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Elettronica In - marzo ‘98 1

ELETTRONICA IN Rivista mensile, anno IV n. 27 MARZO 1998

Direttore responsabile:Arsenio SpadoniResponsabile editoriale:Carlo VignatiRedazione:Paolo Gaspari, Sandro Reis,Francesco Doni, Andrea Lettieri,Angelo Vignati, Alfio Cattorini,Antonella Mantia, Andrea Silvello,Alessandro Landone, Marco Rossi.

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SOMMARIO

UN TIMER PER LA TVTemporizzatore programmabile da 10 a 90 minuti che, allo sca-dere del tempo, toglie alimentazione al carico collegato. Il circui-to è gestito da microcontrollore e visualizza su un display a 7segmenti il tempo mancante.

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BERSAGLIO LASER INTELLIGENTEOriginale bersaglio che funziona con i puntatori laser: è compo-sto da led ad alta luminosità che, quando vengono colpiti dalraggio laser, si illuminano evidenziando dove avete colpito.

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PROGRAMMATORE PER MICRO ST6Un solo circuito di sviluppo per le tre principali famiglie di micro-controllori della SGS-Thompson: ST621x, ST622x e ST626x;semplice ed economico consente un notevole risparmio e lamassima flessibilità d’uso. Prima parte.

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CORSO DI PROGRAMMAZIONE PER PICImpariamo a programmare con la famiglia di microcontrollori PICdella Microchip caratterizzata da una grande flessibilità d’uso eda una estrema semplicità di impiego. Settima puntata.

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Iscrizione al Registro Nazionale dellaStampa n. 5136 Vol. 52 Foglio

281 del 7-5-1996.

INTERFONO VIA RADIOPermette la comunicazione a distanza tra due punti, sfruttandola trasmissione via radio, assicurata dai moduli Aurel FM Audio;garantisce una copertura di un centinaio di metri, incorpora ilcomando di parla/ascolta e un generatore di tono di chiamata.

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Mensile associatoall’USPI, Unione StampaPeriodica Italiana

UNA SVEGLIA LUMINOSAUn quarto d’ora prima di suonare accende gradualmente una opiù luci collegate, simulando il sorgere del sole. Il dispositivoincorpora un display luminoso che visualizza l’ora.

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PARLIAMO DI MICROFONICerchiamo di sapere qualcosa di più su un elemento che spessovediamo solo dall’esterno; piccolo, grande, economico o costoso, ilmicrofono spesso viene chiamato in causa quando trattiamo consistemi per l’audio, sistemi hi-fi, amplificazione professionale.

9 UN SISTEMA DI RILEVAZIONE PRESENZEUtile programma per PC che sfrutta il dispositivo di lettura badgeseriale per registrare il passaggio in entrata e in uscita di un massi-mo di 30 persone; ideale per l’utilizzo in uffici e piccole aziende.

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Il controllo delle presenze e degli accessi è spessonecessario, soprattutto in ambiti quali lavoro e sicu-

rezza: nel primo caso serve perverificare l’afflusso ed il movi-mento del personale, nonché perdirimere o dissipare dubbi circa lapresenza o l’assenza di un dipen-dente dall’ufficio o dall’azienda;ma è anche indispensabile nei luo-ghi dove si trovano documenti oapparecchiature riservati, per sele-zionare le persone che vi possonoentrare e tenere lontane le altre odare l’allarme alla vigilanza quan-do una persona estranea tentassedi entrare. Per raggiungere questie gli altri scopi attinenti sonostati messi a punto vari sistemi,tra i quali spicca ormai datempo, per comodità e sicurezzad’uso, la tessera magnetica: ilcosiddetto badge, del tipo diquelli che abitualmente usia-mo per fare telefonate dagli apparecchi pubblici, perpagare al supermercato o prelevare soldi agli sportelli

bancomat, ma anche per varcare i tornelli della ditta lamattina e la sera finito il turno di lavoro. Si tratta in

sostanza di una tessera formatocarta di credito che dispone di unabanda magnetica superficiale nellaquale sono contenute 3 tracce,secondo lo standard ISO 7811: laprima (IATA, sigla di InternationalAir Transportation Association) èutilizzata per i servizi legati al tra-sporto aereo ed al relativo persona-le, la seconda (ABA, sigla diAmerican Bankers Association) èriservata ai servizi bancari e adenaro, quindi sportelli automati-ci, servizi di credito, ecc. Laterza traccia (MINTS, sigla diMutual Institutions National

Transfer System) èinvece dedicata a

tutti quei servizitipo codici fiscali,

sanitari, identifi-cazione di clienti, ecc. Già in passato, nei fascicoli 8e 10 della nostra rivista, ci siamo occupati di tessere

CONTROLLI

UN SISTEMA DIRILEVAZIONE

PRESENZECome utilizzare un lettore di badge interfacciato con un Personal Computer

IBM o compatibile per registrare il passaggio in entrata o in uscita di un massimo di 30 persone diverse; un apparato professionale destinato

all’impiego in uffici, laboratori, ecc. In queste pagine trovate il programma,adatto a funzionare con il nostro lettore ad uscita seriale.

di Dario Marini

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magnetiche e di relativi lettori, propo-nendo la prima volta una panoramicasulle carte disponibili e sul loro uso, edun’applicazione classica nel fascicolon. 9: un lettore con uscita a relè utiliz-zabile come chiave per abilitare elettro-serrature e sistemi d’allarme. Ma ilprogetto che più ci interessa in questomomento è il successivo lettore dibadge proposto nel fascicolo n. 10, per-ché dotato di interfaccia seriale e adat-to quindi per gestire mediante unPersonal Computer i dati contenutinelle tessere magnetiche. Ci interessain particolar modo perché in questepagine vi proponiamo un programmastudiato su misura per questo circuitodi interfaccia allo scopo di realizzareun efficace e completo controllo diaccessi computerizzato, ideale perl’impiego in tutte le situazioni in cuiserve verificare l’entrata o l’uscita diuna o più persone in un certo luogo: adesempio in un’azienda (serve come“cartellino” per l’orario di lavoro deidipendenti) in un laboratorio, in uncaveau, nelle scuole, in una piccolapalestra, ecc. Proponiamo insomma un

sistema di controllo accessi e/o presen-ze, fatto con tutti i canoni e adatto, evi-dentemente, al più vasto campo possi-bile di applicazioni: qualcosa di generi-co che va bene dovunque, anche se pro-babilmente non farà tutte quelle coseche specificamente richiede quello oquell’altro ambito. Ma non è nostroscopo o compito fare qualcosa di spe-cialistico, ma solo spiegarvi come sirealizza un sistema del genere, metten-do a disposizione l’hardware ed ilsoftware.

LA SCHEDADI INTERFACCIA

Analizziamo dunque le due parti checompongono il nostro sistema, parten-do dall’hardware: si tratta in pratica delprogetto di lettore seriale presentato sulfascicolo n. 10 di Elettronica In: un let-tore di badge per la traccia ISO 2 dota-to di uscita seriale a standard RS232-C;questo dispositivo funziona collegatoad un Personal Computer IBM o com-patibile, al quale invia i dati contenutinelle tessere magnetiche “passate” di

volta in volta nel lettore a strisciamen-to vero e proprio. Per ogni codice lettoprovvede a dare una segnalazione acu-stica, confermando a chi ha inseritouna tessera che la stessa è stata letta.Senza scendere troppo nei dettagli (chivolesse saperne di più potrà leggerel’articolo del lettore seriale pubblicatoa pagina 17 del fascicolo n. 10) dicia-mo solo che il circuito è collegato adun lettore a strisciamento cod. LSB12dotato di 5 fili per il collegamento, deiquali due sono per l’alimentazione (5volt c.c.) e tre per la gestione, ovverouno per i dati (RDP, Read Data Pulse)uno per il rilevamento dell’inserimentodella carta (CLS, ovvero Card LoadingSignal) e l’altro per il clock (RCL,Read CLock). Il funzionamento del let-tore vero e proprio è il seguente: quan-do si inserisce una tessera magnetica ilsensore posto al suo interno rileva que-st’ultima e pone a livello basso la lineaCLS; passando la banda magneticasotto la testina il contatto RCL produceun segnale di clock ricavato sulla basedella velocità di strisciamento. Il clockè indispensabile per sincronizzarsi coni dati inviati sulla linea dei dati RDP.Le tessere magnetiche previste perl’uso nel nostro sistema sono quelle astandard ISO7811 e quindi a tre bande,delle quali usiamo la seconda (il nostrolettore a strisciamento è fatto solo perquesta) che può contenere un massimodi 40 caratteri formati ognuno da 5 bit,quindi 200 bit di dati. Per fare un esem-pio, il carattere 0 (codice 0) è così com-posto: 10000. Nella nostra applicazio-ne viene memorizzato in ogni tesseraun insieme di 7 codici ASCII, ed è pos-sibile identificare fino a 30 diversiutenti, caratterizzati tutti da una parteiniziale del codice che si presenta così:01010 xx; 01010 è un codice ASCII diriferimento, mentre xx rappresenta ilnumero decimale della card magneticae quindi del relativo utente. Per prepa-rare un badge all’uso con il nostrosistema occorre scrivergli nella parteiniziale il dato 01010 (espresso comecarattere ASCII) e di seguito un nume-ro decimale da 01 a 30 (espresso sem-pre come carattere ASCII), utilizzandoun apposito programmatore ed il relati-vo programma fornito dal costruttore.Un buon apparecchio, adatto alla scrit-tura delle tessere ISO7811, si puòacquistare presso la ditta Futura

un sistema per tanti usiIl controllo delle presenze o degli accessi che proponiamo trova appli-cazione in tanti campi, dalla semplice sperimentazione al lavoro, allascuola, alla sicurezza: le comunicazioni date a video, le segnalazioni ele registrazioni su file ASCII permettono di monitorare la presenza ol’assenza di personale in fabbriche ed uffici, di bloccare intrusi, di regi-strare gli orari di entrata ed uscita, ed altre cose ancora. Le principa-li caratteristiche del sistema si possono così elencare:- compatibilità con PC IBM e compatibili e Microsoft Windows 3.1,Win32, Windows 95 e Windows NT;- collegamento seriale a standard RS232-C;- rilevazione di tessere a standard ISO 7811 con registrazione sullatraccia ISO 2 e codici pari a 01010n, con n compreso fra 1 e 30;- visualizzazione su monitor di una schermata indicante le letture delletessere, i relativi nomi, la presenza o l’assenza (ovvero il verso del pas-saggio) e messaggi di diagnostica nel caso qualcuno voglia introdursicon una carta non abilitata, o con una cancellata;- opzioni per la forzatura manuale dello stato di entrata/uscita, qualo-ra uscendo o entrando una delle persone dimentichi di registrarsi conla propria carta;- registrazione cronologica su file ASCII mensile di tutte le letture effet-tuate, ovvero dei passaggi fatti dalle tessere in ogni mese (un file per unmese...) e delle simulazioni manuali introdotte dall’operatore;- possibilità di selezione via software della porta seriale utilizzata peril collegamento PC-interfaccia.


Il nostro rilevatore di presenza utilizza come elemento sensibile unlettore commerciale prodotto dalla ditta KDE in grado leggere la traccia di

lavoro ISO 2 (ABA) di qualsiasi tessera con badge conforme alle norme ISO7811. Il lettore della KDE contiene una testina magnetica che ha il compito di

trasformare le variazioni di campo magnetico, dovute al passaggio della tessera, in segnali elettrici; un blocco elettronico di amplificazione e

decodifica provvede ad elevare il segnale della testina, a squadrarlo e a trasformarlo in impulsi digitali. Le dimensioni

esterne del lettore sono 30 x99 mm (altezza 29 mm).

il lettore di badgeElettronica di Rescaldina (MI) che for-nisce anche il relativo software applica-tivo. Negli articoli proposti nei fascico-li 8, 9 e 10 di Elettronica In sono spie-gate le nozioni di base che servono perlo svolgimento delle varie operazioni.Quanto al funzionamento della schedadi interfaccia, occorre rammentare cheè gestita da un microcontrolloreST6260 in grado di rilevare di volta involta l’inserimento della tessera nel let-tore tramite il piedino 13 (linea A)quindi di acquisire i dati in arrivo sulpin 11 (linea C) secondo la scansioneprodotta dal segnale di clock ricevutodal piedino 12 (linea B). Il microcon-trollore, elabora questi dati e li con-fronta con un campione che tiene inmemoria per verificare se sono ammis-sibili, ovvero compatibili con lo stan-dard ISO7811: se lo sono attiva il cica-lino BZ facendolo suonare per un istan-te ed indicando che la tessera è stataletta e che la rispettiva operazione èandata a buon fine. In questo caso, ilmicro trasmette in forma seriale, trami-te il proprio piedino 8, i dati verso ilconvertitore integrato U1: quest’ultimoè il MAX232, che trasla i livelli logiciTTL del circuito in RS232-C, ovvero -12V/+12V. Il segnale digitale conte-nente i dati giunge quindi al contatto 3del connettore DB-25 per l’interfacciaseriale con il Personal Computer.

IL SOFTWARE

Bene, giunti a questo punto passiamoal software, che è poi l’oggetto vero eproprio di questo articolo: si tratta di unprogramma scritto appositamente perfunzionare con i PC IBM o compatibi-li, sotto Microsoft Windows 3.1 o supe-riore, quindi anche Win32, Windows95, e Windows NT. E’ stato pensato perrilevare i dati dalla porta serialeRS232-C, scegliendo tra la COM1(indirizzo esadecimale 378) e la COM2(indirizzo Hex 278) giacché quasi sem-pre una delle due è impegnata dalmouse. In sintesi il programma fa que-sto: 1) rileva i dati della tessera cheviene passata di volta in volta e se sonotra quelli ammessi produce a video unarisposta diversa se si riferiscono ad uncodice tra quelli assegnati ad un nomeo se invece sono sconosciuti; 2) rilevacronologicamente i dati pervenuti e liregistra in un file ASCII (leggibile con

l’editor dell’MS-DOS); 3) permettel’impostazione e l’assegnazione deinomi ai codici delle stesse tessere; 4)offre la possibilità di simulare il pas-saggio di una carta abilitata, registran-do la relativa operazione anche se inrealtà non è avvenuta; 5) con Windows‘95 può funzionare in “back-ground”,ovvero può essere attivato automatica-mente con l’accensione del PC e lavo-rare in modo “trasparente”; in pratica,il programma funziona correttamente,legge i dati dalla seriale e li salva nelrelativo file mentre nessuna videataappare a monitor e il PC lavora su altreapplicazioni. Scendiamo dunque neidettagli partendo dalla schermata cheappare avviando il programma(Presenze): il pannello di controllo per-mette ad un operatore, quale ad esem-pio una guardia o il custode di un’a-zienda, di vedere costantemente ognioperazione che si svolge, il nome attri-buito alla tessera che viene introdotta,se questa viene passata una volta o più,nonché di modificare i parametri cherisulta necessario variare. Allora, neicampi “nome” è indicato il nome o l’i-

dentificativo di una delle 30 personerilevabili, ovvero quello assegnato aciascuna tessera: per l’impostazione sideve puntare con il mouse il bottone“Imposta nomi” quindi cliccare, inmodo da ottenere la relativa videataillustrata in queste pagine; puntando ecliccando con il mouse nei campi a latodi ogni numero da 0 a 30 si inserisconoo si modificano (usando la tastiera...) irispettivi nomi, ovvero quelli da asse-gnare ad ogni tessera. Una volta impo-stati i nomi, per uscire dalla relativafinestra basta puntare e cliccare sul bot-tone “Fine”. Tornando al quadro prin-cipale vediamo in alto a destra un altrobottone: Opzioni; puntando e cliccandosu di esso si accede semplicemente albox che permette di selezionare laporta, ovvero l’indirizzo esadecimaledal quale il programma deve acquisire idati in arrivo dall’interfaccia del lettoredi badge. Vi sono due possibilità, ovve-ro COM1 e COM2: cliccando sul cer-chietto vicino alla prima si seleziona laseriale 1, mentre facendo altrettanto siattiva la 2. Notate che selezionando unasi esclude automaticamente l’altra,

Il lettore di badgetipo LSB12.


schema elettrico

COMPONENTI

R1: 100 KohmR2: 1 KohmR3: 22 KohmR4: 22 KohmC1: 470 µF 25VL elettr.C2: 100 nF multistratoC3: 220 µF 25VL elettr.C4: 1 µF 63VL elettr.C5: 1 µF 63VL elettr.

C6: 1 µF 63VL elettr.C7: 1 µF 63VL elettr.C8: 100 nF multistratoC9: 1 µF 63VL elettr.C10:100 nF multistratoC11: 220 µF 16VL elettr.C12: 47 µF 50VL elettr.C13:22 pF ceramicoC14:22 pF ceramicoD1: 1N4148D2: 1N4007

T1: BC547BU1: MAX232U2: ST62T60 (MF74)U3: 7805LD1: LED verde 5 mmPT1: Ponte diodi 1AFUS: Fusibile 200 mATF1: Trasformatore

220/9 2VAQ1: Quarzo 6 MhzBZ: Buzzer 12 volt

Varie:- morsettiera 2 poli;- morsettiera 3 poli (2 pz);- zoccolo 8 + 8;- zoccolo 10 + 10;- portafusibile da cs.;- presa 25 poli 90°;- lettore a strisciamento

cod. LSB12.- stampato cod. G035.

condizione evidenziata dalla scompar-sa del puntino a fianco di quella esclu-sa. Evidentemente la COM da usarecon il dispositivo non deve essere quel-la del mouse, altrimenti si crea un con-flitto di gestione e non funziona neppu-re il driver di quest’ultimo. Nel pannel-lo di controllo esiste poi un terzo botto-ne (STOP) che permette di abbandona-re il programma, ed un box, semprenella banda di destra, per la simulazio-ne del passaggio di una tessera tra quel-

le programmate: con tale funzione sipuò testare rapidamente il funziona-mento del programma, limitatamenteall’interfaccia verso l’utente, produ-cendo nel contempo la registrazionecronologica come se effettivamente latessera specificata fosse fatta strisciarenel lettore. La simulazione funzionacosì: puntando con il mouse nellacasella e cliccando si può scrivere,usando la normale tastiera, il numero(01÷30) della tessera di cui si vuol

simulare l’avvenuta lettura; puntando ecliccando sul bottone “Striscia” vieneregistrato il passaggio e si attiva la rela-tiva casella come nella procedura reale.Lo scopo della simulazione è permette-re non solo il test, ma soprattutto, nelnormale uso, la chiusura forzata diun’operazione lasciata aperta. Per fareun esempio, citiamo il caso in cui ilsistema venga usato in un’azienda perrilevare l’orario di entrata e di uscitadei dipendenti: se uno di questi entra la


mattina registrandosi con la propriatessera, ma la sera esce dimenticando-sene, l’operatore, custode, caporepartoo altro, può inserire manualmente i datidi uscita del dipendente semplicementedigitando il suo codice nella casella disimulazione e cliccando poi sul bottoneStriscia, ovviamente ad un’ora realisti-ca. L’ultimo dettaglio rilevante del pan-nello di controllo è la casella “Lettura”,posta sempre a destra dello schermo:

indica di volta in volta il codice lettodall’ultima tessera strisciata nel lettore. Dunque, ora che abbiamo visto opzionied accessori del dispositivo di control-lo accessi vediamo il normale funzio-namento e le relative operazioni visibi-li a video e quelle “nascoste”. Dopol’avvio del programma e la comparsadel pannello di controllo, ogni passag-gio di una carta magnetica nel lettoredell’interfaccia determina l’indicazio-ne, sotto forma di lampada-spia virtua-

mente salvo errori o disattenzioni dichi, uscendo, dimentica di introdurre lapropria tessera. Quest’ultimo inconve-niente può essere comunque evitatodisponendo un tornello o un cancelloelettrico e pilotandone l’elettroserratu-ra con un’uscita di controllo abilitatasolo se il codice letto è tra quelli pro-grammati. Per l’operatore il compito èfacilitato al massimo, poiché il circuitodi interfaccia produce una segnalazioneacustica ogni volta che una tessera

le, a fianco del nominativo della perso-na che la possiede: la prima volta ecomunque le volte dispari il quadrato adestra della casella Nome diventa verde(entrata) mentre la seconda e le voltepari torna da verde a rosso (uscita). Ciòpermette a chi gestisce il sistema diavere anche sott’occhio la situazionedel personale, ovvero di sapere in ognimomento chi sta dentro e chi fuori, chiè presente e chi invece manca; ovvia-

Il circuito di interfaccia tra il lettore di badge della KDE e il computer.Questa scheda, gestita da un microcontrollore ST6210 della SGS-Thomson, èin grado di acquisire gli impulsi digitali provenienti dal lettore di badge, ditrasformarli in caratteri ASCII e di inviarli alla porta seriale di un qualsiasi

personal computer. La scheda va quindi collegata al lettore LSB12 dellaKDE e, tramite un normale cavo a 25 poli, alla porta seriale del PC.

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muovono i primi passi nelmondo dell’ elettronica.

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viene passata nel lettore: disponendo ilcicalino o un altro avvisatore acusticonel locale del computer il custode o chivuole sorvegliare la situazione vienerichiamato ad ogni passaggio, potendooltretutto controllare anche che la per-

sona che entra o esce sia la stessa indi-cata nella casella accanto alla spia vir-tuale che cambia colore, e smascheran-do perciò eventuali intrusioni di indivi-dui che hanno sottratto il badge a qual-cuno di quelli abilitati ad entrare.

