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A.S.E.3.1 ARCHITETTURA DEI SISTEMI ELETTRONICI LEZIONE N° 3 Riepilogo su segnali analogici e segnali digitaliRiepilogo su segnali analogici e segnali digitali.

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1 A.S.E.3.1 ARCHITETTURA DEI SISTEMI ELETTRONICI LEZIONE N° 3 Riepilogo su segnali analogici e segnali digitaliRiepilogo su segnali analogici e segnali digitali Conversione da segnale analogico a segnale numericoConversione da segnale analogico a segnale numerico Conversione da segnale numerico a segnale analogicoConversione da segnale numerico a segnale analogico Classificazione dei Sistemi ElettroniciClassificazione dei Sistemi Elettronici In funzione delle applicazioniIn funzione delle applicazioni In funzione dei tipi di segnali trattatiIn funzione dei tipi di segnali trattati Effetti dei disturbi e rumoreEffetti dei disturbi e rumore –---------------------------------------------------------------------------------- Sistema numericoSistema numerico Base 2, 3, 4, 5, 8, 10, 12, 16Base 2, 3, 4, 5, 8, 10, 12, 16 Aritmetica binariaAritmetica binaria

2 A.S.E.3.2 Richiami Definizione di SISTEMA ELETTRONICODefinizione di SISTEMA ELETTRONICO TrasduttoriTrasduttori AMPLIFICATOREAMPLIFICATORE Equilibrio energetico in un amplificatoreEquilibrio energetico in un amplificatore Breve storia dellElettronicaBreve storia dellElettronica Espansione di un Sistema ElettronicoEspansione di un Sistema Elettronico Blocchi base costituenti un Elaboratore ElettronicoBlocchi base costituenti un Elaboratore Elettronico Sistemi di elaborazione numericaSistemi di elaborazione numerica Segnali analogici e segnali digitaliSegnali analogici e segnali digitali

3 A.S.E.3.3 Riepilogo (1) 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 Segnale numerico 1Segnale numerico 1 –Viene assegnato al segnale campionato il valore numerico relativo allintervallo di appartenenza

4 A.S.E.3.4 Riepilogo (2) 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 VAl valore 0 si associa, per esempio, 0 V Al valore 1 si associa, per esempio, 5 VAl valore 1 si associa, per esempio, 5 V

5 A.S.E.3.5 Codifica Un valore numerico può essere codificato in un numero N di segnali digitaliUn valore numerico può essere codificato in un numero N di segnali digitali Valore Numerico ABC 0000 1001 2011 3010 4110 5111 6101 7100

6 A.S.E.3.6 Convertitori A/D Convertitore A/DConvertitore A/D segnale analogico segnale digitale codificatosegnale analogico segnale digitale codificato Convertitore D/AConvertitore D/A segnale digitale codificato segnale analogicosegnale digitale codificato segnale analogico A / D 4Vin A C B 1 0 1 D / A 4 Vout A C B 1 0 1

7 A.S.E.3.7 Tipi di segnali IngressiIngressi –Natura dei sensori In larga parte forniscono segnali analogiciIn larga parte forniscono segnali analogici –Variazione di tensione, corrente –Variazione di resistenza, capacità, induttanza, …. Segnali digitali di raggiunta posizioniSegnali digitali di raggiunta posizioni UsciteUscite –Natura dellattuatore Segnali analogiciSegnali analogici –a frequenza variabile –ampiezza variabile Segnali ON – OFF DigitaliSegnali ON – OFF Digitali

8 A.S.E.3.8 Tipi di Elaborazione Elaborazioni lineariElaborazioni lineari –Amplificazione –Somma di segnali –Differenza di segnali –Integrazione, derivazione –Filtraggio Elaborazioni non lineari (Numeriche)Elaborazioni non lineari (Numeriche) –Conteggio di impulsi –temporizzazione –Prodotto, divisione, medie pesate … Generazione di segnali sinusoidali, etc.Generazione di segnali sinusoidali, etc.

