSTS TSTS TSTS TSTS TSTS TSTS TSTS TSTS TSTS TSTS

24 SEP – Ing. Saponara 1.24 Errore di Quantizzazione Il segnale Numerico può assumere solo un numero finito di valori Il segnale Numerico può assumere solo un numero finito di valori –Discretizzazione Il segnale Analogico può variare con continuità Il segnale Analogico può variare con continuità Il segnale numerico rappresenta il segnale analogico solo in certi istanti, in altri istanti si commette un errore Il segnale numerico rappresenta il segnale analogico solo in certi istanti, in altri istanti si commette un errore

25 SEP – Ing. Saponara 1.25 Caratteristica di trasferimento Grafico della grandezza duscita in funzione della grandezza dingresso Grafico della grandezza duscita in funzione della grandezza dingresso Esempio rampa lineare con intervallo quantizzazione Δ = 1 Volt Esempio rampa lineare con intervallo quantizzazione Δ = 1 Volt VIVI VUVU VUVU AMP = 1 VIVI VUVU A / N VIVI VUVU

26 SEP – Ing. Saponara 1.26 Grafico dellErrore di Quantizzazione Errore di Quantizzazione Errore di Quantizzazione –Differenza, in un determinato istante, fra il valore del segnale analogico e valore del segnale numerico VIVI VUVU VUVU Errore di quantizzazione VIVI

27 SEP – Ing. Saponara 1.27 Minimizzazione dellERRORE Scegliendo il valore di commutazione in corrispondenza n+0.5 si ha il modulo dellerrore al massimo è pari a Δ /2 Scegliendo il valore di commutazione in corrispondenza n+0.5 si ha il modulo dellerrore al massimo è pari a Δ / Errore di quantizzazione VIVI VUVU VUVU

28 SEP – Ing. Saponara 1.28 Riepilogo Segnale analogicoSegnale analogico –Un segnale analogico ha unampiezza che varia in maniera continua nel tempo Segnale campionatoSegnale campionato –Viene congelato il valore che il segnale analogico assume a intervalli regolari di tempo (Sample & Hold – S&H) Segnale numerico 1Segnale numerico 1 –Viene assegnato al segnale campionato il valore numerico relativo allintervallo di appartenenza Segnale numerico 2Segnale numerico 2 –Al segnale quantizzato si può associare il valore numerico codificato Segnale DigitaleSegnale Digitale –Particolare segnale numerico che può assumere solo due valori 0 e 1, –Al valore 0 si associa, per esempio, 0 V – Al valore 1 si associa, per esempio, 5 V

29 SEP – Ing. Saponara 1.29 Rumore nei Sistemi Analogici DEFINIZIONE DEFINIZIONE Segnale estraneo dovuto a:Segnale estraneo dovuto a: –Agitazione termica degli elettroni in resistenze –Accoppiamento induttivo o capacitivo con segnali di altri sistemi Il rumore si somma direttamente al segnale analogico e quindi lo deteriora Il rumore si somma direttamente al segnale analogico e quindi lo deteriora Il rumore viene amplificato insieme al segnaleIl rumore viene amplificato insieme al segnale v t

30 SEP – Ing. Saponara 1.30 Rumore nei Sistemi Digitali Il rumore si somma direttamente al segnale digitale e quindi lo deteriora Il rumore si somma direttamente al segnale digitale e quindi lo deteriora È possibile ricostruire il segnale definendo gli intervalli entro i quali si attribuisce il valore alto e il valore basso È possibile ricostruire il segnale definendo gli intervalli entro i quali si attribuisce il valore alto e il valore basso 0V > basso > 2 V ; 3 V > alto > 50V > basso > 2 V ; 3 V > alto > 5 v t v t


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