L’ultima funzione offerta è l’annotazio-ne cronologica dei rilevamenti: comegià accennato il sistema provvede aregistrare in un file in formato ASCII,nella root del computer (C:\) tutte leoperazioni fatte con carte identificate,ovvero con quelle il cui codice iniziacon 01010 e termina con un numero da01 a 30 purché almeno il relativonumero (01, 02, 03, ecc.) sia stato pre-ventivamente scritto nella tabella“Imposta nomi”. Il contenuto, visibilecon un qualsiasi Text-Editor o WordProcessor quale ad esempio l’editordell’MS-DOS, è composto da tanterighe, una per operazione, che riporta-no in sequenza questi dati: nome, codi-ce, data, ora, verso di passaggio. Ilnome appare se è stato scritto preventi-vamente con il comando “impostazio-ni”; la data è in formato YY:mm:dd,ovvero anno (le ultime due cifre) mesee giorno: in pratica il 20 gennaio del1997 appare come 97:01:20. L’ora ènel solito formato hh:mm, pertanto, ad

Nell’immagine la schermata principale che appare sul monitor del PC avviando il programma: il pannello di controllo principale riporta i 30 nominativi associati alle diverse tessere con a fianco una spia virtuale che ne segnala la

presenza (colore verde) o l’assenza (colore rosso).


PER IL MATERIALE

Il programma di controllo presenze con PC descritto in queste pagine èdisponibile (cod. WIN-BADGE) al prezzo di 60.000 lire. Il materiale varichiesto a: Futura Elettronica, V.le Kennedy 96, 20027 Rescaldina (MI),tel. 0331-576139, fax 0331-578200. Presso la stessa ditta è anche dispo-nibile la scatola di montaggio della scheda di interfaccia (cod. FT133K)al prezzo di 145.000 lire. Quest’ultima comprende tutti i componenti, ilmicrocontrollore programmato, la basetta forata e serigrafata e il letto-re a strisciamento standard ISO2. Il set di 30 tessere già programmatecon codici differenti, dal numero 1 al numero 30, (cod. BDG01/SET)costa 42.000 lire. Ogni singola tessera programmata aggiuntiva (cod.BDG01/Mxx, dove xx rappresenta un numero da 1 a 30) costa 1500 lire.Per chi desideri autocostruirsi la scheda di interfaccia sono disponibiliseparatamente il microcontrollore programmato (cod. MF74, lire40.000) e il lettore a strisciamento (cod. LSB12, lire 78.000).

creato (sotto C:\) con il nome 01$1998.Chiudiamo questa fase di descrizionecon i messaggi di errore dati dal siste-ma e visualizzati sul monitor del com-puter: allora, quando si passa nel letto-re una tessera non memorizzata ocomunque priva di dati nella tracciaISO 2, appare una finestrella indicante“TESSERA NON RICONOSCIUTA”;se invece vi è memorizzato un codicema il numero finale è maggiore di 30,oppure pur essendo compreso tra 01 e30 non è stato associato ad alcun nomeo memorizzato con la funzione“Imposta nomi”, il messaggio cheappare sul monitor è “CODICE NONPRESENTE”.

L’USO IN PRATICA

Bene, adesso che abbiamo visto fun-zioni e dettagli del programma possia-mo vedere come si mette insieme ilsistema di controllo presenze: per rea-lizzarlo occorre realizzare innanzitutto

con processore 386DX-33 o superiore,almeno 4MB di RAM, una decina diMB liberi sull’hard-disk, ed una schedagrafica VGA o S-VGA con monitor(possibilmente a colori) di pari livello.Il programma di gestione presenze con

solo la conferma delle operazioni el’inserimento dei dischi successivi.Con Windows 95 o Windows NT l’in-stallazione si fa cliccando su “File”,quindi su “Esegui”, digitando poi conla tastiera il comando A:SETUP.EXE

esempio, le tre del pomeriggio appaio-no come 15:00. Il verso indica invecese la registrazione è riferita all’entratao all’uscita, ovvero se è dispari (es. laprima della giornata) oppure pari (laseconda, la quarta, e così via). Va nota-to che ogni file contiene i record diogni operazione per un mese, ovverodal primo all’ultimo giorno dello stes-so: il nome è nel formato xx$xxxx,cioè mese$anno; per esempio quelloriferito al mese di febbraio 1998 viene

l’interfaccia seriale completa di lettoreLSB12, quindi un programmatore ditessere magnetiche ISO 7811, ed uncavo seriale con connettori maschio efemmina; il tutto può essere richiestoalla ditta Futura Elettronica diRescaldina (MI) tel. 0331/576139, fax0331/578200, che all’occorrenza potràfornire i badge già programmati con inumeri voluti (da 1 a 30).Evidentemente bisogna disporre di unPersonal Computer IBM o compatibile,

badge (WIN-BADGE) funziona sottoMS-Windows 3.1 o superiore, il chesignifica che il computer che dovreteusare dovrà necessariamente averloinstallato. Per caricare il software bastainserire il primo dischetto del set edigitare, dal prompt dei comandi (sottoDOS) A:, quindi, verificato che ilprompt divenga A:\, il comandoSETUP seguito da ENTER. Il pro-gramma avvierà da solo Windows eprocederà all’installazione chiedendovi

La videata principale del nostro programma propone sul lato destro quattro pulsanti vir-tuali e due box funzione. Il pulsante “Opzioni” consente di selezionare la porta seriale

(COM1 o COM2) con cui lavorare. Il pulsante “Imposta nomi” attiva una secondavideata da utilizzare per inserire o modificare i nomi da associare ai codici delle tessere.Il box “Lettura” visualizza il codice dell’ultima tessera che è stata correttamente acquisita. Il box “Simulazione” con-sente di “forzare” il passaggio di una tessera tra quelle programmate: con tale funzione si può testare rapidamente ilfunzionamento del programma, limitatamente all’interfaccia verso l’utente, producendo nel contempo la registrazionecronologica come se effettivamente la tessera specificata fosse fatta strisciare nel lettore. Il box “Data” visualizza la

data e l’ora corrente. Infine, il pulsante “Esci” consente di terminare l’esecuzione del programma.


nella casella e confermando. Una voltacompletata l’installazione il program-ma è pronto per l’uso: togliete idischetti e se ancora non avete fatto icollegamenti spegnete il computer perrealizzarli. Quanto all’interfaccia,ricordiamo che va alimentata diretta-

mente a 220 volt, utilizzando un cordo-ne di rete provvisto di spina, i cui fililiberi vanno fissati ai contatti 220Vdella morsettiera (i due esterni, mentrel’eventuale filo di terra va in centro). Illettore di badge va collegato alla sche-da e posizionato (ben fissato) nel luogo

in cui dovrà essere accessibile: per laconnessione si possono usare spezzonidi filo di qualunque tipo, tuttavia se ladistanza da percorrere supera un metroo se il tutto deve lavorare in un ambien-te elettricamente disturbato, è beneimpiegare cavo schermato, almeno peri tre fili dei segnali, connettendo amassa (ovvero al negativo) la maglia-schermo. Sistemato il tutto, si puòeffettuare il collegamento con il PC edalimentare la scheda. Accendete ilcomputer ed entrate in Windows lan-ciando il programma “presenze”.Selezionate quindi la porta seriale a cuiavete collegato il cavo dell’interfacciacliccando su “Opzioni” e richiudete ilrelativo box. Per l’uso potete lasciaresempre acceso il PC, oppure caricare ilcomando di esecuzione del programmanel menu di avvio di Windows, inmodo da farlo eseguire automatica-mente ad ogni accensione; notate che ilsoftware può funzionare anche instand-by, sospendendo la relativa fine-stra (abbassandola) ed essere richiama-to senza che venga disabilitata la capa-cità di recepire e registrare i passaggidelle tessere. Quanto all’accensione edallo spegnimento, rammentate che ilfile di registrazione è uno per ognimese; il software sfrutta l’orologio delcomputer che, come è noto, continua afunzionare col PC spento. Tuttavia allariaccensione dopo uno spegnimento lelampadine-spia virtuali partono tutterosse, e di ciò va tenuto conto per lacorretta registrazione delle transazioni.

BITS CODICE CARATTERE

P b4 b3 b2 b1

1 0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 1 1 1

0 0 0 1 0 2 2

1 0 0 1 1 3 3

0 0 1 0 0 4 4

1 0 1 0 1 5 5

1 0 1 1 0 6 6

0 0 1 1 1 7 7

0 1 0 0 0 8 8

1 1 0 0 1 9 9

1 1 0 1 0 10 (A) a

0 1 0 1 1 11 (B) SS

1 1 1 0 0 12 (C) a

0 1 1 0 1 13 (D) SEP

0 1 1 1 0 14 (E) a

1 1 1 1 1 15 (F) ES

il set di caratteri della traccia ISO2

Cliccando con il mouse sul pulsante“Imposta nomi” della schermata princi-pale si accede alla videata riprodotta quia lato. In questa sezione del programmaè possibile, puntando e cliccando con ilmouse nei campi a lato di ogni numero,inserire o modificare (usando la tastie-ra...) i nomi da assegnare ad ogni tesse-ra. Una volta impostati i nomi, per usci-re dalla relativa finestra basta puntare ecliccare sul bottone “Fine”; notate cheper cancellare un nominativo non più

valido è disponibile il bottone “cancel-la” che permette l’azzeramento del

campo selezionato, eliminando il nomeprecedentemente scritto e presentando in

bianco la relativa casella.


HARD & SOFT

PROGRAMMATORE UNIVERSALE PER

MICRO ST62XXdi Carlo Vignati

Volendo lavorare con i microcontrollori della SGS-Thomson, come per quelli delle altre Case, è

necessario di volta in volta acquisire tutte le informa-zioni necessarie, e procurarsi un kit di sviluppo ed ilrelativo software applicativo per ciascun dispositivo.Nel caso specifico dei micro ST6, succede che volendopassare da una famiglia ad un’altra si debba comperaredi nuovo tutto quanto: infatti per poter lavorare con idispositivi della famiglia ST622X occorre acquistareun apposito sistema di sviluppo denominato ST622XStarter Kit che la ST fornisce ad un prezzo relativa-

mente contenuto che si aggira sul mezzo milione.Mentre, per programmare i più recenti dispositivi delgruppo ST626x (ST6260, ST6265...) oggi molto usatisoprattutto perché incorporano una EEPROM comodaper tantissime applicazioni, occorre acquistarel’ST626X Starter Kit anch’esso del costo di circamezzo milione. E’ quindi vero che ciascuno di questisistemi è un completo programmatore ed una demo-board (incorpora dell’hardware selezionabile ed appli-cabile per testare il programma caricato senza dovermettere il microcontrollore nel proprio circuito evitan-

Il nostro circuito consente di pro-grammare i più diffusi microcon-trollori della SGS-Thomson: in

pratica, le famiglie ST621X(ST6210 e ST6215), ST622X(ST6220 e ST6225), e ST626X

(ST6260 e ST6265). Il circuito pre-vede uno zoccolo di tipo textool

adatto ad accogliere sia i micro a20 che quelli a 28 pin ed una serie

di 3 dip-switch per adattare isegnali di controllo alle diverse

pin-out dei dispositivi.


Un solo circuito di sviluppo per le tre principali famiglie

di chip della SGS-Thomson tra le più usate: ST621x,ST622x, ST626x;

semplice ed economico,consente un notevole

risparmio e la massimaflessibilità d’uso.

Prima parte.

do quindi di fare numerosi prototipi) ma occorre ancheconstatare che se il costo di questi tools per molti èaccettabile per altri, specie studenti e sperimentatori, ètroppo alto, soprattutto se si desidera lavorare conentrambe le famiglie di microcontrollori. Per consenti-re un notevole risparmio di denaro abbiamo pensato direalizzare un programmatore universale, o comunqueutilizzabile per lavorare con la maggior varietà possibi-le di microcontrollori ST62: da tale esigenza è nato ildispositivo proposto in queste pagine, che è sostanzial-mente un kit di sviluppo semplificato (è praticamente

solo un programmatore, non funziona anche da demo-board) utilizzabile tuttavia per mettere a punto un pro-gramma, assemblarlo, testarlo e caricarlo nei microdelle famiglie ST621x, ST622x, ed ST626x. Se consi-derate che queste tre accorpano 6 modelli di base tra ipiù usati, e che per gestirli sarebbero necessari due star-ter-kit della SGS-Thomson, il cui costo complessivosupera il milione di lire, appare evidente quanto siainteressante l’idea di un programmatore unico. Infatti,il nostro circuito può essere realizzato da chiunque adun costo che non supera sicuramente le 100mila lire; a

Il programmatore funziona inabbinamento ad un personal

computer, va cioè collegato allaporta parallela di qualsiasi PC chefunzioni in ambiente Windows 3.1o superiore; il nostro programma-tore funziona anche in Windows95. Sul PC dovremo installare il

programma di sviluppo della SGS-Thomson, ovvero l’Eprom

Programmer Software per microST6 opportunamente modificato.


i micro ST621X, ST622X e ST626X

tale cifra va aggiunto eventualmente ilprezzo (25mila lire) del CD-ROM daPersonal Computer contenente tutta ladocumentazione della SGS-Thomson equindi anche tutte le note tecniche edapplicative dei microcontrollori pro-dotti dalla stessa casa, compresi ovvia-mente quelli a cui è dedicato il nostroprogetto. Se non conoscete bene lamateria, un completo Corso di pro-grammazione scritto appositamente perle famiglie ST621x, ST622x, ST626x(acquistabile con sole 30mila lire dalla

Futura Elettronica di Rescaldina) vidarà tutte le nozioni necessarie perlavorare con i dispositivi ST. Pertantose operate nel settore o se vi interessal’argomento, anche solo per studio osperimentazione elettronica, continuatea leggere queste pagine e scopriretequalcosa di interessante, ovvero il cir-cuito programmatore, che andiamo oraa descrivere, e il relativo programma digestione che è di Pubblico Dominio epuò essere “scaricato” dal sito internetdella SGS-Thomson (indirizzo http://

hanno ciascuno in una posizione diver-sa: ad esempio il RESET si applica alpiedino 7 degli ST6210, all’11 diST6215 ed ST6225, al 16 nell’ST6260,ed al 22 nell’ST6265. I tre gruppi diswitch andranno impostati, integratoper integrato, secondo la tabella illu-strata nel corso di questo articolo, inmodo da attribuire i segnali fissi(OSCOUT, Vpp, OSCIN, TROMIN,Reset, TM2, SDOP) e l’alimentazione(Vdd, Vss) ai piedini giusti: la correttaimpostazione dei dip è importante non

www.st.com). Per cominciare dobbia-mo dire che abbiamo potuto realizzaree mettere insieme una sola scheda pervarie famiglie di microcontrollori sfrut-tando il fatto che pur avendo un diver-so numero di pin (contenitore a 20oppure a 28 pin) e anche una diversapiedinatura gli integrati ST6 si pro-grammano tutti secondo lo stesso algo-ritmo. Il problema del diverso conteni-tore è stato aggirato disponendo sullostampato uno zoccolo TEXTOOL deltipo a doppio passo, ovvero un 28 pindip con i contatti stretti, che può quindiospitare integrati sia a passo 7,5 mm (i10+10 pin) che a passo 15 mm (quelli a14+14 pin). Benché il “core” dei microST6 sia lo stesso, le evidenti differenzedi pin-out tra le varie famiglie impon-gono di adattare la scheda, di volta involta, a ciascuna di esse, e ciò vienefatto impiegando adeguatamente treserie di dip-switch a 10 poli, che sononello specifico DS1, DS2, e DS3.Questi dip-switch servono principal-mente perché, pur avendo le medesimelinee di comando, i vari dispositivi le

Schema a blocchi deimicro della famiglieST621X e ST622X.

Schema a blocchi dei micro della

famiglia ST626X.


schema elettrico

solo per assicurare il buon funziona-mento del programmatore e del micro,ma anche per evitare danni a quest’ulti-mo. Notate che per il modo di funzio-namento voluto, a parte le predettelinee di controllo non viene connessoalcun altro piedino del microcontrollo-re: infatti dovendo soltanto servire perla programmazione, ovvero per il cari-camento del software nella memoriadei chip, è necessario gestire esclusiva-mente alcuni segnali senza curarsi dellamaggior parte dei pin di I/O, non utiliz-

zati e in buona parte disabilitati (eccet-to quelli che hanno doppio uso, e che inprogrammazione servono ad esempioper la Vpp o per altri controlli). Conriferimento allo schema elettrico pos-siamo vedere come è stato pensato ilnostro programmatore per micro ST6.Innanzitutto diciamo che è stato previ-sto per essere interfacciato e gestitocon un Personal Computer IBM o com-patibile, tramite un collegamento rea-lizzato con la porta parallela (LPT1 oLPT2) ed un apposito software che è

poi lo stesso fornito dalla SGS-Thomson, con l’aggiunta di qualchemodifica per adattarlo al nostro circui-to, e reperibile anche su Internet, essen-do di Pubblico Dominio. Il circuitoelettronico in sé è davvero semplice,poiché impiega solo due integratiCMOS 74HC14 (contenenti ciascuno 6inverter logici a trigger di Schmitt) unalimentatore principale e tre regolatoridi tensione necessari a produrre, oltreai 5 volt per la logica, i potenziali Vpp(programmazione) e Vdd per il TEX-


TOOL. Nei dettagli l’intero circuitofunziona con un alimentatore da rete(anche uno di quelli a cubo, con spinaincorporata) capace di fornire 20Vcc, ocon un trasformatore avente primarioda 220V/50Hz e secondario da 15 voltc.a. (collegando ovviamente il secon-dario al circuito e il primario ad un cor-done di rete) applicati ai punti Val: conla continua il ponte a diodi PT1 garan-tisce la stessa polarità alla propria usci-ta indipendentemente dal verso delcollegamento in ingresso, mentre inalternata svolge l’indispensabile com-pito di raddrizzatore. Ai capi di C3 e

C4 si ottiene la tensione continua e benlivellata che applicata all’ingresso delregolatore integrato U3 consente diottenere i 5 volt necessari al funziona-mento della logica su scheda, ovverodelle porte logiche. La presenza dellatensione principale è indicata dall’ac-

censione del led LD1. Un secondo ali-mentatore, che ricava due diversipotenziali stabilizzati, è gestito daitransistor T1 e T2, tramite la linea dicontrollo D0 della parallela che agiscemediante uno dei gates logici: U5b;tale linea viene abilitata dal computersoltanto in programmazione, mentre ariposo T1 deve stare interdetto e quindianche T2 (PNP) risulta perciò spento,cosicché U1 ed U2 sono privi di ali-mentazione. Attivando D0 si manda insaturazione T1 e la tensione dovuta aitre diodi D1, D2, D3, polarizza T2 che,con il proprio collettore, alimenta i

i segnali usati per la programmazione

Tutti i microcontrollori ST6, indipendentemente dalla sotto-famiglia di appartenenza e dalla pin-out, possono essere

programmati utilizzando il medesimo algoritmo.Quest’ultimo, implementato nel software EPS ST6 (Eprom

Programmer Software per micro ST6), utilizza tre particolaripiedini del micro per inviare e ricevere dati in modo seriale.Nello specifico, i dati vengono inviati serialmente sul canaleTROMIN e sincronizzati da un clock che coincide con il pie-dino OSCIN; se questa trasmissione di dati avviene appli-cando al pin TM (VPP) una tensione compresa tra 12,5 e

13,5 volt si ottiene la programmazione: i dati vengono“scritti” permanentemente nell’area di EPROM programmadel micro. La lettura del contenuto della memoria di un chip

ST6 avviene - a meno che questo non sia protetto - attraverso la linea SDOP; anche in questo caso i dati viag-

giano serialmente su SDOP sincronizzati con il clock delpiedino OSCIN. Nel nostro programmatore abbiamo

utilizzato una serie di dip-switch per adattare i segnali allediverse pin-out dei micro ST6.