9 A.S.E.3.9 Classificazione in funzione delle Applicazioni Sistemi Elettronici per lAutomobileSistemi Elettronici per lAutomobile Sistemi Elettronici per le TelecomunicazioniSistemi Elettronici per le Telecomunicazioni Sistemi Elettronici per il ConsumerSistemi Elettronici per il Consumer Sistemi Elettronici per per i processi IndustrialiSistemi Elettronici per per i processi Industriali Sistemi Elettronici per per lautomazioneSistemi Elettronici per per lautomazione Sistemi Elettronici per la MedicinaSistemi Elettronici per la Medicina Sistemi Elettronici per lElaborazione (Office)Sistemi Elettronici per lElaborazione (Office)

10 A.S.E.3.10 Classificazione in funzione del tipo di ELABORAZIONE Sistemi Elettronici ANALOGICISistemi Elettronici ANALOGICI –Amplificazione –Interfaccia dingresso e duscita scopo: processare e trasferire linformazione fornita da un ingresso analogico con la minima DISTORSIONEscopo: processare e trasferire linformazione fornita da un ingresso analogico con la minima DISTORSIONE Sistemi Elettronici DIGITALISistemi Elettronici DIGITALI –Utilizza i dispositivi elettronici come interruttori –I segnali dingresso e duscita sono impulsivi Scopo: processare e trasferire linformazione fornita da un ingresso digitale con il minimo errore e la massima velocitàScopo: processare e trasferire linformazione fornita da un ingresso digitale con il minimo errore e la massima velocità Sistemi Elettronici di POTENZASistemi Elettronici di POTENZA –Controllo e conversione dellenergia elettrica

11 A.S.E.3.11 Tipi di segnali Il modo di realizzare un sistema elettronico dipende dalle frequenze proprie dei segnaliIl modo di realizzare un sistema elettronico dipende dalle frequenze proprie dei segnali –Sistemi per bassa frequenza –Sistemi per radio frequenze –Sistemi per onde millimetriche

12 A.S.E.3.12 Frequenze tipiche di alcuni segnali Segnali sismici1 ÷ 200 HzSegnali sismici1 ÷ 200 Hz Elettrocardiogramma0.05 ÷ 100 HzElettrocardiogramma0.05 ÷ 100 Hz Segnali audio20 Hz ÷ 15 kHzSegnali audio20 Hz ÷ 15 kHz Segnali video 50 Hz ÷ 4,2 MHzSegnali video 50 Hz ÷ 4,2 MHz Segnali radio AM 540 ÷ 1600 kHzSegnali radio AM 540 ÷ 1600 kHz Segnali radio FM 88 ÷ 106 MHzSegnali radio FM 88 ÷ 106 MHz Video VHF 54 ÷ 60 MHzVideo VHF 54 ÷ 60 MHz Video UHF 470 ÷ 806 MHzVideo UHF 470 ÷ 806 MHz Telefonia cellulare 1 824 ÷ 891.5 MHzTelefonia cellulare 1 824 ÷ 891.5 MHz Video satellitare 3.7 ÷ 4.2 GHzVideo satellitare 3.7 ÷ 4.2 GHz Comunicazioni a microonde1 ÷ 50 GHzComunicazioni a microonde1 ÷ 50 GHz

13 A.S.E.3.13 Rumore nei Sistemi Analogici DEFINIZIONEDEFINIZIONE 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 deterioraIl 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

14 A.S.E.3.14 Rumore nei Sistemi Digitali Il rumore si somma direttamente al segnale digitale e quindi lo deterioraIl 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 bassoÈ 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

15 A.S.E.3.15 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.)

16 A.S.E.3.16 Architettura di un calcolatore

17 A.S.E.3.17 Sistema Decimale Il sistema decimale è comunemente utilizzato nella nostra vita quotidianaIl sistema decimale è comunemente utilizzato nella nostra vita quotidiana Tipico numero decimaleTipico numero decimale Esso significaEsso significa Ciascun simbolo di questo numero rappresenta una quantità intera (8, 7, 2, 6,4)Ciascun simbolo di questo numero rappresenta una quantità intera (8, 7, 2, 6,4)

18 A.S.E.3.18 Notazione Posizionale Per rappresentare una quantità maggiore di quella associata a ciascun simbolo ( cifra, digit) si usano più digit per formare un numeroPer rappresentare una quantità maggiore di quella associata a ciascun simbolo ( cifra, digit) si usano più digit per formare un numero La posizione relativa di ciascun digit allinterno del numero è associata ad un pesoLa posizione relativa di ciascun digit allinterno del numero è associata ad un peso N = 587 = 5x10 2 + 8x10 1 + 7x10 0N = 587 = 5x10 2 + 8x10 1 + 7x10 0 Notazione posizionaleNotazione posizionale Rappresenta il polinomioRappresenta il polinomio

