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

Richiami Definizione di SISTEMA ELETTRONICO Trasduttori AMPLIFICATORE Equilibrio energetico in un amplificatore Breve storia dell’Elettronica Espansione di un Sistema Elettronico Blocchi base costituenti un Elaboratore Elettronico Sistemi di elaborazione numerica Segnali analogici e segnali digitali A.S.E.

Riepilogo (1) Segnale Analogico Segnale campionato Segnale numerico 1 Un segnale analogico ha un’ampiezza che varia in maniera continua nel tempo Segnale campionato Viene “congelato” il valore che il segnale analogico assume a intervalli regolari di tempo Segnale numerico 1 Viene assegnato al segnale campionato il valore numerico relativo all’intervallo di appartenenza A.S.E.

Riepilogo (2) Segnale numerico 2 Segnale Digitale Al segnale quantizzato si può associare il valore numerico “codificato” Segnale 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 A.S.E.

Codifica Un valore numerico può essere codificato in un numero N di segnali digitali Valore Numerico A B C 1 2 3 4 5 6 7 A.S.E.

Convertitori A/D Convertitore A/D Convertitore D/A A / D D / A segnale analogico Ü segnale digitale codificato Convertitore D/A segnale digitale codificato Ü segnale analogico A 1 A / D B 1 4 Vin C 1 A D / A 1 B Vout C 4 A.S.E.

Tipi di segnali Ingressi Uscite Natura dei sensori In larga parte forniscono segnali analogici Variazione di tensione, corrente Variazione di resistenza, capacità, induttanza, …. Segnali digitali di raggiunta posizioni Uscite Natura dell’attuatore Segnali analogici a frequenza variabile ampiezza variabile Segnali “ON” – “OFF” Digitali A.S.E.

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

Classificazione in funzione delle Applicazioni Sistemi Elettronici per l’Automobile Sistemi Elettronici per le Telecomunicazioni Sistemi Elettronici per il Consumer Sistemi Elettronici per per i processi Industriali Sistemi Elettronici per per l’automazione Sistemi Elettronici per la Medicina Sistemi Elettronici per l’Elaborazione (Office) A.S.E.

Classificazione in funzione del tipo di ELABORAZIONE Sistemi Elettronici ANALOGICI Amplificazione Interfaccia d’ingresso e d’uscita scopo: processare e trasferire l’informazione fornita da un ingresso analogico con la minima DISTORSIONE Sistemi Elettronici DIGITALI Utilizza i dispositivi elettronici come interruttori I segnali d’ingresso e d’uscita sono impulsivi Scopo: processare e trasferire l’informazione fornita da un ingresso digitale con il minimo errore e la massima velocità Sistemi Elettronici di POTENZA Controllo e conversione dell’energia elettrica A.S.E.

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

Frequenze tipiche di alcuni segnali Segnali sismici 1 ÷ 200 Hz Elettrocardiogramma 0.05 ÷ 100 Hz Segnali audio 20 Hz ÷ 15 kHz Segnali video 50 Hz ÷ 4,2 MHz Segnali radio AM 540 ÷ 1600 kHz Segnali radio FM 88 ÷ 106 MHz Video VHF 54 ÷ 60 MHz Video UHF 470 ÷ 806 MHz Telefonia cellulare 1 824 ÷ 891.5 MHz Video satellitare 3.7 ÷ 4.2 GHz Comunicazioni a microonde 1 ÷ 50 GHz A.S.E.

Rumore nei Sistemi Analogici DEFINIZIONE 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 viene amplificato insieme al segnale v t A.S.E.

Rumore nei Sistemi Digitali 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 0V > basso > 2 V ; 3 V > alto > 5 v t v t A.S.E.

Sistema Elettronico ~ ~ ELABORATORE SENSORE ATTUATORE ELABORATORE DIGITALE AMP ~ A / D D / A ~ AMP Sequenz. (M.S.F.) A.U. (R.C.) MEM (RAM) REG. (F - F) L.U. (R.C) I / O A.S.E.

Architettura di un calcolatore A.S.E.

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

Notazione Posizionale Per 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 all’interno del numero è associata ad un peso N = 587 = 5x102 + 8x101 + 7x100 Notazione posizionale Rappresenta il polinomio A.S.E.