Segnali utilizzati in programmazione:

TM/VPP: Ingresso per la tensione di programmazioneSDOP: Pin di uscita dal micro dei dati serialiTROMIN: Pin di ingresso nel micro dei dati serialiTM2: Pin di selezione della modalità di testOSCIN: Pin di ingresso nel micro del segnale di clockOSCOUT: Pin di uscita dal micro del segnale di clockVDD: Alimentazione positiva (+5V)VSS: Massa (GND)

Valori minimi e massimi per una corretta programmazione:

VCC: 4,75 ÷ 5,25 VICC: 10 mAVPP: 12,5 ÷ 13,5 VIPP: 10 mA


lo alto tale linea mettendola a zero inprogrammazione, J1 non va fatto (deveessere aperto) e la U5b viene pilotatadal segnale in arrivo sulla parallela,escludendo U5a. Quanto alle restantilinee impiegate servono per gestire icriteri di memorizzazione del micro-

ter al micro. La linea D3 controlla ilsegnale definito TROMIN che rappre-senta il “canale dei dati” e che coincidecon la linea in cui transitano i dati dalPC al micro; è insomma la connessioneseriale per i dati in scrittura. La lineaD4 controlla il segnale definito diReset che viene utilizzato, prima di ini-ziare ad inviare dati al micro, per reset-tare la logica interna ed i vari contatoridel micro stesso. La D5 (piedino 7 delconnettore) è ancora un ingresso, che facapo al canale TM2, utilizzato per abi-litare alcuni registri speciali sempreinterni al micro. Infine il piedino 11,

sione ST626X) del micro. Quandoviene chiuso T4 lo stesso diodo (D4)blocca la Vpp evitando che giunga aipiedini Vdd e OSCOUT del micro.Notate adesso un dettaglio importante:siccome sono state realizzate dalla STdiverse release di software per la pro-grammazione dei dispositivi dellefamiglie ST621x, ST622x, ST626x,può capitare che la linea D0 vengagestita in diversi modi. Per tale motivoabbiamo previsto la porta logica NOTU5a che consente di adattare il nostroprogrammatore a più di una release disoftware. Utilizzando una versione di

regolatori integrati U1 (sviluppa 5 voltper la Vdd dei microcontrollori) e U2:quest’ultimo, avendo un diodo zenersul piedino di riferimento, produce12,5 volt che servono per dare la ten-sione Vpp; gli impulsi di programma-zione (Vpp) vengono forniti allarispettiva linea mediante il transistorT4, comandato dalla linea relativa alD1 della porta parallela. In pratica inprogrammazione si attiva la linea D0 esi forniscono le tensioni per i micro,quindi ogni volta che arriva un datoseriale da memorizzare si pone a livel-lo basso la linea D1 (pin 3 del connet-tore d’ingresso) producendo l’1 logicoall’uscita della NOT U5c e mandandoin saturazione T3, il cui collettore ali-menta la base del PNP T4 che vaanch’esso in saturazione alimentandola linea Vpp e portando perciò i 12,5Val piedino selezionato con i dip switch.Il diodo D4 serve a portare a 5 volt ilpiedino Vpp del microcontrollorequando non è eccitato dai 12,5 volt,condizione indispensabile in fase di let-tura del contenuto della memoria pro-gramma o EEPROM (solo per la ver-

software che tenga normalmente a zerologico il D0 e lo ponga ad 1 in pro-grammazione deve essere realizzato iljumper J1 (è consigliabile anche scolle-gare la resistenza R6); se invece larelease in vostro possesso tiene a livel-

controllore montato nel textool: D2,opportunamente disaccoppiata, con-trolla OSCIN, il piedino usato -nel nor-male funzionamento- per il quarzo e,nella fase di programmazione, perinviare un segnale di clock dal compu-

Le figure mostrano per ogni diverso microcontrollore ST6 i pin che vengono interessati

alla fase di programmazione.


corrispondente alla linea BUSY dellaLPT1, risulta collegato al segnaleSDOP utilizzato per prelevare datidalla memoria del micro.Riassumendo, per scrivere vengonoutilizzate le linee OSCIN (per il clock)TROMIN (per l’introduzione dei dati)e Reset, insieme ovviamente alla D1(pin 3 del connettore parallelo) checomanda l’applicazione della Vpp. Perleggere il contenuto della memoria diun microcontrollore vengono inveceusati il solito OSCIN (per scandire la

comunicazione seriale) e la lineaSDOP (canale dati in output). Per uti-lizzare il programmatore abbiamo pre-visto due software (è importante notareche con i nostri il ponticello J1 valasciato aperto) uno riservato alle fami-glie ST621x e ST622x, l’altro allaST626x; entrambi vengono forniti suun dischetto da 3,5” HD insieme al Kitdel programmatore (rivolgersi alla dittaFutura Elettronica) e possono essereinstallati dell'hard-disk (solitamentel’unità C:\) semplicemente copiando il

contenuto in una directory che nomine-rete ST6FT, creata prima sotto la root.Il tutto è comunque dettagliato nelCorso di programmazione per microST6 e nella documentazione ufficialeSGS-Thomson (disponibile in interneto su CD) riguardante il software di svi-luppo per i micro ST621x, ST622x, edST626x. Nella prossima puntata ana-lizzeremo l’aspetto pratico del pro-grammatore, ne illustreremo la realiz-zazione e l’utilizzo entrando anche neidettagli del software.

Ecco come abbiamo organizzato il nostro PC perlavorare con il programmatore universale ST6. In

pratica, utilizziamo una directory (o cartella) per ilsoftware di programmazione che supporta i micro

ST622X e una seconda per il software dedicatoall’ST626X; la prima contiene l’EPS ST622X V1.1 e

la seconda l’EPS ST626X V1.0. Entrambi i programmi sono caratterizzati da una stessa

videata e offrono gli stessi comandi (che vedremoampiamente nella prossima puntata), la differenza staovviamente nei modelli di chip selezionabili che in un

caso sono l’ST62T10, l’ST62E10, ecc e nell’altrosono l’ST6T60, l’ST62E60, ecc.

S i s t e m a d i t r a s m i s s i o n e a d i s t a n z a a u d i o / v i d e o a 2 , 4 G H z c o m p o s t od a u n a u n i t à t r a s m i t t e n t e e d a u n a u n i t à r i c e v e n t e . I l d i s p o s i t i v o

u t i l i z z a l a n u o v a g a m m a d i f r e q u e n z a a 2 , 4 G H z d e s t i n a t a a q u e s t ea p p l i c a z i o n i . P o s s i b i l i t à d i s c e g l i e r e i l c a n a l e d i l a v o r o t r a q u a t t r o

d i f f e r e n t i f r e q u e n z e . P o t e n z a R F : 1 0 m W, p o r t a t a d i c i r c a 1 0 0 m e t r i .A l t r a s m e t t i t o r e p u ò e s s e r e a p p l i c a t o i l s e g n a l e v i d e o p r o v e n i e n t e d aq u a l s i a s i s o r g e n t e ( t e l e c a m e r a , v i d e o r e g i s t r a t o r e , u s c i t a S C A RT T V,e c c . ) n o n c h è u n s e g n a l e a u d i o s t e r e o . I l r i c e v i t o r e d i s p o n e , o l t r e a l l eu s c i t e s t a n d a r d v i d e o e a u d i o ( s t e r e o ) , a n c h e d i u n s e g n a l e m o d u l a t o

i n R F c h e v a a p p l i c a t o d i r e t t a m e n t e a l l a p r e s a d i a n t e n n a d i q u a l s i a -s i T V. Tr a s m e t t i t o r e e r i c e v i t o r e v e n g o n o f o r n i t i c o n i r e l a t i v i a l i -

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28 Elettronica In - marzo ’98

HI-TECH

UN INTERFONOVIA RADIO

Permette l’interconnessione a distanza tra due punti come un classico interfono afilo, assicurando tutti i vantaggi del collegamento via-radio: realizzato con moduli

ibridi Aurel, i nuovissimi TX-FM Audio ed RX-FM Audio, garantisce una copertura entro un centinaio di metri e una notevole fedeltà sonora. Incorpora il

comando parla/ascolta ed un generatore per la nota di chiamata.

di Arsenio Spadoni

Più o meno tutti sanno cos’è l’in-terfono, quel dispositivo che

permette di comunicare all’internodi locali, uffici, magazzini, sempli-cemente usando una coppia di fili edue o più apparecchi uguali; funzio-na in simplex, ovvero si può soloparlare o ascoltare come con un CB;

allo scopo ciascuna unità dispone diun tasto di “parla/ascolta” (normal-mente si trova in ascolto, cioè inricezione) e solitamente anche di uncomando per emettere un “beep” dichiamata che inviti la persona vici-na al ricevitore a rispondere. Questosistema esiste da decine di anni ed è

molto utilizzato, almeno lo è statoprima dell’avvento dei modernicentralini telefonici che consentonodi comunicare tra gli interni parlan-do al telefono, dando modo nel con-tempo di ascoltare, anziché limitar-si alle possibilità del sistema sim-plex (parla/ascolta). A tutt’oggi esi-stono comunque parecchi sistemiinterfonici che svolgono egregia-mente il loro compito, e che sonoutilissimi nonostante tutto. Per leapplicazioni dove non è richiesta lacomodità del telefono internovogliamo oggi proporre un interfo-no del tutto speciale: infatti funzio-na sempre sul principio di quellotradizionale, tuttavia opera senzafili; è quindi un intercomunicantecordless nel quale le unità (due opiù, tutte uguali tra loro) sono col-legate via radio tramite dispositivifunzionanti a 433,75 MHz. Senzaperdere altro tempo vediamo dun-que dettagliatamente di cosa si trat-ta. Il nostro interfono permette dicomunicare in simplex ad unadistanza massima di circa 60 metri,

Sono sempre loro i protagonisti dei nostriprogetti di trasmissioneaudio via radio, questa

volta in veste diinterfono; Il modulotrasmittente TX-FMAudio, che lavora a

433,75 MHz conrisuonatore SAW,

permette la trasmissione della voce da uncircuito all’altro, utilizzando una

modulazione di frequenza. La fedeltà raggiunta daldispositivo, con banda passante compresa tra 20 e 30000 Hz e la

potenza di trasmissione di 10 mW, consentono di ottenere un sufficiente rag-gio d’azione tale da soddisfare a pieno l’utilizzo in questo progetto.

c’è chi parla...

Elettronica In - marzo ’98 29

il che soddisfa pienamente tuttiquei casi nei quali è necessariocomunicare all’interno di una fab-brica, di un ufficio, magazzino,ecc., offrendo però il vantaggio dinon richiedere la stesura del relati-vo impianto e quindi dei cavi per ilsegnale; come in tutti i sistemi delgenere ogni unità è normalmente inricezione (ascolto) e dispone di untasto per parlare. Abbiamo ancheprevisto un pulsante per generare lanota di chiamata, che manda in tra-smissione l’apparato sul qualeviene azionato e che determina,negli apparati riceventi (a riposo),una nota acustica ben udibile.Osservando lo schema elettricoillustrato nelle pagine seguenti cirendiamo conto di come è fattaogni unità, con la premessa che nonvi è trasmittente o ricevente perchéciascuna le incorpora entrambe:insomma, il singolo circuito, delnostro sistema intercomunicante,contiene sia un trasmettitore che unricevitore, quindi un ricetrasmetti-tore, paragonabile ad un apparato

RTX simplex operante in UHF. Iltutto sta su un solo circuito stampa-to ed è prevista soltanto un’antenna,preferibilmente accordata, cheviene commutata da un appositorelè. Iniziamo la trattazione del cir-cuito elettrico dalla sezione trasmit-tente, e più precisamente dalla

capsula microfonica; sensibile edeconomica, si accontenta di unamodesta polarizzazione (operatatramite la resistenza R1) per fornirein uscita un segnale chiaro ed abba-stanza forte, ulteriormente amplifi-cato dall’operazionale U1a funzio-nante in configurazione invertente.

Dall’altro capo dell’interfono troviamo

ad attenderci il modulo ricevitoreRX-FM AUDIO,

anch’esso accordato a 433.75

MHz e con lamedesima bandapassante audio,

che compie il lavoro di demodulazione del segnale audio inviato daltrasmettitore. In virtù delle sue particolari caratteri-stiche, il dispositivo è in grado di offrire una regolazione di livel-lo di soglia (squelch) che consente di ridurre a zero il rumore di fondo

dell'altoparlante in assenza della portante a radiofrequenza.

... e chi ascolta


Per la verità questo è un sommatoreinvertente, in quanto è stato inseritoanche per sovrapporre la nota di chia-mata generata dall’altra sezione, U1b,configurata come multivibratore asta-bile ad alimentazione singola; ma que-sto lo vedremo più avanti. Il segnaleaudio ricevuto dalla capsula, opportu-namente amplificato, viene trasferitoall’ingresso di quello che è il vero eproprio trasmettitore, cioè il moduloibrido U2, noto come TX-FM Audio:questo dovrebbe ormai essere familiareperché l’abbiamo già utilizzato più diuna volta nei mesi scorsi, proponendoun radiomicrofono, una microspia pro-fessionale ed un sistema di diffusionesonora senza fili. La caratteristica prin-cipale di tale modulo è che funziona

esplicitamente con l’audio, garantendola trasmissione di segnali in FM ad altafedeltà, offrendo una risposta in fre-quenza ottima, tra 20 e 30000 Hz. IlTX-FM Audio è un completo trasmetti-tore che comprende un amplificatore diingresso, un modulatore, un oscillatorequarzato a 433,75 MHz, ed un finaleRF con impedenza di uscita di 50 ohmper pilotare l’antenna. L’audio entra alpiedino 4 tramite il condensatore didisaccoppiamento C4, quindi esce dalpin 6 e rientra dal 7 leggermente atte-nuato dal partitore R10/R11: notate chequesta volta non abbiamo utilizzato larete di preenfasi, dato che non ci serveun alto valore di fedeltà, visto che larisposta alle alte frequenze non èrichiesta trattandosi di trasmissioni

della voce. Notate inoltre che l’ibrido ènormalmente spento, così da limitare leinterferenze con la sezione ricevente,ovvero a riposo, quando il dispositivo èin ricezione. La trasmissione si attivapremendo il pulsante (normalmenteaperto) SW1, che porta la tensione di12 volt ai piedini 1 e 2 del moduloSMD U2, condizione evidenziata dal-l’accensione del led LD2. Il circuitotrasmittente si attiva anche mediantel’altro pulsante, SW2 (NOTE) che con-temporaneamente invia la nota acusticadi chiamata: agendo su di esso l’ibridoriceve l’alimentazione attraverso ildiodo D1 (inserito per evitare che conSW1 si alimenti il generatore U1b adogni attivazione della trasmissione).Nello stesso istante il partitore resistivo

schema elettrico


R13/R14 polarizza con metà della ten-sione +V (12 volt, appunto) l’ingressonon-invertente dell’U1b, cosicché que-

Sistema di comunicazione via radio in modo simplex (parla/ascolta)con tasto di selezione e unità normalmente in ricezione.

- Nota acustica di chiamata;- Segnalazione visiva dello stato

di trasmissione;- Frequenza di lavoro: 433,75 MHz

±100 KHz (RTX quarzato);- Potenza di trasmissione:

10 mW su 50 ohm;- Sensibilità in ricezione:

100 dbm (squelch a -96 dB);- Banda passante audio:

20Hz ÷ 2KHz- Portata utile: 60 metri

in linea d’aria;- Tensione di alimentazione:

15÷20 volt c.c.;- Corrente assorbita:0,3 ampère max.

caratteristiche tecniche

sti inizia ad oscillare. Il principio difunzionamento del multivibratore èsemplice e si comprende supponendoche C6 sia scarico in partenza: il piedi-no 6 dell’operazionale è ad un poten-ziale minore di quello del 5, che sitrova a circa 2/3 (soglia maggiore)della tensione applicata all’integrato,cosicché l’uscita assume il livello alto(circa 12V) e forza la carica del con-densatore tramite R15; ad un certopunto C6 assumerà una differenza dipotenziale maggiore di quella presenteai capi della R14 e l’U1b si troverà conl’ingresso invertente a potenziale mag-giore del non-invertente, il che faràavvenire una nuova commutazioneall’uscita, dal livello alto a quello basso(qualche centinaio di millivolt). Notate

piedino 5 diviene circa uguale ad 1/3(soglia minore) di quello uscente dalregolatore U4, ovvero dell’ordine dei 4volt. Il condensatore verrà costretto ascaricarsi attraverso la solita R15 e l’u-scita dell’operazionale, finché la ten-sione ai suoi capi non diverrà minoredella nuova soglia di riferimento del-l’ingresso non-invertente, allorchéavremo nuovamente il piedino 5 apotenziale maggiore e l’uscitadell’U1b commuterà nuovamente assu-mendo il livello alto. C6 verrà quindiforzato a ricaricarsi ed avremo quindiun altro ciclo come quello già visto, poiuna sequenza di carica e scarica che siripeterà ciclicamente fino a che SW2non verrà rilasciato privando dell’ali-mentazione il partitore R13/R14 e

bloccando quindi il funzionamento delmultivibratore astabile. La sequenzadei cicli di carica e scarica vede l’alter-narsi dei livelli alto e basso all’uscitadell’operazionale U1b, ovvero unsegnale quadro unidirezionale dell’am-piezza di 10÷11 volt che, tramite laresistenza R8, viene portato al somma-tore U1a per essere attenuato (il rap-porto R5/R8 determina necessariamen-te attenuazione, vista la notevoleampiezza del segnale fornito dal multi-vibratore); il condensatore di disaccop-piamento C3 lascia passare il segnalemodellandone la forma d’onda, edevita l’interferenza tra la polarizzazio-ne dell’amplificatore di ingresso equella del piedino 7 dell’U1. La radio-frequenza generata dall’ibrido TX-FMAudio esce dal piedino 15 e, tramiteuno scambio del relè RL1, giungeall’antenna ricetrasmittente per essereirradiato nell’ambiente circostante;notate che anche RL1 viene comandatodai pulsanti SW1 ed SW2: infatti inogni caso l’alimentazione applicata aipiedini 1 e 2 dell’U2 polarizza la basedel transistor NPN T2, che va in satu-razione ed alimenta con il proprio col-lettore la bobina del relè. Questi è nor-malmente a riposo e in tale condizioneconnette l’antenna all’ingresso dellasezione ricevente, che andiamo ad esa-minare. La parte di ricezione, tutta con-densata (per facilitarne l’esame) inbasso nello schema elettrico, è costrui-ta attorno a due integrati: quello princi-pale è indubbiamente l’ibrido RX-FM-Audio, siglato U3, che è in pratica uncompleto radioricevitore FM sintoniz-zato sulla stessa frequenza del trasmet-titore U2, ovvero a 433,75 MHz.Quando il circuito è a riposo, ovveroquando non viene premuto alcuno deipulsanti SW1/SW2, il relè RL1 com-muta l’antenna verso l’ingresso dell’i-brido, e porta l’alimentazione ad essoed all’amplificatore BF integrato U5,che vengono invece spenti in trasmis-sione per evitare di sentire ciò cheviene inviato localmente dall’antenna eche, per ragioni di vicinanza, sarebbeinevitabilmente captato dalla sezionericevente. Allora, quando l’antennacapta il segnale inviato da un’altraunità dell’interfono posta in trasmissio-ne, il modulo RX-FM Audio lo sinto-nizza e lo demodula, estraendo la bassafrequenza e quindi il segnale vocale;

che per effetto dell’isteresi introdottadalla retroazione positiva, operata conR12, adesso il potenziale applicato al

quest’ultimo esce dal piedino 10 e rien-tra nel 19, che è l’interruttore CMOScomandato dallo squelch interno.Praticamente prelevando la BF dal pie-dino 18 possiamo fare in modo chel’amplificatore di potenza venga tacita-to quando il segnale radio è troppodebole o disturbato, ovvero quando nonc’è portante e non si vuole ascoltarel’insieme di fruscii che inevitabilmentesi sentono in altoparlante in assenza ditrasmissioni. Va osservato che in rice-zione usiamo solo la rete di deenfasiinterna al modulo, e non abbiamoaggiunto alcun condensatore esternoperché in trasmissione non è stata ope-rata alcuna preenfasi dei toni acuti: ciòdetermina una lieve attenuazione dellealte frequenze dell’audio, che però hasolo effetti benefici, perché riduce unpo’ i soffi tipici dei collegamenti via


radio e non pregiudica l’uso perché lavoce si estende non oltre qualche KHz,ovvero nella zona dei toni medi e non siapprezza alcuna alterazione nellacomunicazione. Notate che il piedino15, che regola la sensibilità dello squel-ch, è stato collegato ad un trimmer(R21) così da poter regolare il livellodel segnale radio per il quale deveavvenire l’ascolto in altoparlante: ram-mentate perciò che tanto maggiore è laresistenza inserita tanto più è efficace ilcontrollo, mentre riducendone il valoresi abbassa l’intervento del muting, e inaltoparlante si sentono anche soffi erumori tipici della radioricezione anchese di fatto non vi è alcun modulointerfono in trasmissione. In ogni casoil segnale audio, uscente dal piedino18, giunge tramite il condensatore C11e la resistenza R20, ai capi del P1, un

potenziometro che permette la regola-zione del volume di ascolto del dispo-sitivo; dal suo cursore l’audio opportu-namente dosato raggiunge l’ingressodell’integrato U5, un finale di piccolapotenza di tipo LM386, prodotto dallaNational Semiconductors e capace dierogare fino ad 1 watt ad un altoparlan-te da 8 ohm di impedenza. Questi prov-vede ad amplificare di quanto basta ilsegnale in modo da rendere ben udibilein un altoparlante la voce di chi parladall’altro apparecchio interfonico.L’intero circuito, ovvero ogni modulo,è alimentato a tensione continua divalore compreso tra 15 e 20 volt, appli-cati tra il punto +Val e la massa; ildiodo D4, posto in serie alla linea, pro-tegge dall’inversione di polarità, men-tre il regolatore integrato U4 provvedea ricavare 12 volt ben stabilizzati.

COMPONENTI

R1: 4,7 KohmR2: 1 Kohm R3: 22 KohmR4: 22 KohmR5: 220 KohmR6: 470 OhmR7: 150 OhmR8: 100 KohmR9: 1 KohmR10: 22 KohmR11: 2,2 KohmR12: 100 KohmR13: 22 KohmR14: 1 KohmR15: 22 KohmR16: 10 Kohm

R17: 100 KohmR18: 1 KohmR19: 470 OhmR20: 470 OhmR21: 2,2 Mohm

trimmer min.R22: 2,2 KohmR23: 10 OhmR24: 1 OhmC1: 100 nF multistratoC2: 10 µF 25VL elettrol.C3: 100 nF multistratoC4: 220 nF multistratoC5: 100 µF 16VL elettrol.C6: 220 nF multistratoC7: 470 µF 35VL elettrol.C8: 100 nF multistratoC9: 470 µF 25VL elettrol.

T1: BC547B transistor NPNT2: BC547B transistor NPNLD1: Led verdeLD2: Led rossoDZ1: Zener 3,6V 1/2WAP: Altoparlante 8 OhmMIC: Capsula microfonicaRL1: relè 12V 2 scambiANT: antenna accordataSW1: pulsante NASW2: pulsante NA

varie:- zoccolo 4 + 4 ( 2 pz.);- morsettiera 3 poli;- morsettiera 2 poli ( 4 pz.);- plug di alimentazione;- stampato cod. H104.

C10: 47 µF 16VL elettrol.C11: 220 nF multistratoC12: 100 nF multistratoC13: 470 µF 25VL elettrol.C14: 220 pF ceramicoC15: 10 µF 25VL elettrol.C16: 100 nF multistratoC17: 470 µF 25VL elettrol.D1: 1N4007 diodoD2: 1N4007 diodoD3: 1N4148 diodoD4: 1N4007 diodoP1: Potenziometro 10 KohmU1: LM358U2: modulo TX FMU3: modulo RX FMU4: Regolatore 7812U5: LM386N

l’interfonoin pratica

Elenco componenti e pianodi cablaggio del cir-cuito proposto; per

realizzare il sistema completo,

occorrono due circuiti identici.