19 A.S.E.3.19 Sistema numerico non posizionale I numeri romani non danno luogo a un sistema numerico posizionaleI numeri romani non danno luogo a un sistema numerico posizionale Lo stesso simbolo in posizioni diverse assume valori diversi, ma non pesi diversi in funzione della baseLo stesso simbolo in posizioni diverse assume valori diversi, ma non pesi diversi in funzione della base EsempioEsempio –I; II; IV

20 A.S.E.3.20 Sistema Numerico Base (radice)Base (radice) Numero di simboli diversi di un sistema numericoNumero di simboli diversi di un sistema numerico Digit (Cifra)Digit (Cifra) ciascun simbolo = DIGIT denota una quantitàciascun simbolo = DIGIT denota una quantità BaseSistemaDigit 2binario 0, 1 3ternario 0, 1, 2 4quaternario 0, 1, 2, 3 5quinario 0, 1, 2, 3, 4 8ottale 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 10decimale 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 12duodecimale 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B 16esadecimale 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F

21 A.S.E.3.21 Rappresentazione completa Se si usano basi diverse, lo stesso numero rappresenta quantità diverse in funzione della base usataSe si usano basi diverse, lo stesso numero rappresenta quantità diverse in funzione della base usata Si deve quindi indicare la base utilizzataSi deve quindi indicare la base utilizzata EsempiEsempi –binary digit = bit (letterale pezzettino)

22 A.S.E.3.22 DecimaleBinarioTernarioOttaleEsadecimale 00000 11111 210222 3111033 41001144 51011255 61102066 71112177 8100022108 91001100119 10101010112A 11101110213B 12110011014C 13110111115D 14111011216E 15111112017F 16100001212010 Tabella

23 A.S.E.3.23 Operazioni aritmetiche di base Le quattro operazioni aritmetiche di base sono:Le quattro operazioni aritmetiche di base sono: –Addizione –Sottrazione –Moltiplicazione –Divisione Tali operazioni sono note in base decimaleTali operazioni sono note in base decimale Si possono eseguire con la stessa tecnica in qualunque baseSi possono eseguire con la stessa tecnica in qualunque base Si considera ora il sistema binario e quello ternarioSi considera ora il sistema binario e quello ternario –quello binario è di gran lunga il più importante

24 A.S.E.3.24 Addizione Addizione di due digitAddizione di due digit –Può essere espressa i modo tabellare Sistema binario Sistema ternarioSistema binario Sistema ternario b 01 a 001 11 0 C= 1 a+ba012 b0012 1120C=1 220C=11C=1 a+b

25 A.S.E.3.25 Addizione binaria 1 Somma di due bitSomma di due bit x + yx + y s = Sommas = Somma c = Carry (RIPORTO)c = Carry (RIPORTO) EsempioEsempio xysc 0000 0110 1010 1101 11111011001 1110101 11001110 carry 89 + 117 = 206 addendo somma

26 A.S.E.3.26 Addizione binaria 2 In caso di numeri frazionari si deve allineare il punto binarioIn caso di numeri frazionari si deve allineare il punto binario EsempioEsempio 1011.011+110.1011 =10010.0001 1111111 1011.011 110.1011 10010.0001 11.375 + 06.6875 = 18.0625

27 A.S.E.3.27 Addizione ternaria 1 Somma di due digitSomma di due digit x + yx + y d = Sommad = Somma c = Carry (RIPORTO)c = Carry (RIPORTO) EsempioEsempioxysc0000 0110 0220 1010 1120 1201 2020 2101 2211 11112021201 1221121 11020022 carry 1666 + 1420 = 3086 addendo somma

28 A.S.E.3.28 Addizione ternaria 2 In caso di numeri frazionari si deve allineare il punto ternarioIn caso di numeri frazionari si deve allineare il punto ternario EsempioEsempio 2012.012+120.1022 =2202.1212 11 2012.012 120.1022 2202.1212 59.1851 + 15.4320 = 74.6171