Sistema numerico non posizionale I 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 base Esempio I; II; IV A.S.E.

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

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

Tabella A.S.E. Decimale Binario Ternario Ottale Esadecimale 1 2 10 3 1 2 10 3 11 4 100 5 101 12 6 110 20 7 111 21 8 1000 22 9 1001 1010 A 1011 102 13 B 1100 14 C 1101 15 D 1110 112 16 E 1111 120 17 F 10000 121 A.S.E.

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

Addizione Addizione di due digit Sistema binario Sistema ternario a b Può essere espressa i modo tabellare Sistema binario Sistema ternario a 1 2 b C=1 b 1 a C=1 a+b a+b A.S.E.

Addizione binaria 1 Somma di due bit Esempio x + y s = Somma c = Carry (RIPORTO) Esempio x y s c 1 carry 1 addendo 89 + 117 = 206 addendo somma A.S.E.

Addizione binaria 2 In caso di numeri frazionari si deve allineare il punto binario Esempio 1011.011+110.1011 =10010.0001 1 1. 0. 11.375 + 06.6875 = 18.0625 A.S.E.

Addizione ternaria 1 Somma di due digit Esempio x y s c 1 2 x + y 1 2 Somma di due digit x + y d = Somma c = Carry (RIPORTO) Esempio 1666 + 1420 = 3086 carry 1 2 addendo addendo somma A.S.E.

Addizione ternaria 2 In caso di numeri frazionari si deve allineare il punto ternario Esempio 2012.012+120.1022 =2202.1212 1 2 2. 0. 59.1851 + 15.4320 = 74.6171 A.S.E.

Sottrazione Sottrazione di due digit Sistema binario Sistema ternario Può essere espressa i modo tabellare Sistema binario Sistema ternario b 1 2 a B=1 b 1 a B=1 a-b a-b A.S.E.

Sottrazione binaria 1 Sottrazione di due bit Esempio x - y D = Differenza B = Borrow (PRESTITO) Esempio x y D B 1 Borrow 1 minuendo 206 - 117 = 89 sottraendo differenza A.S.E.

Sottrazione binaria 2 In caso di numeri frazionari si deve allineare il punto binario Esempio 10010.0001- 1011.011 =110.1011 1 0. 1. 18.0625 - 11.375 = 06.6875 A.S.E.

Sottrazione ternaria 1 Sottrazione di due digit Esempio x y D B 1 2 1 2 Sottrazione di due digit x - y D = Differenza B = Borrow (PRESTITO) Esempio 3086 - 1420 = 1666 Borrow 1 2 minuendo sottraendo differenza A.S.E.

Sottrazione ternaria 2 In caso di numeri frazionari si deve allineare il punto ternario Esempio 2012.012 - 120.1022 = 2202.1212 1 2 2. 0. 74.6171 - 59.1851 = 15.4320 A.S.E.

Moltiplicazione Moltiplicazione di due digit Può essere espressa i modo tabellare Sistema binario Sistema ternario b 1 2 a C=1 b 1 a a x b a x b A.S.E.

Moltiplicazione binaria Prodotto di due bit X x Y P = Prodotto Esempio x y P 1 1 0. 1. moltiplicando moltiplicatore Prodotti parziali 2.75 x 5 = 13.75 prodotto A.S.E.

Moltiplicazione ternaria x y P C 1 2 Prodotto di due digit X x Y P = Prodotto C = Carry Esempio 2 1 moltiplicando moltiplicatore Prodotti parziali 65 x 11 = 715 prodotto A.S.E.

Divisione binaria Operazione divisione si effettua con moltiplicazioni e sottrazioni multiple Esempio binario divisore dividendo 1 0. - quoziente resto A.S.E.

Divisione Ternaria Esempio divisore dividendo 2 1 -1 quoziente resto 1 -1 quoziente resto A.S.E.

Conclusioni Conversione A to D e D to A Tipi di segnali, Tipi di elaborazione Classificazione dei Sistemi Elettronici In funzione delle applicazioni In funzione dei tipi di segnali trattati Effetti dei disturbi e rumore Nei sistemi analogici Nei sistemi digitali Sistema numerico Base 2, 3, 4, 5, 8, 10, 12, 16 Aritmetica binaria A.S.E.