Numerosi condensatori elettrolitici eceramici filtrano localmente l’alimen-tazione (C7 agisce ad esempio su quel-la principale). E passiamo adesso avedere come costruire ed utilizzare inpratica l’interfono: per prima cosadovete rammentare che un sistema ècomposto da un minimo di due moduli,poiché uno può ricevere il segnale del-

l’altro quando esso è in trasmissione, eviceversa; in sostanza, se serve per fardialogare almeno due persone doveteusare quantomeno un dispositivo a per-sona.

REALIZZAZIONE PRATICA

Il montaggio è ovviamente uguale pertutti, quindi vediamo le fasi principalipartendo dal circuito stampato chedovete preparare ricorrendo preferibil-mente alla fotoincisione: allo scopopotete ricavare la pellicola fotocopian-do o fotografando (questo può farlo un“fotolito”) la traccia lato rame che tro-vate illustrata in queste pagine a gran-dezza naturale. Incisa e forata la baset-ta inserite resistenze e diodi al silicio(ricordando che questi ultimi hannouna polarità: la fascetta colorata indica

il catodo) quindi il trimmer e gli zocco-li per i due integrati dip, entrambi da4+4 piedini, che consigliamo di dispor-re con la tacca di riferimento dallaparte indicata nel disegno di disposi-zione componenti visibile in questepagine; così facendo avrete il riferi-mento per quando dovrete innestare ichip. Procedete inserendo e saldando i

condensatori, in ordine di altezza, pre-stando attenzione alla polarità di quellielettrolitici, quindi tutti i transistor ed ilregolatore integrato 7805: tutti hannoun verso d’inserimento che va rispetta-to, e che è ben indicato dal solito dise-gno; in particolare, il regolatore devestare con il lato delle scritte rivoltoall’esterno dello stampato.Quanto al relè, montatelo senza curarvitroppo del suo verso di inserimento,dato che entra soltanto in un modo;sistemate via-via quello che manca,ricordando di fare il ponticello vicino aRL1, utilizzando uno spezzone avanza-to dai terminali tagliati di diodi, resi-stenze o condensatori. Per i due ledricordate che il catodo sta dalla partesmussata del contenitore: posizionan-doli abbiate cura di far coincidere que-sta parte con quella indicata nel dise-

gno. L’alimentazione potete applicarlautilizzando una presa plug da circuitostampato, media, con positivo centrale;i due pulsanti vanno collegati allerispettive piazzole usando corti spezzo-ni di filo, e lo stesso dicasi per l’alto-parlante AP. Il potenziometro P1 puòessere montato direttamente sul circui-to stampato, oppure sull’eventuale con-tenitore in cui racchiuderete il disposi-tivo, opportunamente collegato con trecorti spezzoni di filo. Prestate un mini-mo di attenzione alla capsula microfo-nica MIC, la quale va connessa utiliz-zando cortissimi spezzoni di filo, oppu-re un po’ di cavetto schermato coassia-le, del quale la calza metallica si attestasulla pista di massa dello stampato esull’elettrodo della capsula elettrica-mente collegato al contenitore. Ad ognimodo rammentate che tale contattodeve essere comunque a massa, e l’al-tro alla piazzole MIC marcata con il +.Infine, non preoccupatevi troppo per imoduli ibridi, perché entrano soltantoin un verso: infilateli tenendoli solleva-ti di 2÷4 mm dalla superficie dellostampato e tutto andrà bene. Terminatoil montaggio controllate che sia tutto aposto, quindi correggete eventuali erro-ri; innestate il doppio operazionale el’LM386N nei propri zoccoli, badandodi far coincidere i loro riferimenti conquelli di questi ultimi e che comunquesiano orientati come indica il disegnodi disposizione componenti illustratoin queste pagine. Per completare unelemento dell’intercomunicante bastacollegare l’antenna, che operando abrevi distanze può essere anche sosti-tuita da uno spezzone di filo in ramerigido lungo 18 cm; in alternativa sipuò usare uno stilo di pari lunghezza(ben si prestano quelli retrattili da radioFM) o un’antennino caricato o l’appo-sita Ground-Plane consigliatadall’Aurel. Qualunque sia, l’antenna vacollegata con l’anima al punto ANT;l’eventuale massa del cavo coassiale dicollegamento (usare cavetto per anten-ne TV) e del ground-plane vanno all’a-diacente pista di massa (quella piùlarga).L’alimentazione può essere prelevatada un alimentatore a parete con spinaincorporata e spinotto plug adatto allapresa su stampato (medio diametro,positivo centrale) oppure da qualunquealtro, che dovrete però attestare ai punti

Uno dei due prototipi a montaggio ultimato.

PER IL MATERIALETutti i componenti utilizzati in questo progetto sono facilmentereperibili sul mercato. I moduli Aurel (TX-FM AUDIO lire 32.000e RX-FM AUDIO lire 52.000) possono essere richiesti alla dittaFutura Elettronica, V.le Kennedy 96, 20027 Rescaldina (MI), tel.0331-576139, fax 0331-578200.


+V (il positivo) e massa (il negativo);comunque sono richiesti una tensionedi 15÷20 volt, ed una corrente di 1ampère.

COME SI USA L’INTERFONO

Sistemate due unità ad una distanzaconveniente (non più di 100 metri inaria libera), dopo averle alimentateentrambe si può già utilizzarle; entram-be devono essere a riposo, condizioneevidenziata dall’accensione del sololed di alimentazione (LD1). E’ proba-bile che in altoparlante si senta un certodisturbo, ovvero una serie di fruscii erumori di fondo tipici della radiorice-zione, come quelli che si sentono allaradio quando ci si porta in una zonadove non vi è alcuna trasmissione. Peruna prima regolazione consigliamo ditenere il trimmer R21 dello squelch diciascuna unità a circa metà corsa, il chepermetterà di sopprimere gran parte deirumori senza pregiudicare troppo ilsegnale dell’interfono, quando si opera

a distanze prossime a quella limite con-sentita. La prova del sistema convienesia fatta da due persone, poste ad alme-no una decina di metri di distanza, tut-tavia è possibile operare da soli avendol’accortezza di tenere abbastanza bassoil volume dell’altoparlante (P1), perevitare il fischio dovuto al feed-backacustico che si verificherà molto proba-bilmernte.Comunque per trasmettere provateprima di tutto a premere SW2 su unmodulo, in modo da inviare la nota dichiamata: nell’altra unità dovrete udireun suono monotonale; rilasciate il pul-sante ed invertite i ruoli, ovvero tra-smettete con quella che finora ha rice-vuto, ascoltando con la prima. Per pro-vare la parte audio premete SW1 di undispositivo e parlate vicino al rispettivomicrofono; ascoltate quindi per verifi-care che la vostra voce esca dall’alto-parlante dell’altro, che deve essere ariposo, quindi in ricezione: se non uditea sufficienza alzatene il volume agendosul potenziometro P1. Notate che ognivolta che un’unità chiama, anche solo

per generare la nota di chiamata, siaccende il led LD2. Se tutto va benerilasciate SW1 e ripetete la prova tra-smettendo con l’altro dispositivo. Fattociò, potete tarare il livello di squelchdelle due unità, agendo sul trimmer(R21): disponete in un locale un appa-recchio, a fianco di una televisone o diuna radio (che per ora terrete spenta);con il secondo apparecchio ponetevi inun altro locale ed alimentatelo.Effettuate la regolazione del trimmer inmodo che non si senta alcun rumorenell’altoparlante dell’apparecchio;dopo di chè accendete l’apparecchiotelevisivo o la radio vicino al primointerfono e cortocircuitate temporanea-mente il pulsante SW1. Nel secondoapparecchio dovrete sentire - in manie-ra fedele e senza alcuna distorsione - latrasmissione: nel caso ciò non accada,agite nuovamente sul trimmer fino adudire perfettamente il segnale audio. Aquesto procedete nello stesso modo colsecondo apparecchio. Ultimata anchequesta regolazione il vostro interfonosarà pronto per l’uso.

Col master ripor-tato di fianco è

possibile ottenerefacilmente (prefe-

ribilmente infotoincisione) i

due circuitistampati necessa-ri per realizzare

l’interfono.

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PIC Corso di programmazione

per microcontrollori PICImpariamo a programmare con la famiglia di microcontrollori PIC della

Microchip, caratterizzata da una grande flessibilità d’uso e da un’estremasemplicità di impiego grazie alla disponibilità di uno Starter Kit a basso

costo, di un ambiente di sviluppo software evoluto e di una vasta e completalibreria di programmi collaudati e pronti all’uso. Settima puntata.

Come anticipato nelle precedenti puntate delCorso, è nostra intenzione mettere in grado

chiunque di apprendere le tecniche di programma-zione dei microcontrollori PIC. Abbiamo quindipensato che la soluzione migliore sia quella di rea-lizzare una basetta di test, una demoboard, e diassociare a tale scheda una serie di programmididattici appositamente realizzati. In questo modo,partendo da un hardware affidabile e da dei listatisoftware già ampiamente collaudati, l’apprendi-mento diventa veramente semplice, veloce edanche, perché no, divertente. Una scheda di test

multiuso quindi, adatta allo studio ma anche perfare qualche esperimento con i micro PIC e percrearsi una prima libreria di routine affidabili e fun-zionanti da utilizzare come punto di partenza perprogrammi più complessi. Prima di entrare nel vivodella demoboard, rammentiamo qualche prestazio-ne del PIC 16C84, micro a cui questa demoboard èdedicata. E’ certamente uno dei migliori, tra quelliad 8 bit, perché ha un’architettura simile alla RISC(con un set di sole 35 istruzioni) dispone interna-mente, oltre alla solita RAM (registro 36x8 bit, oltrea 15 registri per funzioni speciali) di una


di Roberto Nogarotto

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schema elettrico

E2PROM nella quale memorizzare sia il programmache eventuali dati di caratterizzazione; ciascun compo-nente può essere programmato e riprogrammato senzatroppi problemi (la Casa garantisce addirittura1.000.000 di operazioni di read/write). L’importanza del

PIC16C84 ci ha spinti non solo ad applicarlo in diversesituazioni (alcune le avete viste, altre le vedrete...) e adedicargli un programmatore, ma anche a progettare eproporre una scheda di test universale che permetta diverificare un programma appena scritto e caricato nella

ingressi del microcontrollore e per verificare la bontàdelle routine di antirimbalzo, e comunque di lettura deifronti di salita/discesa e dei livelli logici TTL. Possiamoperciò dire che la nostra Demo-Board è davvero com-pleta. Il tutto funziona con l’alimentazione applicata tra

consigliamo anche a chi abitualmente lavora con imicro, e soprattutto a quanti tra i nostri lettori vorrannoseguire il nostro Corso, poiché diventerà il miglio ausi-lio didattico per mettere in pratica le nozioni apprese.Vediamo allora in pratica questa scheda di test, analiz-

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1= BL+2= BL-3= GND4= +5V

5= Vo6= RS7= R/W8= E

9= DB010= DB111= DB212= DB3

13= DB414= DB515= DB616= DB7

E2PROM. Se quindi volete testare un software realizza-to, ad esempio, per leggere una tastiera a matrice e pilo-tare un display non dovrete fare altro che inserire ilmicrocontrollore nel proprio zoccolo, quindi abilitare ildisplay (LCD o a led, a seconda del vostro programma)ed il latch della matrice. Ancora, se il vostro PIC16C84deve visualizzare scritte ed attivare un relè, potete abili-tare il solito display LCD, ben adatto a questo scopo, eil latch che interfaccia i relè con le porte di I/O.Insomma, la demoboard che proponiamo consente disimulare praticamente tutte le situazioni pratiche nellequali si può impiegare il microcontrollore Microchip, eciò è utilissimo perché consente al progettista di aggiu-stare eventuali errori software senza la necessità di inge-gnerizzare uno specifico hardware. Per questo motivo lo

zandone lo schema elettrico: nonostante si tratti di uncircuito grande e complesso, comprenderlo è piuttostofacile, dato che in sostanza non è altro che un microcon-trollore (U8) contornato da una serie di buffer tri-stateche, a seconda dell’impostazione che farete manualmen-te, possono applicare i suoi I/O una volta ad un sottoin-sieme, una volta all’altro, ecc. Questi “sottoinsiemi” nonsono altro che dei tipici circuiti controllabili con il PIC,e cioè: il display a cristalli liquidi (Display LCD) i duerelè RL1 e RL2, il cicalino piezoelettrico BZ, il display7-segmenti a led (Display) la tastiera a matrice di 4x4con linee e colonne sulle resistenze R14, R15, R16, R17,R18, R19, R20, R21, e la barra di led LD1÷LD8; sonostati previsti anche un paio di pulsanti liberi quali dispo-sitivi di ingresso, utili per sollecitare dall’esterno gli

La nostra demoboard èstata appositamente rea-lizzata per apprendere inmodo semplice e velocele tecniche di program-mazione dei microcon-trollori PIC. La schedadispone delle seguenti

risorse: 8 LED; 1 displayLCD alfanumerico; 1tastiera a matrice; 1display 7 segmenti; 2

pulsanti; 2 relè; 1 cicali-no piezoelettrico.

il prototipo dellademoboard

a montaggio ultimato

La piedinatura del microcontrollore PIC16C84 e, alato, quella del display intelligente CDL4162 dellaClover. Quest’ultimo (da 2 righe per 16 caratteri)

viene interfacciato al PIC attraverso un bus dati a 8bit e 3 linee di controllo: R/W (read/write);

E (enable); RS (RAM select).

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la demoboard in pratica

COMPONENTI

R1: 100 OhmR2: 10 Kohm

trimmer min.R3: 10 KohmR4: 10 KohmR5: 22 KohmR6: 22 KohmR7: 22 KohmR8: 4,7 KohmR9: 22 KohmR10: 22 KohmR11: 4,7 KohmR12: 4,7 KohmR13: 4,7 KohmR14: 100 OhmR15: 100 OhmR16: 100 OhmR17: 100 OhmR18: 10 KohmR19: 10 KohmR20: 10 KohmR21: 10 Kohm

R22: 470 OhmR23: 470 OhmR24: 470 OhmR25: 470 OhmR26: 470 OhmR27: 470 OhmR28: 470 OhmR29: 470 OhmR30: 22 KohmR31: 470 OhmR32: 470 OhmR33: 470 OhmR34: 470 OhmR35: 470 OhmR36: 470 OhmR37: 470 OhmR38: 22 KohmC1: 470 µF 25VL

elettroliticoC2: 470 µF 25VL

elettroliticoC3: 100 nF multistratoC4: 22 pF ceramicoC5: 22 pF ceramico

C6: 100 nF multistratoD1: diodo 1N4004D2: diodo 1N4148D3: diodo 1N4148D4: diodo 1N4148D5: diodo 1N4148Q1: Quarzo 4 MhzU1: 74LS244U2: 74LS244U3: 74LS244U4: 74LS244U5: 74LS244U6: Regolatore 7805U7: HCF4511U8: PIC 16F84-04PT1: BC547B transistor NPNT2: BC547B transistor NPNT3: BC547B transistor NPNBZ: Buzzer piezoRL1: relè 12V 1 scambioRL2: relè 12V 1 scambioJP1: Jumper da CSJP2: jumper da CSJP3: jumper da CS

LD1: Led rosso 5 mm.LD2: Led rosso 5 mm.LD3: Led rosso 5 mm.LD4: Led rosso 5 mm.LD5: Led rosso 5 mm.LD6: Led rosso 5 mm.LD7: Led rosso 5 mm.LD8: Led rosso 5 mm.P1: pulsante NA quadro da CSP2: pulsante NA quadro da CSDISPLAY: 7 segmenti CCDISPLAY LCD: alfanumerico

2 linee x 16 car.

varie:- plug di alimentazione da CS;- zoccolo 8 + 8;- zoccolo 9 + 9;- zoccolo 10 + 10 ( 5 pz.);- morsettiera 2 poli ( 2 pz.);- tastiera 16 tasti;- connettore strip femmina 16 poli;- stampato cod. S215.(Tutte le resistenze sono da 1/4 W)

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il punto +V e la massa, ovvero con 12 volt c.c. che, pas-sato il diodo di protezione D1 (serve contro l’inversionedi polarità) alimentano le bobine dei relè ed il cicalinoBZ; il regolatore U6 provvede quindi a ricavare 5 voltben stabilizzati che servono tutta la logica, cioè il micro-controllore U8, il display LCD e quello a led, le resi-stenze di pull/up per i pulsanti P1/P2 e per quelli dellatastiera a matrice, e quelle per i dip-switch ed il resto.Per consentire di far funzionare il PIC16C84 ora con unaparte dell’hardware, ora con un’altra, i vari circuiti sonotutti separati dagli I/O mediante dei line-driver tri-state:i notissimi 74244, che hanno la caratteristica di compor-tarsi come semplici buffer quando sono abilitati, mentredisattivando i loro piedini di controllo assumono in usci-ta lo stato di alta impedenza, cioè non trasmettono più

4 buffer) ed altri due per l’alimentazione a 5 volt. I pie-dini 2, 4, 6, 8, sono ingressi e fanno capo rispettivamen-te alle uscite pin 18, 16, 14, 12; il piedino d’abilitazioneper questo blocco di 4 elementi è l’1 (1/G) attivo a 0logico e disabilitato ad 1. Il secondo gruppo, con ingres-si ai piedini 11, 13, 15 e 17, ed uscite rispettivamente aipin 9, 7, 5 e 3, si abilita invece tramite il piedino 19(2/G). Nella nostra scheda di test sono impiegati 5 diquesti line-driver, dei quali uno (U1) è dedicato intera-mente alla barra di led (LD1÷LD8) un altro (U2) e partedell’U4 (U4b) sono destinati all’interfaccia parallela conil display a cristalli liquidi, un altro ancora (U3) è usatoper la gestione di righe e colonne della tastiera a matri-ce, e l’ultimo, U5, è impiegato parte per i pulsanti (U5a)indipendenti P1 e P2, e parte (U5b) per il controllo dei

transistor che pilotano i due relè ed il cicalino piezo.L’altra metà dell’U4 (U4a) è impiegata come buffer trail microcontrollore ed il decoder BCD/7-segmenti(74LS47) posto nel circuito per controllare appunto ildisplay a led. Bene, a questo punto possiamo subitovedere in che modo si imposta la scheda di test, ovverocome si assegnano le periferiche agli I/O del microcon-trollore U8. Allora, sono possibili 3 diverse combinazio-ni, scelte sulla base di quelle che ci sono sembrate leapplicazioni più comuni del PIC16C84; tutte si selezio-nano, con l’aiuto dei buffer tri-state, mediante i jumperJP1, JP2 e JP3: - Ponticellando JP1 si attivano i line-dri-ver U3a, U3b, ed U4a; in pratica si rendono disponibili:1) la tastiera a matrice (da collegare alle righe ed allecolonne portate alle rispettive piazzole dello stampato)

quanto ricevono agli ingressi. Le uscite non assumononé lo zero né tantomeno l’1 logico, ma vengono lasciatefluttuanti, come dei transistor open-collector.Praticamente, volendo fare un esempio, in condizioninormali dal piedino 18 esce lo stato logico applicato al2, dal 16 quello del 4, ecc. Ciò quando il piedino 1 è col-legato a massa, ovvero allo zero logico, mentre se vieneposto a livello alto il relativo buffer è disattivato e i pin18 e 16 (ma anche il 12 ed il 14) sono posti nella condi-zione tri-state, cioè ad alta impedenza, e si comportanocome dei transistor open-collector. Va notato che ogniline-driver di quelli utilizzati è scomposto in due parti,ciascuna fatta di 4 buffer; esternamente si presenta incontenitore dip a 10+10 piedini, 16 dei quali riservatiagli I/O, 2 per l’abilitazione (uno per ciascun gruppo di

La scheda dellademoboard al

termine del montaggio. Si noti,nel lato sinistro, la

presenza dei 3 jumper (JP1, JP2 e

JP3) che consentonodi selezionare le

risorse disponibilisulla scheda.

Chiudendo JP1 siinserisce la tastiera

a matrice e ildisplay a 7 segmenti.Ponticellando JP2 siattiva il display LCDe i pulsanti P1 e P2.

Infine, chiudendoJP3 si rendonodisponibili gli 8

LED, i 2 pulsanti, i2 relè e il cicalino

da stampato.