29 A.S.E.3.29 Sottrazione Sottrazione di due digitSottrazione di due digit –Può essere espressa i modo tabellare Sistema binario Sistema ternarioSistema binario Sistema ternario b 01 a 00 1 B= 1 110 a-bb012 a002B=11B=1 1102B=1 2210 a-b

30 A.S.E.3.30 Sottrazione binaria 1 Sottrazione di due bitSottrazione di due bit x - yx - y D = DifferenzaD = Differenza B = Borrow (PRESTITO)B = Borrow (PRESTITO) EsempioEsempio xyDB 0000 0111 1010 1100 111111001110 1110101 1011001 Borrow 206 - 117 = 89 minuendo sottraendo differenza

31 A.S.E.3.31 Sottrazione binaria 2 In caso di numeri frazionari si deve allineare il punto binarioIn caso di numeri frazionari si deve allineare il punto binario EsempioEsempio 10010.0001- 1011.011 =110.1011 1111111 10010.0001 1011.0110 110.1011 18.0625 - 11.375 = 06.6875

32 A.S.E.3.32 Sottrazione ternaria 1 Sottrazione di due digitSottrazione di due digit x - yx - y D = DifferenzaD = Differenza B = Borrow (PRESTITO)B = Borrow (PRESTITO) EsempioEsempioxyDB0000 0121 0211 1010 1100 1221 2020 2110 2200 1111111020022 1221121 2021201 3086 - 1420 = 1666 Borrow minuendo sottraendo differenza

33 A.S.E.3.33 Sottrazione ternaria 2 In caso di numeri frazionari si deve allineare il punto ternarioIn caso di numeri frazionari si deve allineare il punto ternario EsempioEsempio 2012.012 - 120.1022 = 2202.1212 2012.012 - 120.1022 = 2202.1212 11 2202.1212 2012.012 120.1022 74.6171 - 59.1851 = 15.4320

34 A.S.E.3.34 Moltiplicazione Moltiplicazione di due digitMoltiplicazione di due digit –Può essere espressa i modo tabellare Sistema binario Sistema ternarioSistema binario Sistema ternario b 01 a 000 101 a x b b012 a0000 1012 2021C=1

35 A.S.E.3.35 Moltiplicazione binaria Prodotto di due bitProdotto di due bit X x YX x Y P = ProdottoP = Prodotto EsempioEsempio xyP 000 010 100 111 10.11101 10.11 000.0 1011 1101.11 2.75 x 5 = 13.75 moltiplicando moltiplicatore prodotto Prodotti parziali

36 A.S.E.3.36 Moltiplicazione ternaria Prodotto di due digitProdotto di due digit X x YX x Y P = ProdottoP = Prodotto C = CarryC = Carry EsempioEsempio xyPC 0000 0100 0200 1000 1110 1220 2000 2120 2211 2102102 11211 0000 2102 222111 65 x 11 = 715 moltiplicando moltiplicatore prodotto Prodotti parziali

37 A.S.E.3.37 Divisione binaria Operazione divisione si effettua con moltiplicazioni e sottrazioni multipleOperazione divisione si effettua con moltiplicazioni e sottrazioni multiple Esempio binarioEsempio binario divisore dividendo quoziente resto10100.111-11110.1 100 -11 010 -00 101 -11 10

38 A.S.E.3.38 Divisione Ternaria EsempioEsempio divisore dividendo quoziente resto2010122102 11 00 110 101 2

39 A.S.E.3.39 Conclusioni Conversione A to D e D to AConversione A to D e D to A Tipi di segnali, Tipi di elaborazioneTipi di segnali, Tipi di elaborazione Classificazione dei Sistemi ElettroniciClassificazione dei Sistemi Elettronici In funzione delle applicazioniIn funzione delle applicazioni In funzione dei tipi di segnali trattatiIn funzione dei tipi di segnali trattati Effetti dei disturbi e rumoreEffetti dei disturbi e rumore Nei sistemi analogiciNei sistemi analogici Nei sistemi digitaliNei sistemi digitali Sistema numericoSistema numerico Base 2, 3, 4, 5, 8, 10, 12, 16Base 2, 3, 4, 5, 8, 10, 12, 16 Aritmetica binariaAritmetica binaria


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