A.S.E.3.1 ARCHITETTURA DEI SISTEMI ELETTRONICI LEZIONE N° 3 Segnale analogicoSegnale analogico Segnale campionatoSegnale campionato Segnale numericoSegnale.

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1 A.S.E.3.1 ARCHITETTURA DEI SISTEMI ELETTRONICI LEZIONE N° 3 Segnale analogicoSegnale analogico Segnale campionatoSegnale campionato Segnale numericoSegnale numerico Segnale digitaleSegnale digitale 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

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 dell’ElettronicaBreve storia dell’Elettronica 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

3 A.S.E.3.3 Segnale analogico Un segnale analogico ha un’ampiezza che varia in maniera continua nel tempoUn segnale analogico ha un’ampiezza che varia in maniera continua nel tempo Ampiezza t 1 2 3 4 5 6

4 A.S.E.3.4 Segnale campionato Viene “congelato” il valore che il segnale analogico assume a intervalli regolari di tempoViene “congelato” il valore che il segnale analogico assume a intervalli regolari di tempo Ampiezza t 1 2 3 4 5 6 TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC

5 A.S.E.3.5 Segnale numerico 1 Viene assegnato al segnale campionato il valore numerico relativo all’intervallo di appartenenzaViene assegnato al segnale campionato il valore numerico relativo all’intervallo di appartenenza Ampiezza t 1 2 3 4 5 6 TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC

6 A.S.E.3.6 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 1 2 3 4 5 6 TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC 24542102465

7 A.S.E.3.7 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, 0 V –Al valore “1” si associa, per esempio, 5 V 0 1 TSTS TSTS TSTS TSTS TSTS TSTS TSTS TSTS TSTS TSTS TSTS TSTS 011010101110

8 A.S.E.3.8 Errore di Quantizzazione Il segnale “Numerico” può assumere solo un numero finito di valoriIl segnale “Numerico” può assumere solo un numero finito di valori –Discretizzazione Il segnale Analogico può variare con continuitàIl segnale Analogico può variare con continuità Il segnale numerico rappresenta il segnale analogico solo in certi istanti, in altri istanti si commette un erroreIl segnale numerico rappresenta il segnale analogico solo in certi istanti, in altri istanti si commette un errore ERRORE DI QUANTIZZAZIONEERRORE DI QUANTIZZAZIONE Conversione di una rampa in una gradinataConversione di una rampa in una gradinata

9 A.S.E.3.9 Caratteristica di trasferimento Grafico della grandezza d’uscita in funzione della grandezza d’ingressoGrafico della grandezza d’uscita in funzione della grandezza d’ingresso Esempio rampa lineareEsempio rampa lineare VIVI VUVU VUVU 12345 1 2 3 4 5 AMP = 1 VIVI VUVU A / N VIVI VUVU

10 A.S.E.3.10 Grafico dell’Errore di Quantizzazione Errore di QuantizzazioneErrore di Quantizzazione –Differenza, in un determinato istante, fra il valore del segnale analogico e valore del segnale numerico VIVI VUVU VUVU 12345 1 2 3 4 5 12345 0 1 Errore di quantizzazione VIVI

11 A.S.E.3.11 Minimizzazione dell’ERRORE Scegliendo il valore di commutazione in corrispondenza n+0.5 si ha il modulo dell’errore al massimo è pari a 0.5Scegliendo il valore di commutazione in corrispondenza n+0.5 si ha il modulo dell’errore al massimo è pari a 0.5 12345 0 -0.5 Errore di quantizzazione VIVI VUVU VUVU 12345 1 2 3 4 5 0.5

12 A.S.E.3.12 Riepilogo (1) Segnale AnalogicoSegnale Analogico –Un segnale analogico ha un’ampiezza 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 all’intervallo di appartenenza

13 A.S.E.3.13 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

14 A.S.E.3.14 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

15 A.S.E.3.15 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

16 A.S.E.3.16 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 dell’attuatore Segnali analogiciSegnali analogici –a frequenza variabile –ampiezza variabile Segnali “ON” – “OFF” DigitaliSegnali “ON” – “OFF” Digitali

17 A.S.E.3.17 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.

18 A.S.E.3.18 Classificazione in funzione delle Applicazioni Sistemi Elettronici per l’AutomobileSistemi Elettronici per l’Automobile 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 l’automazioneSistemi Elettronici per per l’automazione Sistemi Elettronici per la MedicinaSistemi Elettronici per la Medicina Sistemi Elettronici per l’Elaborazione (Office)Sistemi Elettronici per l’Elaborazione (Office)

19 A.S.E.3.19 Classificazione in funzione del tipo di ELABORAZIONE Sistemi Elettronici ANALOGICISistemi Elettronici ANALOGICI –Amplificazione –Interfaccia d’ingresso e d’uscita scopo: processare e trasferire l’informazione fornita da un ingresso analogico con la minima DISTORSIONEscopo: processare e trasferire l’informazione fornita da un ingresso analogico con la minima DISTORSIONE Sistemi Elettronici DIGITALISistemi 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 velocitàScopo: processare e trasferire l’informazione fornita da un ingresso digitale con il minimo errore e la massima velocità Sistemi Elettronici di POTENZASistemi Elettronici di POTENZA –Controllo e conversione dell’energia elettrica

20 A.S.E.3.20 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

21 A.S.E.3.21 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

22 A.S.E.3.22 Conclusioni Segnale analogicoSegnale analogico Segnale campionato, numerico, digitaleSegnale campionato, numerico, digitale Errore di quantizzazioneErrore di quantizzazione Codifica di un segnale numericoCodifica di un segnale numerico 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