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1 2 3 A

B

C

D

4 5 6

7 8 9

0 #*

C2 R1 C1 R4 C3 R3 R2 C4

collegata alla porta B del PIC, ovvero alle rispettivelinee RB0÷RB7; 2) la cifra decimale (gestita da 4 degli8 bit della porta A, cioè RA0÷RA3) ovvero il display 7-segmenti a led pilotato tramite U4a e il decoder BCD/7-segmenti siglato U7. - Ponticellando JP2 si rendonodisponibili: 1) il display LCD, collegato alle lineeRB0÷RB7 per quanto riguarda il bus-dati, e adRA0÷RA2 per la gestione delle linee di controllo RS,R/W, ed E; 2) i pulsanti P1 e P2, collegati alle linee RA3ed RA4, configurate queste come ingressi. - ChiudendoJP3 si abilitano infine: 1) gli 8 led collegati alla porta B(RB0÷RB7) mediante il buffer U1; 2) i pulsanti P1 e P2gestiti ancora da RA3 ed RA4; 3) i due relè RL1 ed RL2,attivati tramite i transistor T1 e T2, con le linee RA1 edRA2 del microcontrollore; 4) il cicalino piezoelettricoBZ, comandato dal transistor T3, pilotato a sua voltadalla linea RA0 della porta A. Notate che per come èfatto il simulatore le selezioni possono essere fatte unasola alla volta, cioè si può chiudere uno soltanto dei 3jumper, e non più d’uno contemporaneamente. Notateancora che i ponticelli JP1, JP2 e JP3 sono provvisti cia-

scuno di una resistenza di pull-up, e comandano diretta-mente, o tramite una semplice logica a diodi, i piedini diabilitazione dei buffer tri-state: chiudendo il primo siabilita l’intero U3, e la prima parte dell’U4 (U4a) per-mettendo la scansione della tastiera a matrice e l’uso deldisplay a led, mentre U2, U4a, U1 ed U5 sono in tri-stateperché con JP2 e JP3 aperti le rispettive resistenze dipull-up ne pongono i pin di controllo a livello alto.Praticamente R11 tiene ad 1 logico il piedino 1 dell’U5bed 1 e 19 dell’U1, oltre al catodo del D4; R12 fa lo stes-so con il catodo del diodo D5, con il piedino 19dell’U4b, e con 1 e 19 dell’U2. La resistenza R8 assicu-ra il livello alto al pin 19 dell’U5a, poiché D4 e D5 sonointerdetti. Chiudendo il solo JP2 l’U5a viene attivato conlo zero portato dal D5, ed anche U4b ed U2 vengonoabilitati mediante i piedini 1 per il primo, ed 1/19 per ilsecondo. Gli altri buffer sono disattivati. Con JP3 chiu-so si abilita ancora U5a, stavolta tramite lo zero logicoportato dal diodo D4, ma anche U1 (i pin 1 e 19 vengo-no messi a livello basso) ed U5b. Riassumendo possia-mo pertanto dire che con JP1 è possibile testare ad esem-

Piedinatura della tastiera a matrice da 4 righe per4 colonne da interfacciare alla demoboard.

La nostra demo-board implementaanche un display

7 segmenti a cato-do comune che

viene gestito dallalinee RA0, RA1,RA2 e RA3 del

PIC. Riportiamo,a lato, la sezionedello schema elet-

trico relativa aldisplay 7 segmentie sotto la piedina-tura dello stessovista da sopra.

IN SCATOLA DI MONTAGGIO

La demoboard per microcontrollori PIC èdisponibile in scatola di montaggio (cod.FT215) al prezzo di 120.000 lire. Il kit com-prende tutti i componenti, un microcontrol-lore PIC 16C84, la basetta forata e serigrafa-ta, il display LCD, la tastiera a matrice e undischetto con i relativi programmi dimostra-tivi. Il materiale va richiesto a: FuturaElettronica, V.le Kennedy 96, 20027Rescaldina (MI) tel 0331-576139.

CO

RS

O P

ER

MIC

RO

PIC


pio un software per gestire una tastiera a matrice di 4righe per 3 colonne, oppure 4x4, che visualizzi suldisplay a led il numero del tasto battuto di volta in volta;oppure un programma che comunque debba gestire lamatrice o solo il display 7-segmenti. Con le funzionilegate a JP2 si può lanciare invece ogni software divisualizzazione su display LCD intelligente, tipo quellodella Clover (CDL4162) a 2 righe per 16 caratteri, chepreveda magari la lettura di due pulsanti: insomma ilfunzionamento di un PIC16C84 come temporizzatore,orologio o sveglia programmabile, contatore, semplicevisualizzatore, ecc. Infine, con la selezione fatta da JP3si ha la possibilità di verificare programmi di vario tipo,che debbano accendere led o comandare relè, leggerepulsanti o generare note acustiche per pilotare cicalini osirene. Quanto alla pratica, per prima cosa dovete realiz-zare la basetta stampata seguendo la traccia illustrata agrandezza naturale in questa pagina; vista la complessitàdel circuito è praticamente indispensabile ricorrere allafotoincisione, ed allo scopo consigliamo di ricavare lapellicola facendo una buona fotocopia su carta da lucido

o acetato della traccia di queste pagine. Incisa e forata labasetta è pronta per il montaggio. Iniziate dunque infi-lando e saldando le resistenze e i diodi al silicio (atten-zione al verso indicato: la fascetta indica il catodo) quin-di realizzando i ponticelli di interconnessione usando gliavanzi dei loro terminali e, se non bastano, degli spez-zoni di filo in rame rigido del diametro di 0,5÷0,8 mm.Procedendo montate il trimmer, quindi gli zoccoli per gliintegrati dip (posizionandoli come mostra la disposizio-ne dei componenti) e quindi i condensatori, dando laprecedenza a quelli non polarizzati e badando alla pola-rità degli elettrolitici; inserite e saldate i transistor, i led,il cicalino, ciascuno nel verso indicato dai disegni diqueste pagine, e rammentando che per i led il catodo stadalla parte smussata del contenitore. Quanto ai pulsanti,possono essere montati direttamente su stampato, e lostesso vale per il display LCD, che deve “guardare”verso l’esterno e può essere posizionato perpendicolare(vedere foto del prototipo) alla superficie della basetta;per la connessione è possibile usare una fila di punterompibili a passo 2,54 mm da infilare nei rispettivi fori

Nonostante l’appa-rente complessità delcircuito, la realizza-zione pratica dellanostra demoboard

non presenta partico-lari difficoltà.

Consigliamo però dicostruire la basetta

utilizzando esclusiva-mente il sistema

della fotoincisione,evitando così possi-bili errori causati

dalla realizzazione diun nuovo master.

Allo scopo, occorrericavare la pellicolafacendo una fotoco-pia su carta da luci-do o acetato dellatraccia riportata in

questo box in dimensioni reali.Successivamente,

occorre utilizzare lapellicola per impres-

sionare la piastraramata trattata con il

photoresist.Terminata questa

operazione, procede-te all’incisione dellabasetta utilizzandodel cloruro ferrico.

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DOVE ACQUISTARE LO STARTER KIT

Lo Starter Kit comprende, oltre al programmatorevero e proprio, un CD con il software (MPLAB,MPASM, MPLAB-SIM) e con tutta la documentazio-ne tecnica necessaria (Microchip Databook,Embedded Control Handbook, Application notes), uncavo RS-232 per il collegamento al PC, un alimenta-tore da rete e un campione di microcontrollore PIC.La confezione completa costa 390.000 lire IVA com-presa. Il CD è disponibile anche separatamente alprezzo di 25.000 lire. Il materiale può essere richiestoa: Futura Elettronica, V.le Kennedy 96, 20027Rescaldina (MI), tel. 0331-576139, fax 0331-578200.

su stampato, e stagnare direttamente sulle piazzole deldisplay badando di non fare cortocircuiti. I due relè sonodi tipo FEME MZP-001 ad uno scambio, e vanno mon-tati ciascuno al proprio posto (entrano solo in un verso).Il regolatore di tensione 7805 va messo in verticale, edeve essere infilato nei rispettivi fori in modo che la suaparte plastica (lato scritte) sia rivolta all’elettrolitico C2.L’altro display, cioè quello a led, può essere zoccolatooppure lo si può saldare direttamente allo stampato: inogni caso va posizionato in modo che il punto decimalestia in corrispondenza del più vicino foro di fissaggiodella scheda, e comunque come indicato nel piano dicablaggio. I ponticelli di selezione JP1, JP2 e JP3, pos-sono essere realizzati ciascuno con una coppia di puntea passo 2,54 mm, che potrete poi chiudere con un jum-per dello stesso passo, tipo quelli usati nelle schede dei

computer. Per le uscite relative agli scambi dei relè pote-te disporre due morsettiere bipolari per c.s. a passo 5mm, e per l’alimentazione, se volete, potete montare unapresa plug con positivo centrale. Infine, la tastiera a matrice dovete collegarla alle relati-ve piazzole della demoboard con corti spezzoni di filo ocon della piattina. Procuratevi ora l’alimentatore: essodeve poter fornire una tensione continua di 12 volt eduna corrente di circa 800 milliampère; potete quindi uti-lizzare uno di quelli a muro con presa incorporata, da1A, oltretutto dotato di plug. In tal caso accertatevi chelo spinotto abbia il positivo interno e non esterno, perchédiversamente la scheda non funzionerà. Usando un ali-mentatore senza plug collegate il positivo alla piazzolache porta all’anodo del diodo D1, ed il negativo in quel-la di massa.


Se il buon giorno si vede dal mattino è quantomenoevidente che per essere di buon umore e trascorrere

una giornata senza “cerchi alla testa” sono determinan-ti le prime fasi della giornata, cioè un buon risveglio eduna colazione decente: siamo tecnici e per ora non cisiamo occupati di alimentazione (cibo...) mapossiamo suggerire qualcosa almeno perquanto riguarda la sveglia mattutina.Avrete certo visto tra le pagine dellevarie riviste e nelle vetrine dei negoziuna miriade di sveglie, semplici e com-plesse, radiosveglie, orologi sin-cronizzati via radio, ma sappia-te che la mag-gior parte diquesti dispositi-vi nella praticafa quello chefarebbe la vec-chia sveglia“della nonna”,quel macchi-nario infer-nale cheall’ora puntata simetteva a suonare con il tipicotrillo più o meno assordante. Arrivati allesoglie del 2000 ci sembra che si possa fare qualcosa dimeglio, se non altro per risparmiarci l’atroce risveglioal suono di campane e campanelle che di botto ci spez-zano un sogno fatto di luoghi da favola, isole caraibi-

che, palme, spiagge bianche e... in piedi alla sveltaaltrimenti si tarda in ufficio! Studi fatti sul sonno cidicono che l’uomo da quando si addormenta a quandosi sveglia passa più fasi cicliche che portano ad un

sonno sempre più profondo(sonno R.E.M.) caratteriz-

zato ed evidenziato darapidi movimenti late-rali degli occhi in unsenso e nell’altro; arri-

vati al picco dimassimo rilassa-

mento, rilevabiledall’elettroencefa-

logramma nelquale determinaonde elettriche a

frequenza compresatra 7 e 13 Hz, si vaverso un gradualerisveglio, fino allacondizione di veglia

latente. Subito dopo sisprofonda nuovamente

e gradualmente verso ilsonno R.E.M. e, ancora pro-

gressivamente, si torna ad un sonno menopesante. Ogni ciclo dura grosso modo un’ora

e mezza, e la fase più profonda all’incirca una mezz’o-retta: è in essa che si suppone avvengano i sogni.Ancora gli studi ci dicono che il miglior risveglio, quel-

CLOCK ALARM

UNA SVEGLIALUMINOSA

Seguendo una nota teoria secondo la quale per alzarsi bene e di buon umorebisogna svegliarsi in maniera soft, abbiamo messo a punto una

sveglia che un quarto d’ora prima di suonare accende gradualmente una o più luci, simulando, ad esempio, il sole che appare alla finestra...

di Alberto Colombo


lo che ci permette di alzarci rilassati etranquilli senza dolore o stress, è quelloche avviene lontano dalla fase R.E.M. equindi quando il sonno è meno profon-do: l’ideale sarebbe svegliarsi semprenei periodi di sonno leggero, ovvero diveglia latente. Se non altro perché pareche svegliandosi durante il picco dimassimo assopimento non ci si ricordipiù del sogno che si stava facendo. Datoche nella pratica è difficile svegliarsisempre quando il sonno è più leggero,non sempre ci alziamo di buon umore:già, perché quando ci suona la sveglianel momento sbagliato viviamo un pic-

colo trauma, qualcosa che ci infastidi-sce e che si indispone di prima mattina.L’ideale sarebbe venire svegliati quan-do siamo più predisposti, cioè fuoridalle fasi di sonno profondo: tuttaviaper fare una cosa del genere bisogne-rebbe avere una sveglia computerizzataed un elettroencefalografo applicato alcapo, in modo da verificare le ondecerebrali e agire al momento giusto.Tutto questo è comunque un’ipotesi,assurda ed impraticabile se non altroperché il solo pensiero di attaccarsi adun macchinario prima di andare a dor-mire guasta il sonno; almeno oggi, per-

ché domani non si sa. Comunque sia,farsi svegliare quando è più giusto è unconcetto sbagliato, perché se bisognaessere in piedi alle 8 del mattino e aquell’ora si è in pieno sonno R.E.M. l’i-potetica sveglia intelligente deve atten-dere almeno mezz’ora prima di suona-re, altrimenti è tutto inutile. La soluzio-ne perfetta è quella che vi proponiamoin queste pagine, e non perché ci abbia-mo pensato noi, ma perché nasce dallostudio del sonno e concilia tutte le esi-genze: è una sveglia che invece di suo-nare di colpo ci risveglia lentamente,quindi, dopo un tempo ragionevole, si

schema elettrico


mette a suonare. Praticamente all’oraprestabilita aziona un varialuce collega-bile ad un’abat-jour o alle lampadedella camera dove si dorme, facendoleaccendere progressivamente nell’arcodi un quarto d’ora, simulando un po’ ilsole che nelle belle stagioni si affacciaalle nostre finestre già al mattino pre-sto; l’illuminazione passo per passotende ad alleggerire il sonno, perché ciaccorgiamo dello stimolo pure senzasvegliarci di colpo, cosicché quando laluce è totalmente accesa siamo già nellafase di veglia latente, e quando suonal’avvisatore acustico non si subisce il

solito trauma da “brusco risveglio.Vediamo allora il dispositivo propostoin queste pagine analizzandone lo sche-ma elettrico che ne mostra il circuito alcompleto: si tratta in sostanza di unasveglia elettronica a microcontrolloreche, una volta impostata, all’ora presta-bilita fa accendere gradualmente una opiù lampadine, quindi trascorsi 15minuti attiva un avvisatore acustico. Loschema mostra una circuitazione relati-vamente complessa, nella quale sonoimpiegati ben due microcontrollori: ilprimo (U3) è l’orologio vero e proprioche viene utilizzato per gestire il

display a cristalli liquidi; il secondocontrolla invece il funzionamento dellalampadina, provvedendo alla parzializ-zazione dell’onda sinusoidale dellatensione di rete, e alla sincronizzazionecon il passaggio per lo zero volt (Zero-crossing). Ma andiamo subito all’anali-si dello schema e iniziamo con il direche idealmente può essere suddiviso indue parti: la prima si occupa appunto digestire l’orologio, il display e i due pul-santi P1 e P2 (impostazione di orologioe sveglia); la seconda controlla invecel’attività della lampadina o gruppo dilampade collegati all’uscita LP.Controlla quindi il triac T1 e gestisce ildeviatore SW1 e i tasti P3 e P4. Laprima sezione del circuito fa capoall’integrato siglato U3, un microcon-trollore siglato PIC16F84; insieme adesso troviamo i due monostabili ricava-ti dai due timer (U4a e U4b) contenutiin un NE556, il display LCD a 2 righeper 16 caratteri della Clover, e i duepulsanti P1 e P2. Questi due sono col-legati rispettivamente ai piedini 2 e 3del PIC e servono ad immettere i datidell’orologio, ad esempio l’ora e leimpostazioni della sveglia; inoltre,quando il sistema genera l’allarme acu-stico, tali piedini diventano uscite edinviano alcuni segnali ai monostabiliU4a e U4b. Scendiamo nei dettagli evediamo bene il funzionamento: quan-do l’orologio-sveglia va in allarme ilpiedino 2 dell’U3 si porta a livellobasso per un certo tempo, abilitando(facendo interdire T2) il piedino direset (pin 4) del primo monostabile,ovvero di U4a; dopo alcuni istantianche il pin 3 si porta a zero logico, el’U4a viene triggerato: in queste condi-zioni si genera un impulso positivodella durata di alcuni millisecondiall’uscita dell’U4a (pin 5) trascorsi iquali i piedini 2 e 3 del micro tornanoad assumere le loro funzioni normali.L’impulso prodotto dall’uscita delprimo monostabile manda in saturazio-ne T3, il cui collettore produce un livel-lo logico basso di pari durata ed eccitail piedino di trigger (8) dell’U4b.Quest’ultimo genera a sua volta unimpulso positivo della durata definitadai valori di R11 e C10, e comunqueben maggiore di quella dell’impulsoprecedente (qualche secondo). Ciò rap-presenta il collegamento tra la prima ela seconda parte del circuito. Quanto al


display LCD, dallo schema elettriconotate che è collegato direttamente alPIC16F84 siglato U3, e che le relativelinee dei dati sono tenute a massa, inassenza di segnali di controllo, dallarete resistiva di pull-down RT1. Laseconda sezione del circuito ha loscopo di controllare, attraverso unfotoaccoppiatore (U7) un triac di mediapotenza al quale si possono collegareuna lampada o un gruppo di lampade(LP); U7 è pilotato dal transistor T6alla cui base giungono gli impulsi dipilotaggio prodotti dal secondo PIC(U5) opportunamente ritardati in mododa realizzare una variazione pressochélineare della luminosità. In sostanzaU5 funziona come un tradizionale dim-mer a rete R/C, e genera impulsi positi-

vi che crescono di durata quando lalampada deve illuminarsi progressiva-mente, e decrescono (nella fase chedescriveremo in seguito) se la stessadeve funzionare in spegnimento. Taliimpulsi vengono generati in corrispon-denza del passaggio per lo zero dellatensione sinusoidale di rete, in modo daparzializzare i semiperiodi dell’onda(vedere i disegni di figura 1). Comeriferimento per il passaggio dallo zerovolt, essendo sconveniente collegarsidirettamente alla rete, prendiamo la ten-sione uscente dal ponte raddrizzatorePT1, ovvero gli impulsi sinusoidali cheesso fornisce tra i propri elettrodi “+” e“-”: lo zero crossing si ha quindi ognivolta che si annulla la differenza dipotenziale tra tali punti. Ogni volta che

ciò si verifica il transistor T6 si porta ininterdizione e genera un impulso positi-vo che dal suo collettore giunge, inver-tito, all’uscita della NOT U6b: ogniimpulso positivo e quindi negativo sca-rica C13 (che si carica quando T6 va inconduzione) attraverso la resistenzaR19, cosicché, quando la tensione aicapi del condensatore è scesa al disottodel livello di soglia dell’ingresso dellaU6a l’uscita di quest’ultima commutaassumendo l’1 logico e restando in talecondizione fino a quando la tensione diriferimento (quella all’uscita del pontea diodi) non si discosta sensibilmenteda zero volt. Evidentemente ad ognipassaggio per lo zero avremo un impul-so positivo al piedino 18 dell’U5,impulso che servirà al microcontrollore

Per ottenere l’accensione e lo spegnimentoprogressivi della lampada la nostra sveglialuminosa impiega una tecnica già usata daiclassici dimmer manuali o automatici, checonsiste nel variare l’angolo di conduzionedi un interruttore elettronico (nel caso untriac) in modo da modificare il valoremedio della tensione a cui è sottoposta lalampada stessa. La figura 2 mostra comeavviene la parzializzazione dell’onda sinu-soidale: in pratica riferendosi al passaggioper lo zero volt (zero-crossing) della sinu-soide di rete, grazie ad impulsi ricavati dalponte raddrizzatore (fig. 1) il componenteavvia di volta in volta un temporizzatoreche determina un certo ritardo, ovvero unintervallo trascorso il quale produce a suavolta impulsi che vanno ad eccitare il gatedel triac (Im) il quale conduce per la partedi semiperiodo che resta fino al prossimopassaggio per lo zero. In definitiva, mag-giore è il ritardo con cui ogni impulso rag-giunge il triac, minore è l’angolo di condu-zione in ogni semiperiodo (180°) e quindi latensione media ai capi della lampadina,evidenziata dalle porzioni di sinusoide visi-bili nel grafico Va; minore è il ritardo e piùè grande l’angolo di conduzione del triac,quindi la tensione (Va) applicata alla lam-pada. Nel disegno, la parte tratteggiata diIm rappresenta la condizione in cui l’im-pulso giunge con minore ritardo di quello atratto pieno, determinando un aumento del-l’angolo di conduzione.

il funzionamento del dimmer

Vin: sinusoide raddrizzata Im: impulsi di sincronismo

Vin: sinusoide di rete Im: impulsi generati dal PICVa: tensione ai capi della lampada

figura 1

figura 2

Vin

Im

Vin

Im

Va


quale sincronismo per far generare glialtri impulsi, ovvero quelli dati al T5per eccitare il fotoaccoppiatore e quin-di il triac di uscita con un certo ritardo,a seconda della luminosità voluta.Notate il diodo Zener DZ2, inserito perlimitare la tensione corrispondente all’1logico all’uscita della U6a: fa da adatta-tore di livello, poiché U6 funziona acirca 12 volt, mentre il PIC è alimenta-to a 5V; con l’attuale circuitazionequando il piedino 4 della U6a si porta alivello alto (circa 12V), al PIC giungecomunque un potenziale non maggioredi 5,1 volt. Nulla cambia invece per lozero logico, poiché con esso DZ2 noninterviene. Vediamo adesso comeavviene il comando della lampadina:dopo aver ricevuto il segnale di abilita-

zione dai monostabili l’U5 può entrarein azione: il suo compito principale èquello di accendere o spegnere gradual-mente la lampadina collegata ai morset-ti LP nell’arco di 15 minuti primi; incaso di accensione, deve portare la ten-sione della lampada da zero volt al mas-simo (220 volt circa). Questa variazio-ne progressiva è possibile grazie allecaratteristiche del triac: questo va inconduzione (praticamente in cortocir-cuito) tra gli elettrodi A1 e A2 quandoal suo gate è applicata una tensionepositiva rispetto ad A1, e vi rimane fin-ché in esso scorre una corrente minima(detta Corrente di Mantenimento)ovvero fino a che non vene invertita ladifferenza di potenziale ai suoi capi.Ciò significa che fornendo un impulso

di eccitazione al gate, il componenteconduce tra A1 e A2 alimentando lalampada, fino a che la tensione di retenon passa per lo zero volt, allorchémanca perfino la corrente di manteni-mento e si interdice; all’inversione dipolarità basta dargli un nuovo impulsoper farlo condurre ancora. Per ridurre latensione (il valore medio) applicata allalampadina basta ritardare l’impulso dieccitazione del triac rispetto al passag-gio per lo zero volt, ottenendo così unaparzializzazione dei semiperiodi: mag-giore è il ritardo minore è il valormedio, viceversa, minore è il ritardo piùè alta la tensione (vedere fig. 2). Notateche il circuito sente la presenza o l’as-senza della rete, ed agisce di conse-guenza: nello specifico, in mancanza

Nel nostro orologio/sveglia utilizziamo due microcontrollori e perciò due software distinti; iniziamo descrivendo quellocaricato nel micro U3, ovvero quello che gestisce l’orologio. Questo software si basa sull’utilizzo di un registro contato-re interno al chip, il TMR0, posto come base dei tempi; al suo fianco sono stati creati dei registri ausiliari che hanno ilcompito di memorizzare tutti i vari campi dell’orologio: per intenderci, uno per i minuti, uno per le decine di minuti, unoper le ore ed uno per le decine di ore. C’è inoltre un registro dei secondi e quello dei decimi di secondo, che tuttavia nonhanno riscontro sul display. Ciascuno è incrementato sotto specifiche condizioni; si crea così una catena di eventi chemantengono sempre aggiornata l’ora. Inoltre, con questo tipo di gestione risulta molto più semplice impostare l’ora e lasveglia. Poiché il controllo del display utilizza quasi tutte le risorse del PIC16F84 (ben 10 linee di dati), si è reso neces-sario implementare i controlli di orologio e sveglia direttamente sul display: infatti utilizzando due soli tasti (e quindi altredue linee dati del PIC) è possibile selezionare ed impostare l’ora corrente, la sveglia, nonché attivare e disattivare que-st’ultima. Allo scopo sono state create due routine di base, una che controlla la posizione del cursore sul display e reagi-sce di conseguenza, l’altra che permette di aggiustare l’ora o la sveglia, o di uscire dal tipo di programma scelto. Oltrea queste due ci sono altre routine di controllo: una in particolare per la gestione dei tasti; un’altra è per la sveglia (segna-le ai monostabili tramite i piedini 2 e 3) e una ancora per la produzione dei messaggi sul display. Poiché tutte queste rou-tine sono attive contemporaneamente è stato necessario utilizzare un secondo PIC16F84 a cui sono stati delegati i com-piti di gestire il triac e quindi il funzionamento del dimmer per il controllo della lampadina. Il secondo micro (U5) ha unapposito software per controllare il triac, ma anche per leggere lo stato dei tasti P3 e P4 che comandano l’accensione olo spegnimento immediati della luce, nonché il cicalino piezoelettrico usato quale avvisatore acustico. Particolare atten-zione va al modo in cui il microcontrollore calcola il periodo di tempo in cui la luce cala o cresce di intensità, ovvero i15 minuti che trascorrono dall’arrivo dell’impulso inviato da U3 all’emissione della nota acustica da parte della suone-ria: per contare il tempo il software utilizza gli impulsi di zero-crossing che arrivano al suo piedino 18 e che, derivandodai semiperiodi della tensione di rete che hanno la frequenza di 100 Hz e che giungono ogni 10 millisecondi; si tratta diuna temporizzazione precisa perché, come è noto, la frequenza di rete (50 Hz) è molto stabile. Il programma in questio-ne è diviso in più routine di ritardo con un valore di tempo decrescente, infatti per controllare l’accensione graduale diuna lampada occorre inviare al triac impulsi di gate in modo che siano sempre meno ritardati rispetto al passaggio perlo zero; quindi ad ogni aggiornamento del timer viene ridotto il ritardo di comando del piedino 6. Si parte quindi da unritardo pari a quello di un semiperiodo (10 msec.) e si arriva ad un minimo di 10 microsecondi dallo zero-crossing: alprimo corrisponde la condizione di lampada spenta, mentre con il secondo si ottiene la massima luminosità e si attiva ilcicalino della suoneria. Nel caso venisse a mancare la tensione di rete durante la fase di accensione della lampada il pro-gramma ignorerà gli impulsi di sincronismo ed il relativo conteggio, ed attiverà immediatamente la suoneria stessa.Infine, il programma del micro 2 (U5) legge lo stato del proprio piedino 9, al quale è collegato SW1, impostando di con-seguenza un certo modo di funzionamento: a 1 logico la lampada inizia ad accendersi all’ora prestabilita dalla sveglia,per risultare a piena luce dopo 15 minuti, allo scadere dei quali suona il cicalino; con il livello basso si ha invece il modo“a spegnimento”, nel quale la lampadina parte totalmente accesa (la si comanda con P4) e all’ora impostata con la soli-ta funzione di sveglia inizia a spegnersi gradualmente, oscurandosi entro i soliti 15 minuti.

i programmi di gestione


dei 220 volt (a seguito di un black-out)funziona ugualmente, fatta eccezioneper la lampada; in sostanza la logica dicontrollo è inibita e così pure il fotoac-coppiatore U7 e il triac T1. Inoltre,quando (all’ora impostata con la sve-glia) i monostabili U4a e U4b inviano ilsegnale di comando, U5 attiva subito ilcicalino, emettendo l’avviso acusticoimmediatamente e non dopo i canonici15 minuti, indicando che manca la ten-sione di rete e che perciò non è statopossibile attivare la lampada. Semprein caso di black-out è stata prevista unabatteria (pila) da 9 volt collegabile aipunti BAT: essa terrà in funziona l’oro-logio fino al ripristino della rete elettri-ca. Tornando al funzionamento norma-le, notate che attorno all’U5 sono pre-

la sveglia luminosa ...COMPONENTI

R1: 100 OhmR2: 10 Kohm

trimmer min.R3: 10 KohmR4: 10 KohmR5: 47 KohmR6: 10 KohmR7: 560 KohmR8: 47 KohmR9: 4,7 KohmR10: 10 KohmR11: 120 KohmR12: 10 KohmR13: 4,7 KohmR14: 3,9 KohmR15: 10 KohmR16: 10 KohmR17: 10 KohmR18: 1 KohmR19: 33 KohmR20: 4,7 KohmR21: 10 KohmR22: 10 KohmR23: 10 KohmR24: 820 OhmR25: 1 Kohm 1/2WR26: 100 Ohm 1WR27: 220 Ohm 1WR28: 100 KohmR29: 4,7 KohmR30: 10 KohmRS1: rete resistiva

10 Kohm

C1: 470 µF 25VL elettrolitico

C2: 100 nF multistratoC3: 1000 µF 16VL


elettroliticoC5: 100 nF multistratoC6: 22 pF ceramicoC7: 22 pF ceramicoC8: 1 µF 16VL elettroliticoC9: 100 µF 16VL


elettroliticoC11: 22 pF ceramicoC12: 22 pF ceramicoC13: 8,2 nF poliestereC14: 1 µF 16VL elettroliticoC15: 100 nF 400VL p.so 10C16: 100 nF 400VL p.so 10C17: 100 nF multistratoC18: 100 nF multistratoD1: 1N4007 diodoD2: 1N4007 diodoD3: 1N4007 diodoPT1: Ponte diodi 1ADZ1: Zener 5,1V 1/2WDZ2: Zener 5,1V 1/2WU1: Regolatore 7812U2: Regolatore 7805U3: PIC16F84

programmato (MF115)U4: NE556NU5: PIC16F84

pin-out del display CDL4162

1= BL+2= BL-3= GND4= +5V5= Vo6= RS7= R/W8= E

9= DB010= DB111= DB212= DB313= DB414= DB515= DB616= DB7

senti tre comandi, cioè due pulsanti eun deviatore: P3 serve per spegnere lalampadina LP una volta che è stataaccesa, anche solo parzialmente, e pertacitare il cicalino una volta che, tra-

scorsi 15 minuti dall’ora impostata,scatta l’avviso acustico; P4 accendeinvece la lampada alla massima poten-za, come fosse un normale interruttoredella luce. Quindi, riassumendo, per


accendere la luce in qualsiasi momentobasta pigiare P4, mentre per spegnerlasi agisce su P3; entrambi possono esse-re sostituiti con pulsanti da pannello nelcaso si voglia incassare la sveglia ad

esempio sulla sponda posteriore delletto: serviranno per comandare la lucenel caso ai punti LP si colleghi l’im-pianto della camera. Quanto al devia-tore SW1, serve per impostare il modo

programmato (MF116)U6: HEF40106BU7: MOC3020

fotoaccoppiatoreBAT: Batteria 9VDISPLAY: Display LCDT1: Triac BTA16-700T2: BC547B transistor NPNT3: BC547B transistor NPNT4: BC547B transistor NPNT5: BC547B transistor NPNT6: BC547B transistor NPNQ1: Quarzo 4 MhzQ2: Quarzo 4 MhzBZ: Buzzer 12V con OSC.

P1: Pulsante NAP2: Pulsante NAP3: Pulsante NAP4: Pulsante NATF1: Trasformatore 220/15V 4VALP: Lampada a incandescenzaSW1: Deviatore a levetta

varie:- dissipatore per TO220;- morsettiera 2 poli ( 7 pz.);- zoccolo 3 + 3;- zoccolo 9 + 9 ( 2 pz.);- zoccolo 7 + 7 ( 2 pz.);- stampato cod. H078.

... in pratica

Il prototipo della sveglia luminosa a montaggio ultimato.

di funzionamento della lampada: postoverso il +5V fa in modo che parta acce-sa, e che quindi cali progressivamentedi luminosità; verso massa, parte spen-ta e si accende gradualmente fino apiena potenza. Entrambe le situazionisi verificano a partire dall’impulso dicomando dato dal primo al secondomicrocontrollore, il che significa inpratica quanto segue: nel funzionamen-to da sveglia, all’ora impostata il cir-cuito fa accendere gradualmente lalampadina per 15 minuti, quindi fa suo-nare l’avvisatore acustico; con SW1 amassa invece si usa il sistema come untimer, comodissimo ad esempio per farspegnere la luce della camera a partireda una certa ora, entro i soliti 15 minu-ti. Ad esempio, se ci si addormenta leg-gendo basta impostare un orario alquale solitamente si prende sonno,tranquilli e sicuri che ad un certo puntola luce si spegnerà da sola, senza resta-re accesa inutilmente tutta la notte; lospegnimento è progressivo perché sefosse brusco lo si potrebbe percepire eci si potrebbe svegliare, annullando difatto ogni vantaggio dato dal sistema.Bene, chiudiamo la descrizione delloschema esaminando l’alimentatore chefa funzionare il tutto: abbiamo previstoun trasformatore con primario collega-to alla rete 220V e secondario da 15volt; la tensione prodotta da quest’ulti-mo viene raddrizzata dal ponte a diodiPT1, che fornisce impulsi sinusoidali aC1 tramite il D1. Notate che quest’ulti-mo serve per poter prelevare gli impul-si necessari al sincronismo del varialu-ce: se non ci fosse sarebbe impossibileavere zero volt ai capi del ponte, datoche l’elettrolitico si carica con essiassumendo una differenza di potenzia-le pressoché costante. U1 ricava quindi12 volt stabilizzati utilizzati per il fun-zionamento dell’avvisatore acustico edel blocco di comando del triac, non-ché per alimentare un secondo regola-tore, U2, da cui si ottengono invece 5volt, necessari al funzionamento dellalogica (eccetto U6) e del display LCDcon rispettivo retroilluminatore a led.

REALIZZAZIONE PRATICA

Passiamo adesso alla parte riguardantela costruzione dell’orologio-sveglia,partendo subito dalla basetta stampata:

L’immagineevidenziacome èmontato ildisplaysullabasetta delnostro prototipo.

Alla prima alimentazione, ildisplay si predispone con lescritte raffigurate nell’im-magine a lato; i pulsanti P1


su di essa prenderanno posto tutti icomponenti, ed andrà realizzata perfotoincisione impiegando quale pelli-cola una copia della traccia lato rameillustrata in queste pagine a grandezzanaturale; incisa e forata è pronta per ilmontaggio. Reperiti i componenti che servono, ini-ziate inserendo e saldando le resistenzee i diodi (attenzione alla fascetta sulcorpo di questi ultimi, che ne evidenziail terminale di catodo) quindi gli zoc-coli per gli integrati, da posizionarepreferibilmente ciascuno con la taccadalla parte indicata nel disegno visibilein queste pagine. Proseguite con iltrimmer e i condensatori, badando allapolarità di quelli elettrolitici, quindisistemate i quarzi, il cicalino (dotato dioscillatore e quindi avente una pola-rità...), i transistor (da posizionarecome indicato nel disegno) e i regolato-ri di tensione: U1 deve stare con il latometallico rivolto al cicalino BZ, mentreper U2 lo stesso lato deve guardareverso lo zoccolo del microcontrolloreU5. Passate al ponte raddrizzatore,anch’esso da posizionare secondo unaprecisa polarità, e sistemate il triac pie-gandone i terminali a 90° e infilandolinei rispettivi fori dopo aver appoggiatoil lato metallico ad un dissipatore (da15÷18 °C/W) ed aver fissato il tuttoallo stampato con una vite 3MA prov-vista di dado. Controllate bene il fis-saggio del triac ad evitare falsi contattie cortocircuiti involontari tra vite,eventuali rondelle, e piste sottostanti;rammentate che, una volta acceso il cir-cuito, il dissipatore sarà in contattoelettrico con l’anodo A2 del triac, quin-di sotto tensione di rete. Per le connes-sioni con i pulsanti e con il deviatore,nonché per collegare la batteria, la lam-padina e la rete, prevedete una serie dimorsettiere a passo 5 mm da stampato,che salderete ciascuna in corrisponden-za delle rispettive piazzole. A proposi-to di pulsanti, sono tutti di tipo normal-mente aperto, unipolari, e potrete sce-glierli con la massima libertà; il devia-tore SW1 è un elemento unipolare alevetta, a slitta, o come lo avete adisposizione: anche in questo caso nonvi sono particolari vincoli. Quanto altrasformatore di alimentazione, dovetesceglierne uno del tipo per circuitostampato con primario 220V/50Hz esecondario da 13÷15 volt capace di

erogare almeno 300 milliampère: l’ele-mento scelto deve avere ovviamente lastessa piedinatura di quello da noi pre-visto. Quanto al display LCD, abbiamousato un Clover CDL4162 a 2 righe per16 caratteri, retroilluminato con ledverdi alimentati dal piedino da cuiprende i 5 volt positivi; questo compo-nente si monta verticalmente, con ilvetro verso l’esterno dello stampato, esi collega alle rispettive piazzole condei fili rigidi o con punte sezionabili apasso 2,54 mm inseriti nei fori e sta-gnati adeguatamente. Ultimato il mon-taggio e controllato il tutto, si possonoinserire gli integrati dual-in-line ciascu-no nel proprio zoccolo, badando di farcoincidere le tacche di riferimento;

quanto ai microcontrollori, devonoessere ovviamente già programmati (sipossono richiedere alla FuturaElettronica di Rescaldina -MI- tel.0331/576139) e vanno inseriti ciascunonel proprio zoccolo, senza sbagliare.Rammentate che U3 è il micro siglatoMF115 mentre per U5 il codice èMF116. Sistemato il tutto potete accen-dere la sveglia semplicemente procu-randovi un cordone di alimentazione,collegandone i due fili (neutro e fase) aimorsetti 220V dello stampato, e con-nettendo una lampadina da rete postasul relativo portalampada ai punti LP;inserite quindi la spina del cordone inuna presa alimentata, e vedrete accen-dersi il display, su sfondo verde.

SVEGLIA -> OFF

00:00

SETUP

00:00 #M

+

SVEGLIA -> OFF

00:00 #M

+

SVEGLIA -> ON

00:00 #M

+

cosa appare sul display

P1

P2

P1

P2

P1

P2

P1

P2

e P2 vengono abbinati ai riferimenti dell’ora (simbolo orologio) e della sve-glia (simbolo campanella). Premendo P1 si imposta l’ora; premendo P2 siimposta l’ora della sveglia e si sceglie se attivarla o no.

Impostazione della sveglia:Il cursore lampeggiante,evidenzia il valore cheverrà modificato; premen-do P1, tale valore si incre-menta, raggiunto il numerodesiderato, premendo P2, simemorizza e il cursore sisposta sulla cifra successi-va. Settata l’ora della sveglia, premendo P1, il cursore si sposta sotto il sim-bolo “quadrato”, premendo il tasto P2, appare il simbolo “campanella” e lascritta sopra l’ora evidenzia l’attivazione della sveglia. Premendo nuovamen-te il tasto P1, il cursore si sposta sotto il simbolo “#”; tramite il tasto P2, vienememorizzato il settaggio e la videata del display torna a quella precedente.

Impostazione dell’ora:Il cursore lampeggiante,posto sotto ad una cifra del-l’ora, evidenzia il valoreche verrà modificato; premendo P1, tale valore si incrementa fino a raggiun-gere il numero desiderato, premendo P2, si memorizza e il cursore si spostasulla cifra successiva. Terminato il settaggio della quarta cifra, il cursore sisposta sotto il simbolo # premendo P2, l’ora viene memorizzata e la scherma-ta del display tornerà a quella precedente.

Il display, nel funzionamento normale, fornisce informazioni riguardantil’ora e lo stato dell’attivazione del circuito di sveglia. Di seguito è descritto

come operare per effettuare i vari settaggi:


PER IL MATERIALETutti i componenti utilizzatiin questo progetto sono facil-mente reperibili. Il displayCDL4162 (costo 42.000 lire)ed i due micro (MF115 eMF116, 35.000 lire cadauno)possono essere richiesti alladitta Futura Elettronica, V.leKennedy 96, 20027Rescaldina (MI), tel. 0331-576139, fax 0331-578200.traccia lato rame del circuito in dimensioni reali

Ricordate che il trimmer R2 permette diregistrare accuratamente il contrastodelle scritte. Bene, sul display dovran-no apparire a sinistra i simboli dell’oro-logio (in alto) e della campanella(sotto) ai quali sono associati rispettiva-mente i pulsanti P1 e P2; centralmenteappare in alto la dicitura “SVEGLIA ->OFF” e sotto l’ora attuale, che inizial-mente è 00:00. Se vedete quanto detto ilcircuito funziona bene. Il deviatoreSW1 deve stare normalmente in posi-zione “spento” (UP) altrimenti la lam-padina risulterà accesa. Per impostarel’ora basta premere per un istante P1,allorché il display visualizza in altoSETUP e sotto l’ora; a destra vi è ilsimbolo #. Premendo P2 si sposta il

cursore (lampeggiante sotto i caratteridella riga in basso...) e con P1 adesso sifa avanzare la cifra evidenziata: adesempio se si sposta il trattino sottol’ultima cifra dell’ora, 0 ad esempio,premendo tale pulsante si avanza unavolta ad 1, poi a 2, 3, ecc. Una voltaimpostata l’ora, per uscire bisognaripremere P2 tante volte fino a quandoil cursore non va sotto il simbolo #,quindi si pigia P1. Sul display torna lasituazione normale e l’ora è quellaimpostata. Per settare la sveglia si puòquindi premere P2: il display visualizza“SVEGLIA -> OFF” sopra e sotto l’oradell’ultima impostazione, ovvero quel-la attuale se non è stata fatta alcunaimpostazione; accanto all’ora abbiamo

di premere P1. Giunti a questo puntochiudiamo la descrizione del circuitoricordando che P3 serve per far spegne-re la luce, mentre P4 la accende allamassima luminosità. Infine, per il con-tenitore della sveglia non diamo limiti:se metallico isolate bene la schedadalle sue pareti, per evitare pericolosicortocircuiti; sul pannello frontalemontate il display e, alla sinistra diquest’ultimo, P1 sopra e P2 sotto, inmodo da farli coincidere con i simbolidell’orologio e della campanella in fun-zionamento normale, e con + ed Mnella programmazione. Per P3 e P4scegliete voi la collocazione migliore.Se montate la batteria da 9V collegate-la mediante una presa volante.

un rettangolo e, sempre a destra, il soli-to simbolo #. Come nel setup dell’oro-logio, a sinistra del display ci sono inalto il segno + e sotto la lettera M: posi-zionando, a montaggio ultimato, P1 inalto a fianco dell’LCD e P2 immediata-mente sotto, indicano che il primoserve per far avanzare le cifre, e ilsecondo per spostare il cursore; insom-ma, come già visto per l’orologio. Unavolta impostata l’ora di attivazione lasveglia non funziona a meno di nonabilitarla, cosa che si fa premendo P2fino a portare il cursore sotto il rettan-golo, quindi agendo su P1 fino a farapparire al posto di questo la campa-nella: in concomitanza la riga in altodel display presenterà la dicitura SVE-GLIA -> ON. Ripremendo P1 torne-ranno il rettangolo e la dicitura SVE-GLIA -> OFF, e via di seguito. Peruscire dall’impostazione della svegliabisogna, al solito, premere P2 fino a fartornare il cursore sotto il segno #, quin-


Quattro led messi in croce. Già, sembra un modo perdefinire un circuito di poca cosa, ma è la realtà,

niente più e niente meno; quello che vi proponia-mo in queste pagine è un bersaglio realizzatoproprio impiegando quattro diodi luminosi edun quadruplo operazionale, contornato dapochi componenti passivi ed attivi. Uninsieme tanto semplice quanto complesso,non per l’aspetto circuitale ma soprattut-to per il principio secondo il quale fun-ziona, tanto raffinato e geniale, quan-to logico ed ovvio. Utilizzando ilbersaglio potete attrezzare un tiroa segno di qualunque tipo, pergioco ma anche per gare di un certolivello: naturalmente non usereteproiettili, altrimenti lo distruggerete;quello che vi basta è una pistola laser,realizzata partendo da una pistolagiocattolo, opportunamente modifi-cata, all’interno della quale montere-te un diodo o un puntatore laser diqualunque tipo, purché visibile. Ilfunzionamento è molto semplice:tramite l’arma dovete colpire ilbersaglio formato da quattro led; questi ultimi sono

normalmente tutti spenti e, per quanto strano, sonopronti a ricevere la luce del laser. Se uno di essi viene

raggiunto dal raggio, lo “assorbe” e per reazio-ne si accende, restando poi illuminato fino ache non si toglie tensione al bersaglio. Ogniled lavora indipendentemente, quindi siillumina soltanto quello che viene colpitodal raggio laser, mentre gli altri restanospenti, a meno di non essere stati colpi-ti in precedenza. Andiamo quindi adanalizzare il circuito per capire comefunziona e, volendo, come modificar-

lo per ottenere un target più vasto.Vedremo in seguito come modifi-care la pistola giocattolo. Primadi partire con l’analisi vera epropria, riteniamo sia il caso di

spiegare bene quale sia il princi-pio di funzionamento del circuito,

giacché siamo quasi certi che moltilettori troveranno alquanto strano che

un led faccia sia da bersaglio che daindicatore luminoso del punto colpito:

per capire questo particolare funziona-mento bisogna sapere che ogni diodo a

giunzione, quindi anche quello luminoso, per la sua

OPTOELETTRONICA

BERSAGLIOLASER

INTELLIGENTEVolete realizzare un perfetto tiro a segno? Se non usate proiettili vi proponiamo

un originale bersaglio che funziona con i puntatori laser: è composto da led ad altaefficienza che, strano ma vero, funzionano in modo reversibile e quando vengonoinvestiti dal raggio laser si illuminano indicando dove avete colpito. Un circuito

estremamente semplice realizzato sfruttando un principio poco noto.

di Francesco Ferla


schema elettricodel bersagliointelligente

struttura fisica non si limita a condurrein un solo verso, ma presenta altri feno-meni, che sono descrivibili tracciandodelle coordinate cartesiane. In parolepovere il principio si spiega nel seguen-te modo: polarizzando una giunzioneP/N con il positivo sull’anodo (regioneP), se la differenza di potenziale supera

quella di soglia, la giunzione conduce,presentando una resistenza bassissima;in sintesi, questo è il funzionamentodiretto (I° quadrante). Alimentato conuna tensione di polarità opposta (posi-tivo sul catodo - regione N), il diodonon deve condurre, anche se per comeè costruita la giunzione, lascia passare

una piccola corrente dell’ordine dinanoampère o microampère (correntedi fuga) in base al tipo di materialesemiconduttore utilizzato; parliamo inquesto caso di funzionamento inverso(III° quadrante). Se teniamo polarizza-ta inversamente la giunzione e la espo-niamo ad una radiazione luminosa,visibile o all’infrarosso, notiamo quel-lo che si definisce effetto fotoelettrico:a seconda dell’intensità della lucevediamo crescere, anche di parecchio(rispetto al valore in oscurità), la cor-rente di fuga; questo principio di fun-zionamento viene sfruttato dai fotodio-di, per ricevere comandi all’infrarosso.L’effetto che ci interessa ora è invecequello fotovoltaico, cioè il fenomenoper il quale una giunzione P-N (quindiun diodo) esposta alla luce e non pola-rizzata, genera una tensione con pola-rità positiva verso l’anodo (regione P) enegativa sul catodo: ciò sta alla basedelle celle solari, ma nel nostro circui-to è l’effetto che ci permette di rilevarel’arrivo del raggio laser. Quest’ultimotipo di funzionamento è quello svoltoda ciascuno dei 4 led ad alta efficienzainseriti nel circuito. A tal proposito va

notato che non tutti i diodi, e tantome-no i led, se investiti dalla luce visibileproducono tensione ai loro capi: i clas-sici componenti al silicio non sono sen-sibili che all’infrarosso, mentre i ledtradizionali, pur funzionando bene conla luce visibile, per ragioni costruttive eper il tipo di semiconduttore utilizzato


Il grafico illustra il funzionamento di un diodo a giunzione P-N, al silicio o all’arse-niuro di gallio. La curva “a” è relativa alla polarizzazione diretta (I° quadrante): oltreuna certa tensione (corrispondente a quella di soglia Vs) il diodo conduce e la corren-te in esso, alzando ulteriormente la differenza di potenziale tra i suoi estremi, cresceesponenzialmente. Dando tensione con il verso opposto ed aumentandone il valore, siregistra una debole corrente negativa (III° quadrante) ovvero diretta dal catodo all’a-nodo, rappresentata dalla curva “b”: oltre il ginocchio, al quale corrisponde la ten-sione di rottura della giunzione (BreakDown) la corrente cresce enormemente e valimitata con una resistenza; il diodo Zener lavora in questa zona della caratteristica,dato che, lo vedete, per un forte aumento della corrente la tensione applicata rimanepraticamente costante. Nel II° quadrante osserviamo il funzionamento fotovoltaico deldiodo che, esposto alla luce, produce una differenza di potenziale, ancora positiva sul-l’anodo, ed una corrente che però va al contrario, cioè dal catodo all’anodo: è proprioquesto particolare modo di funzionare che sfruttiamo del nostro bersaglio.

I

V

a

b

c

II

I

+ -

+ -- +

Vs

curve caratteristichedi polarizzazionedei diodi al silicio

anche se investiti dalla luce rossadanno una differenza di potenziale esi-gua. I led rossi ad alta efficienza, per ilmateriale di cui sono fatti e per la strut-tura ottica (la lente inglobata nella resi-na), nonché per il fatto di avere il con-tenitore trasparente, rispondono moltobene ad un raggio di luce visibile:ovviamente gran parte del lavoro vienesvolto dal puntatore laser, poiché gene-ra una luce concentrata di grande inten-sità, che arriva sul bersaglio. Il semi-conduttore di cui sono fatti i nostri ledè particolarmente sensibile alla lucerossa, in aggiunta l’ottica, fatta perconcentrare la luce in un angolo ristret-to (così da ottenere una luminositàmolto forte...) usata al contrario per-mette di concentrare la luce che investela superficie, direttamente sulla giun-zione. Insomma, solo i led ad alta effi-cienza soddisfano le nostre richieste,ed è perciò che li abbiamo utilizzati:vediamo come. Lo schema elettrico delbersaglio evidenzia la struttura modu-lare del circuito, composto da quattrosezioni identiche, facenti capo ciascunaad un led ad alta efficienza e ad unamplificatore operazionale usato come

comparatore di tensione; per compren-dere il funzionamento descriviamo sol-tanto una delle quattro parti, ovveroquella relativa ad U1a. Dopo l’accen-sione del circuito, considerando di nonesporre il led LD1 alla luce del laser oa fonti di luce troppo intensa, abbiamoai capi della resistenza R5 una differen-

al silicio, che presenta una tensionecostante di 0,65÷0,7 volt. L’uscita del-l’operazionale è perciò a livello basso,ovvero poche centinaia di millivolt chevengono neutralizzati dal diodo D5,posto nella catena di retroazione, appo-sta per fare in modo che la debole ten-sione in uscita a livello basso non alte-

potenziale di batteria; adesso il diodoluminoso LD1 viene polarizzato trami-te la resistenza R9 e si accende. La ten-sione ai suoi capi sale decisamente,perché tale componente si accendequando viene sottoposto a circa 1,5÷2volt. L’aumento della tensione giungeai capi della resistenza R5, e da essa al

za di potenziale nulla o comunque infe-riore a quella sul piedino 2 dell’opera-zionale, stabilizzata dal diodo D1.Notate che U1a funziona da compara-tore non-invertente, avendo il riferi-mento sull’ingresso invertente (piedino2); inoltre tale riferimento è il poten-ziale ottenuto polarizzando direttamen-te il diodo D1, un comune componente

ri il funzionamento dell’insieme.Quando il raggio del laser colpiscefrontalmente LD1, ai capi di quest’ul-timo viene generata una differenza dipotenziale dell’ordine del volt, più altadi quella applicata al piedino 2: pertan-to l’U1a commuta lo stato della propriauscita, e forza il proprio pin 1 a livellologico alto, ovvero più o meno al

il puntatore laser

Per realizzare la nostra pistolalaser abbiamo utilizzato il puntato-re FR53 della Futura Elettronica.Tra le caratteristiche principali diquesto dispositivo rammentiamo la

potenza che è pari a 5 mW, ladivergenza del fascio che risulta

compresa tra 0,4 e 0,6 milliradiantie le dimensioni pari a 10,5 mm di

diametro per 19,8 mm di lunghezza.


PER IL MATERIALETutti i componenti utilizzati in questo progetto sono facil-mente reperibili in commercio. I puntatori laser adatti - da670 nm (cod. FR30) o da 635 nm (cod. FR53) - costano rispet-tivamente 65.000 e 160.000 lire e possono essere richiesti alladitta Futura Elettronica, V.le Kennedy 96, 20027 Rescaldina(MI), tel. 0331-576139, fax 0331-578200.

COMPONENTI

C1: 22 µF 25 Vl elettroliticoU1: 78L05P1: microdeviatore a pulsanteRL1: relè 12 Volt 400 OhmSW1: interruttore unipolareLASER: emettitore laser (vedi testo)

Varie:- batteria 9 volt

schema elettrico della pistola laser

piedino non-invertente del comparato-re, il che determina una sorta di “luc-chetto”: in pratica adesso il diodo LD1resta acceso anche se il raggio del lasernon lo colpisce più, perché l’uscita delcomparatore è forzata a livello alto pro-prio dall’effetto della rete di retroazio-ne che, una volta avvenuta la commuta-

zione, blocca l’operazionale nella con-dizione attuale. Per far spegnere il ledbisogna intervenire sull’interruttore S1,ovvero aprirlo per togliere tensione alcircuito. Quanto detto vale per tutti glialtri circuiti che pilotano i restanti led,fermo restando che ciascuno di essi èautonomo e funziona per conto pro-

prio; questo significa che se con lapistola laser colpiamo uno dei diodi,questo si illumina ma non interagiscecon gli altri. E’ quindi possibile colpir-ne altri, facendoli accendere a lorovolta. Si noti infine che, nonostante iquattro led siano posizionati l’unoaccanto all’altro, non si influenzano a

il puntatore in pratica

emettitore laser

interruttore SW1

microswitch P1circuito di controllo

batteria 9 volt La nostra pistola laser è stata realizzata sfruttando una pistola

giocattolo opportunamente modificata.


Abbiamo proposto il dispositivo di queste pagine per realizzare un tiro a segno, prevedendo un bersaglio fisso, da fissa-re ad una parete posta ad una certa distanza; tuttavia visto il tipo di alimentazione (a pile), le ridottissime dimensionied il peso trascurabile, rendono il nostro bersaglio adatto anche ad essere “indossato”. Potrete così realizzare tutta l’at-trezzatura per un combattimento simulato: preparando due o più giubbini con due bersagli, uno posto davanti e l’altrosulla schiena ed altrettante armi giocattolo laser; realizzerete così quel gioco che, arrivato dagli Stati Uniti e noto comeQ-Zar, è stato di moda per molto tempo ed ancora attrae giovani e non che vi si cimentano nelle sale giochi più attrez-zate. E lo avrete spendendo davvero pochi soldi. Per l’utilizzo in questione, potrete bloccare ogni bersaglio con del nastroadesivo, con delle fascette o meglio ancora cucirlo sulla stoffa del giubbino, sistemando la pila (unica per i due circuiti,anteriore e posteriore, o singola per ciascuno) in una tasca o fissata, anch’essa, con il medesimo sistema usato per i ber-sagli. Così facendo potrete usare le pistole laser (realizzate come spiegato nell’articolo) e vedere, dall’accensione del led,quando il vostro colpo è andato a segno.

e se il bersaglio fosse mobile?

COMPONENTI

R1: 10 KohmR2: 10 KohmR3: 10 KohmR4: 10 KohmR5: 100 KohmR6: 100 KohmR7: 100 KohmR8: 100 KohmR9: 1 KohmR10: 1 KohmR11: 1 KohmR12: 1 KohmC1: 100 nF

multistratoD1: 1N4148

D2: 1N4148D3: 1N4148D4: 1N4148D5: 1N4148D6: 1N4148D7: 1N4148D8: 1N4148LD1-4: led rossi 5mm

(vedi testo)U1: LM324S1: deviatore unipolare

a levetta

Varie:- zoccolo 7+7 pin;- circuito stampato

cod. H084.

il bersaglio in pratica

Il prototipo del circuito bersaglio a montaggio ultimato.

vicenda in quanto la lente di ciascuno èstrutturata in modo da proiettare la lucedella giunzione entro un arco ristretto.Bene, a questo punto non abbiamoaltro da aggiungere sul dispositivo, epossiamo vedere come realizzare lapistola a laser impiegando un tipicopuntatore da 670 o 635 nm, ed un po’di pazienza. Per prima cosa vediamo il circuitoadatto allo scopo, illustrato in questepagine: il puntatore è alimentato trami-te un regolatore di tensione che ricava,partendo dai 9 volt della pila, 5 voltperfettamente stabilizzati. A sua voltaU1 è alimentato in due modi, a secon-da del tipo di “sparo” che si desidera:mediante SW1 è possibile tenere acce-so costantemente il laser, in questomodo l’emissione del raggio laser ècontinuo; agendo sul microswitch apulsante P1, entra in gioco il relè, chepermette di ottenere il colpo singolo. Insostanza a riposo il condensatore C1 èalimentato e caricato con i 9 volt dellapila, attraverso il contatto normalmentechiuso del P1. Premendo questo pul-sante (che può essere sistemato dietro ilgrilletto dell’arma giocattolo) il positi-vo dell’elettrolitico viene dirottato dai9 volt e chiuso sulla bobina del relèRL1; in questo modo il condensatorecede la sua energia alimentando labobina per un breve istante; quantobasta a far chiudere il contatto normal-mente aperto e ad alimentare il regola-tore U1 ed il puntatore laser. L’artificioa cui abbiamo affidato il colpo singoloè il più semplice per ottenere un raggiodi breve durata: mantenendo premutocontinuamente il pulsante il circuitonon produce alcuna emissione in quan-to il condensatore si è scaricato la

prima volta. Notate che rilasciando ilmicroswitch l’elettrolitico si caricaabbastanza rapidamente, tanto che nonve ne accorgerete, dandovi la possibi-lità di sparare colpi in rapida sequenza.Passiamo adesso a vedere come sicostruisce il sistema di tiro a segno,ovvero il circuito di bersaglio e come

attrezzare l’arma, trasformandola inuna pistola laser.

REALIZZAZIONEPRATICA

Per il primo, abbiamo previsto un cir-cuito stampato sul quale prendono


Provate allora a fare un bersaglio a matrice di 8x8 diodi, ottenendo un target particolarmente grande, di ben 64 elementi: iltutto è fattibile risparmiando i 64 operazionali (servirebbero ben 16 LM324, quindi un circuito troppo complesso) e usandonesoltanto 8 (cioè due chip) grazie al circuito del quale illustriamo qui lo schema di principio. Si tratta di un dispositivo a micro-controllore che rileva gli stati delle uscite degli 8 comparatori, collegati ciascuno ad una riga, e provvede ad attivare le relati-ve colonne mediante altrettante uscite; per la realizzazione consigliamo l’uso del micro Z86E30 prodotto dalla Zilog, per ilquale riportiamo le routine software necessarie alla lettura della matrice di led, ed al comando di quelli colpiti dal raggio dellaser. Il quarzo per il clock è il solito a 6 o 8 MHz, ed i due condensatori ad esso collegati sono rispettivamente da 27 o 22 pF,possibilmente ceramici. Notate che ogni circuito comparatore è uguale a quello elementare del ber-saglio a 4 led; il riferimento di +0,7V è fornito ancora da un bipolo resistenza-diodo, analogo adR1-D1. Per la lettura del target lo Z86E30 pone a livello basso, in sequenza ed una sola pervolta, le uscite di comando delle colonne, cosicché in ogni istante abbiamo solo 8 diodi lumino-si connessi a massa e quindi utilizzabili per eccitare il comparatore di tensione. Il microcon-trollore riceve quindi la commutazione 0/1 logico quando un led ad alta efficienza viene colpitodal laser, allorché per identificare qual’è degli otto collegati alla rispettiva riga verifica qual’èla colonna attivata in quel momento. Identificato il diodo, ogni volta che effettua la scansionesulla colonna nella quale è collegato il suo catodo lo fa accendere: infatti il rispettivocomparatore una volta eccitato rimane con l’uscita a livello alto; la sequenza è partico-larmente veloce, pertanto il led appare sempre acceso, almeno fino a che non si stacca l’a-limentazione, o non si resetta il microcontrollore.

se quattro led vi sembrano pochi ...

{{

{

{

{

{

{

P2 uscite open drainP2 = 11111111bC1 = 0h

--

C8 = 0h

P0 ingressiP2 = 01111111bC1 = C1 XOR P0

--

P2 = 11111110bC1 = C8 XOR P0P2 = 11111111b

P0 = C1P2 = 01111111bP2 = 11111111b

--

P0 = C8P2 = 11111110b

P0 uscite push-pull

AC

CE

NSI

ON

E L

ED

LE

TT

UR

A L

ED

posto tutti i componenti, led compresi,nonché l’interruttore di accensione S1;vedremo invece tra breve i consigli perla costruzione della pistola. Allora,seguendo la traccia lato rame illustratain queste pagine a grandezza naturale,preparate la basetta stampata per il ber-saglio, ricorrendo al metodo che prefe-

tacca come indicato nel disegno delpiano di cablaggio. Proseguite inseren-do e saldando il condensatore C1 e ildeviatore per stampato S1, che con unpo’ di attenzione potete montare dallato delle saldature, in modo da coprirepoi il bersaglio con un’eventualemascherina. I led LD1, LD2, LD3 eLD4, tutti ad alta luminosità, vannomontati per ultimi, tenendoli abbastan-za lontani dal piano della basetta e pos-sibilmente tutti alla stessa altezza; nel-l’inserirli ricordate di disporli comeillustrato nell’apposito disegno, ram-mentando che la parte smussata delloro contenitore indica il catodo. Per l’alimentazione, se usate una pilapotete saldare i due fili di un’appositapresa polarizzata ai contatti marcati + e- BATTERIA dello stampato; se inveceavete a disposizione un alimentatore, ai

rite purché possiate ottenere un circui-to simile al nostro. Inciso e forato lostampato, montate su di esso dapprimale resistenze e i diodi al silicio (ram-mentate che il catodo è il terminaledalla parte della fascetta colorata) quin-di lo zoccolo per l’LM324 (a 7+7 pie-dini) badando di posizionarlo con la

traccia rame del bersagliointelligente in scala 1:1


IDEE INIDEE INELETTRELETTRONICAONICA


La nostra sede si trova a Rescaldina, situata a cavallotra le provincie di Varese e Milano, ed è facilmente

raggiungibile mediante l’autostrada A8 Milano-Vareseuscita di Castellanza, oppure A9 Milano-Como

uscita di Saronno.

Scatole di montaggio, prodotti finiti, componentielettronici possono ora essere acquistati diretta-mente presso il nostro punto vendita al pubblicoannesso alla sede di Rescaldina (MI). Il nostropersonale specializzato è a tua disposizione perillustrarti le caratteristiche di tutti i prodotti invendita. Nel nostro negozio puoi trovare ancheuna vasta scelta di componenti elettronici attivi epassivi, strumenti di sviluppo per la tecnologiadigitale e tutta la documentazione tecnicaaggiornata su CD-ROM.

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BUSTOARSIZIO

predetti punti dovete collegarne l’usci-ta, badando di rispettare la polaritàindicata. In ogni caso considerate che ilcircuito assorbe, a 9 volt, un massimodi 50÷60 milliampère. Terminate le saldature potete inserirel’LM324 nell’apposito zoccolo, aven-do cura di far coincidere la tacca diquest’ultimo con il riferimento delchip. Ora il bersaglio è pronto, e sevolete potete inserirlo in un contenitoredi plastica o di legno, facendo magarispuntare i led da una mascherina appo-sitamente disegnata.

LA PISTOLA LASER

Se volete diventare buoni tiratori e nonavete una pistola laser adatta al nostrobersaglio, potete costruirla senza trop-pa fatica semplicemente acquistandoun puntatore a 635 o 670 nm (vannobene entrambi) ed una pistola o unfucile giocattolo: realizzate tramite unpezzetto di basetta millefori il semplicecircuito illustrato in queste pagine,usando per P1 un microswitch a levache dovrete posizionare, possibilmente,dietro il grilletto, in modo da azionarlo

quando viene schiacciato quest’ulti-mo. Curate il fissaggio in modo da otte-nere un insieme stabile. Per avere ilcolpo continuo potete montare ancheSW1, che sarà un semplice pulsante oun interruttore, che potrete posizionarecome riterrete più opportuno: se usateil pulsante consigliamo di sceglierneuno piatto, appoggiandolo al manico inprossimità del grilletto, mentre per l’in-terruttore ogni posto è buono, tanto per

“sparare” basta chiuderlo, impugnarel’arma e puntare. Anche la pistolarichiede una pila da 9 volt, possibil-mente di tipo alcalino, che dovrete met-tere all’interno del manico, se ci sta,oppure dove meglio riuscite.Usando il fucile avrete a disposizionemolto spazio all’interno, perché solita-mente il manico è vuoto. Quanto alrelè, scegliete il più piccolo che trovateperché la corrente da commutare è pic-cola: va bene ad esempio un ITT MZ-12V, o un Taiko NX da 12 volt, chefunzionano comunque, nonostante latensione di alimentazione sia di soli 9volt. Terminiamo raccomandando l’atten-zione necessaria quando si usanodispositivi a laser: non puntate il raggiodiritto negli occhi, vostri o di altri, enon mettetevi tra la pistola ed il bersa-glio, almeno con lo sguardo. Un rapidopassaggio davanti al viso non fa nulla:quello che conta è non guardare pertroppo tempo il raggio. Utilizzando lapistola in modo continuo potrete verifi-care il funzionamento del circuito. Ildifficile viene con i colpi singoli:buona fortuna!


Quante volte ci si addormenta guardando la televi-sione, lasciandola accesa fino a che, risvegliando-

ci, non la spegniamo, magari nel cuore dellanotte? Certamente capitaspesso e volentieri a quanti,la sera, preferiscono prenderesonno con un programma inTV piuttosto che con il classi-co libro o ...contando le peco-relle che saltano lo steccato. Perovviare all’inconveniente molteCase hanno dotato i propri appa-recchi televisivi della funzione diautospegnimento (Auto Power-Off) programmabile solitamentecon il telecomando; tuttavia essanon è disponibile in tutti i modelli,cosicché per raggiungere lo scopobisogna ricorrere ad un dispositivoesterno, quale quello proposto in que-sto articolo. Si tratta in pratica di untemporizzatore, programmabile a decinedi minuti, da 10’ a 90’, gestito interamen-te da un microcontrollore e provvisto diun display che, istante per istante, indica iltempo trascorso; il dispositivo è molto semplice, com-patto, si usa senza difficoltà, e dispone di un’uscita a

relè utile per controllare carichi elettrici di vario gene-re, quindi adatta anche per dare e togliere tensione ad

un televisore. A riposo, i contatti del relè di usci-ta, risultano chiusi, permettendo di alimentare ilcarico collegato a valle; una volta avviato iltimer, allo scadere del tempo, i contatti del relè

si aprono, interrompendo ilcircuito dell’utilizzatore.Per poter richiudere ilrelè, occorre premere unpulsante che funge daripristino (reset).

Vediamo dunque questo dispo-sitivo analizzandone lo schema elettri-co ed evidenziandone i particolarisalienti: il componente principale èrappresentato dal microcontrollorePIC16F84 della Microchip, construttura ad 8 bit, 1Kx14 bit diE2PROM per contenere il pro-gramma, 36 byte di SRAM (regi-stri generici) e un’altra E2PROMdi 64x8 bit utilizzabile per

memorizzare dati di lavoro, dicaratterizzazione, ecc. Nel nostro circuito il

micro funziona da contatore a ritroso, programmabile eda driver per un display sette segmenti a led; come

IN CASA

UN TIMERPER LA TV

Temporizzatore programmabile a microcontrollore per lunghi periodi,da 10 a 90 minuti: una volta impostato inizia a contare a ritroso,

visualizzando sul display il tempo mancante. Dispone di un’uscita a relè utilizzabile per comandare carichi di varia natura, che lo rende

adatto per spegnere il televisore dopo un certo tempo, dando modo di addormentarsi tranquillamente...

di Paolo Gaspari


cello) J1; nello schema sono indicate lediciture corrispondenti alla funzione afianco di ciascuno di questi: il primopulsante (prog.) serve per la program-mazione del temporizzatore, ovveroper impostare il tempo, trascorso ilquale si deve eccitare il relè; il secondopulsante (reset) consente l’azzeramen-to del conteggio in ogni momento, non-ché il ripristino dell’uscita di comando,(e quindi del relè) dopo che è stata atti-vata. Infine, J1 imposta il tipo di visua-lizzazione del display, che può appariresempre acceso, oppure lampeggiareogni volta che trascorre un blocco di 10minuti. Pulsanti e jumper hanno appo-site resistenze di pull-up (rispettiva-mente R11, R12, R13 per J1, P2, P1)che permettono di tenere normalmentea livello alto (+5V) i rispettivi piedinidi ingresso del microcontrollore U2.Vediamo dunque in sintesi il funziona-

schema elettrico

controllare i 7 segmenti del display aled, ed il suo punto decimale. Come giàaccennato, RA1 è settato come output,e RA0, RA2, RA3 sono invece disposticome ingressi. Il microcontrolloreparte con il piedino 18 a zero logico(transistor T1 interdetto e relè RL1 ariposo) e le uscite RB0, RB1, RB2,

(uscita RB7 attivata): rilasciandolo siaccende la lettera “P”, indicante che ildispositivo ha ricevuto la richiesta diprogrammazione. Trascorso qualcheistante il micro spegne il display, ripri-stinando lo zero logico a tutte le uscitedella porta RB, indicando che è prontoa leggere nuovamente lo stato del pul-sante P1 ed a disporre il timer internoper il tempo indicato: in pratica ognivolta che si agisce su P1 viene visua-lizzata una cifra, inizialmente 9, chedecrementa ad ogni pigiata. Partendodall’inizio, dopo lo spegnimento deldisplay se si preme una volta al rilascioappare il 9, una seconda l’8, e così via;il PIC16F84 conta il numero di volte edaggiorna il timer. Per uscire dalla fasedi impostazione del tempo si deve pre-mere lo stesso P1 per un tempo prolun-gato (circa 3÷4 secondi) allorché non siriduce la cifra visualizzata ma sul

Pin-out e disposizione dei

segmenti del displaya led a catodo

comune utilizzato inquesto progetto.

evidenzia lo schema sono usate le quat-tro linee della porta RA e tutte quelledella RB, predisposte queste ultime perfunzionare come uscite. Configuratacome uscita è anche RA1, che trasmet-te il comando di attivazione del relènella maniera che vedremo in seguito.Le porte RA0, RA2 ed RA3 sono inve-ce configurate come ingressi, e servonoper leggere gli stati dei pulsanti P1 eP2, nonché quello del jumper (ponti-

mento del timer: una volta fornita ali-mentazione tra il punto +V e massa, (ildiodo D2 protegge il circuito dall’even-tuale inversione di polarità) il regolato-re di tensione integrato U1 ricava 5 volttra il piedino OUT e GND che alimen-tano il microcontrollore PIC16F84.Appena acceso e resettato tramite larete R14/C6, il micro inizializza gli I/Oimpostando, secondo programma, tuttigli RB (RB0÷RB7) come uscite per

RB3, RB4, RB5, RB6 ed RB7 a livellologico basso. Attende quindi che vengapremuto il pulsante P1, che svolge lafunzione di entrata ed uscita dalla pro-grammazione, nonché quella di impo-stazione delle decine di minuti da con-tare. Per entrare in programmazione P1deve essere premuto continuamente perqualche secondo (3÷4) fino a che suldisplay non si accende il punto decima-le posto in basso a destra della cifra


display appare la lettera “E” indicanteche ha ricevuto l’ordine di eseguire (Esta per Esegui) il count-down: da que-sto momento U2 verifica il valore deltimer memorizzato in fase di program-mazione, quindi conta all’indietro perun tempo pari alle decine di minutiindicato sul display. In pratica se prima

Per utilizzare il timer per TV proposto in queste pagine occorre segui-re le semplici istruzioni qui elencate e riferite all’impostazione deltempo, valide ovviamente dopo averlo alimentato; partendo dalla con-dizione di relè a riposo e display spento, si opera in questo modo:- tenere premuto il pulsante P1 fino a che non si accende il punto deci-

male del display;- rilasciare il pulsante ed attendere che compaia e poi scompaia la let-

tera “P” (Programmazione);- premere ancora P1 tante volte fino a che non si è raggiunto il nume-

ro desiderato (9-8-7-6-5-4-3-2-1-0-9...): inizialmente appare 9 (90minuti), premendo il pulsante si decrementa di un’unità corrispon-dente a 10 minuti;

- ottenuto il valore desiderato premere e mantenere premuto il pulsan-te P1 fino alla comparsa della lettera “E” sul display (Esegui), quin-di rilasciare e verificare che la stessa scompaia.

Fatto ciò il timer inizia il conto alla rovescia per un tempo pari al valo-re visualizzato sul display, moltiplicato per 10 minuti. In ogni momen-to è possibile, premendo il pulsante P2, far comparire sul display lalettera “U” (Uscita dal programma) con conseguente azzeramento deltemporizzatore. Qualora il tempo fosse già scaduto, premendo P2, siottiene la ricaduta (nel giro di qualche istante...) del relè, nel frattem-po attivato. Allo scadere del tempo impostato, il display visualizza perqualche secondo la lettera F e contemporaneamente viene eccitato ilrelè che apre i contatti OUT. Sulla basetta è presente un ponticello chepermette di scegliere la visualizzazione preferita: se lasciato apertomanterrà sempre acceso il display e in ogni momento sarà possibilevedere a che punto è arrivato il conteggio; se invece viene cortocircui-tato (chiuso) il display si accenderà solamente per 2 secondi ogni voltache saranno trascorsi 10 minuti, indicando il tempo residuo in decinedi minuti.

come si usa

di premere a lungo P1, facendo appari-re la lettera E, avete agito sullo stessotre volte consecutive (determinando lacifra 6) il timer scala di tre unità par-tendo dal massimo valore di 9, quindisi dispone per contare 6 unità, nelnostro caso per 60 minuti, equivalentiad 1 ora.

LE DUE MODALITA’DI VISUALIZZAZIONE

A seconda del tipo di visualizzazionescelto mediante J1 (l’impostazione vafatta prima di programmare il tempo)viene attivato il display in maniera dif-ferente: se J1 risulta aperto il microcomanda i segmenti in modo da farilluminare la cifra corrispondente altempo, trascorso il quale il relè scatta escollega il carico; la visualizzazione ècontinua e dura fino alla scadenza. Se

Pin-out del microcontrollorePIC16F84 contenente il

programma MF120.

MODULIMODULITX ED RXTX ED RX

AAUDIO 433MHzUDIO 433MHzCoppia di moduli per trasmissioni audio,

affidabili e con ottime caratteristiche tecniche.


Ricevitore audio FM supereterodina a433 MHz, studiato appositamente perle ricezioni audio. Funzionamento a 3volt, banda di uscita BF da 20Hz a20KHz con un segnale tipico di 90mVRMS, sensibilità RF 100dBm, impe-denza di ingresso 50 Ohm. Il prodottopresenta anche un ingresso per ilcomando di Squelch e la possibilità diinserire un circuito di de-enfasi. Il cir-cuito è stato progettato e costruitosecondo le normative CE di immunitàai disturbi ed emissioni di radiofre-quenze (ETS 330 220). Dimensioni50,8 x 20 x 4 mm.

RX-FM AUDIO L. 52.000

Trasmettitore audio FM a 433 MHz,studiato appositamente per funziona-re in abbinamento al modulo RX-FM,in grado di trasmettere un segnaleaudio da 20Hz a 30Khz modulando laportante a 433 MHz in FM con unadeviazione di frequenza di ±75Khz.Alimentazione 12 volt, potenza di usci-ta RF 10 mW su un carico di 50 Ohm,assorbimento di 15mA, sensibilitàmicrofonica 100 mV. Per migliorare ilrapporto S/N è possibile utilizzare unsemplice stadio RC di pre-enfasi.Dimensioni ridotte (40,6 x 19 x 3,5mm)

TX-FM AUDIO L. 32.000


do questo in saturazione: la sua corren-te di collettore è tale da eccitare labobina del relè RL1 facendone scattarelo scambio e determinando l’aperturadei contatti (C/NC) OUT. Ora l’even-tuale carico collegato ad essi vienestaccato e la corrente che l’attraversavasi interrompe. Notate che una volta eccitato RL1rimane in questa condizione, poiché larelativa uscita del micro U2 resta alivello alto; per ripristinare il circuito econtinuare ad usare l’utilizzatore colle-gato in serie ai punti OUT bisogna pre-mere il pulsante P2: questo funge daRESET, in quanto azzera la sequenzadi funzionamento del timer ed ognialtra impostazione riguardante iltempo; ovviamente, la pressione del

invece J1 è chiuso (piedino 17 dell’U2a zero logico), dopo la fine della fase diprogrammazione e la comparsa dellalettera “E”, il microcontrollore forzasul display la visualizzazione dellacifra di partenza per circa 2 secondi; inseguito la cancella e tornerà a visualiz-zarla allo scadere di ogni blocco di 10minuti, decrementata di una unità.Praticamente il display rimane spentoquasi sempre, e si accende, indicando iltempo rimasto, per un paio di secondiogni volta che scade una frazione di10’. Indipendentemente dal modo divisualizzazione selezionato, allo scade-re del tempo impostato il display indi-ca “0” e il microcontrollore pone ad 1logico il proprio piedino 18 polarizzan-do la base del transistor T1 e mandan-

pulsante di reset, ripristina a zero logi-co lo stato del piedino (18) che coman-da il relè. Chiaramente non si tratta diun reset del PIC16F84 ma solo dellaparte del software destinata alla tempo-rizzazione. Azzerando la sequenza di conteggio ilmicro dispone le uscite della porta RBin modo da far comparire sul display lalettera “U”, indicante che si è usciti dalprogramma. Va notato che il P2 è sem-pre attivo e può essere premuto in ognimomento, ad esempio se si desideraarrestare il conto alla rovescia: natural-mente in questo caso nulla accade alrelè, poiché esso si trova già nella con-dizione di riposo. Comunque, dopoaver premuto P2 ed aver visto la lettera“U” sul display viene azzerato il timer,

COMPONENTI

R1: 100 OhmR2: 100 OhmR3: 100 OhmR4: 100 OhmR5: 100 OhmR6: 100 OhmR7: 100 OhmR8: 100 OhmR9: 15 KohmR10: 15 KohmR11: 10 KohmR12: 10 KohmR13: 10 KohmR14: 10 KohmC1: 470 µF 16VL elettroliticoC2: 100 nF multistratoC3: 220 µF 25VL elettroliticoC4: 22 pF ceramicoC5: 22 pF ceramico

C6: 4,7 µF 25VL elettroliticoD1: 1N4007D2: 1N4007U1: Regolatore 7805U2: micro PIC16F84

(con software MF120)FUS: fusibile 5AT1: BC547B transistor NPNDIS1: Display 7 seg. CC. 13x18 mm.RL1: Relè 12V 5AP1: Pulsante NAP2: Pulsante NAJ1: Jumper da CSQ1: Quarzo 4 MHz

Varie:- portafusibile da c.s.;- zoccolo 9 + 9;- morsettiera 2 poli (3 pz.);- plug di alimentazione;- stampato cod. H100.

il temporizzatore in pratica

A lato, il nostro prototipo amontaggio ultimato: si noti lapresenza del jumper J1 (a lato

del quarzo) che consente diimpostare la modalità di

visualizzazione del display.Sopra, il piano di cablaggio.


tire il timer; il display visualizza ora lacifra 6 (60’) ma voi volete ridurre iltempo a 20’: a questo punto dovete pre-mere P1 e mantenerlo premuto fino ache la cifra scompare ed appare il pun-tino decimale; fatto ciò si ripreme lostesso pulsante tante volte fino a vederapparire la cifra corrispondente alperiodo residuo che si desidera (nelnostro caso 20 minuti, quindi 2), sipreme ancora una volta P1, tenendolopremuto fino a che non appare la solitalettera “E”. A questo punto il microcontrolloreindica di aver ricevuto la nuova impo-stazione, quindi si può rilasciare il pul-sante. Il display visualizza il tempoattualmente a disposizione, aggiorna laroutine del timer, e provvede al conto

Traccia lato rame in scala reale.

naturale. Inciso e forato lo stampatoinserite dapprima le resistenze e i diodial silicio, quindi lo zoccolo per ilmicrocontrollore PIC16F84 (9+9 pin);per i diodi fate attenzione al verso diinserimento, e rammentate che il termi-nale di catodo è quello che sta dallaparte della fascetta colorata sul corpo.Passate ai condensatori, montandoprima quelli non polarizzati e rispettan-do la polarità specificata per quelli elet-trolitici, quindi inserite e saldate ilquarzo da 4 MHz, il portafusibile 5x20ed una presa plug da c.s. con positivocentrale in corrispondenza delle piaz-zole di alimentazione: quest’ultimodovrà essere compatibile con quellodegli alimentatori ac/dc “a parete” piùcomuni e facilmente reperibili, come

pertanto volendo riprendere il conteg-gio è necessario procedere ad unanuova impostazione, secondo quantoindicato in precedenza. Notate ancora che durante il conto allarovescia si può modificare il tempo, adesempio per abbreviarlo manualmentequalora ci sembri eccessivo: per farlooccorre eseguire una nuova program-mazione, senza resettare il timer agen-do su P2. Facendo un esempio pratico,supponiamo che inizialmente aveteimpostato 80 minuti ed avete fatto par-

alla rovescia partendo dal valore ulti-mamente programmato, ovvero 2.Tutto chiaro? Se è così passiamo ades-so a vedere come si costruisce e si usail dispositivo.

REALIZZAZIONEPRATICA

Tutti i componenti prendono posto sulcircuito stampato che dovrete prepara-re seguendo la traccia lato rame illu-strata in questa pagina a grandezza

PER IL MATERIALETutti i componenti utilizzati in questo progetto sono facil-mente reperibili ad eccezione del microcontrollore program-mato (cod. MF120) disponibile al prezzo di 35000 lire. Ilmicro va richiesto a: Futura Elettronica, V.le Kennedy 96,20027 Rescaldina (MI), tel. 0331-576139, fax 0331-578200.

Sei un appassionato di elet-tronica e hai scoperto soloora la nostra rivista? Per rice-vere i numeri arretrati è suffi-ciente effettuare un versa-mento sul CCP n. 34208207intestato a VISPA snc, v.leKennedy 98, 20027 Rescaldi-na (MI). Gli arretrati sonodisponibili al doppio del prez-zo di copertina (comprensivodelle spese di spedizione).


colare bene lo stagno, e comunque pernon più di 5÷6 secondi, onde evitare disurriscaldare e danneggiare qualcunodei segmenti. In ogni caso rammentateche il display va inserito dal lato com-ponenti, in modo che il punto decimalestia rivolto verso la resistenza R4,ovvero all’interno della basetta.Sistemate quindi quanto resta, cioè ilregolatore integrato U1 (L7805) chedeve stare con la parte metallica rivoltaall’esterno della basetta, il relè, il tran-sistor T1 (la cui parte piatta deve stareverso R9) e delle morsettiere a passo 5

altro da dire se non di controllare ilmontaggio, procurarvi il microcontrol-lore PIC16F84 con memorizzato ilrelativo software (si acquista presso laditta Futura Elettronica tel.0331/576139, fax 0331/578200) edinnestarlo come prevede la disposizio-ne componenti (riferirsi alla tacca dellozoccolo). Per l’alimentazione occorreun alimentatore da 12÷14 volt capacedi fornire una corrente di 150÷200 mil-liampère: va bene uno di quelli conpresa incorporata (a parete) universaleo anche ad uscita fissa. Per l’uso del

timer considerate che i contatti OUTvanno usati come un interruttore nor-malmente chiuso e perciò lascia passa-re la corrente; allo scadere del tempoimpostato, il collegamento si interrom-pe, aprendo il circuito; usando un relècome il nostro si possono controllareutilizzatori in circuiti funzionanti aduna tensione massima di 250 volt inalternata, che assorbano non più di 10ampère. Quindi nessun problema con itelevisori, ma anche con altri dispositi-vi quali riscaldatori elettrici (non oltre i2000 watt!) lampade, radio e impiantihi-fi, ecc. Ovviamente il dispositivo vabene anche per apparecchi alimentati abassa tensione ed in continua.

PER I COLLEGAMENTI

In ogni caso per utilizzare a dovere iltemporizzatore basta interrompere unodei fili del collegamento di alimenta-zione del dispositivo da controllare:radio, televisione, lampade, eccetera.Con gli apparecchi funzionanti a 220volt basta, dopo aver tolto tensione,interrompere uno dei due due fili delcavo di alimentazione (indifferente-mente la fase od il neutro) e collegarloai punti OUT del circuito stringendonei capi ciascuno in uno dei rispettivimorsetti dello stampato. Effettuataquesta operazione, prima di connettereil cavo nella presa a 220 volt si racco-manda di racchiudere il dispositivo inuna scatola plastica. Occorre infattirammentare che i morsetti OUT e lepiste che conducono da questi morsettiai contatti del relè sono soggetti allatensione di rete: quindi, non solo nonvanno toccati ma occorre anche evitareche qualche altra persona possa inav-vertitamente venirne a contatto.

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Else Kit

quelli universali. Procedete inserendo esaldando il display, che deve essere deltipo a catodo comune: per il circuitoabbiamo previsto il TDSG 5160 dellaTelefunken, anche se volendo è possi-bile impiegare il classico FND560,avendo entrambi i piedini dual-in-line apasso 2,54 mm. Il componente puòessere saldato direttamente, anche sesarebbe preferibile utilizzare uno zoc-colo. Se ricorrete alla saldatura direttatenete la punta del saldatore su ciascunpiedino per il tempo necessario a far

mm. I pulsanti potete collegarli allerispettive piazzole usando dei cortispezzoni di filo e magari (ma non ènecessario) delle morsettiere; quanto alponticello J1 potete realizzarlo, comevi è più comodo, a seconda delle vostreesigenze: se pensate di impostare inmaniera definitiva il funzionamento deldisplay, potete effettuare un corto conuna goccia di stagno, se scegliete divisualizzare la cifra ad ogni frazione di10 minuti. Diversamente lasciate apertii contatti. Bene, fatto ciò non abbiamo


Quante volte abbiamo pubblicato progetti di regi-stratori digitali, microspie, mixer, amplificatori

audio semplici ed hi-fi? Tantissimi, e quasi sempre inessi abbiamo tirato in causa il microfono, perché colle-gato all’ingresso, collegabile, adattabile, ecc. Se ci pen-siamo bene esso è certamente uno degli elementi piùpresenti nei variprogetti e quasiimmancabile nelleapparecchiature perl’audio: e non civuol molto a capirloperché si tratta delcomponente chepermette di trasfor-mare la voce, ilsuono, e in generalele onde acustiche,in segnali elettriciche possono quindiessere registrati,elaborati, o semplicemente amplificati per poi riprodur-li e diffonderli nell’ambiente con maggior intensità. Edè proprio l’importanza che riveste, ad averci spinto apubblicare una breve trattazione, un articolo che cispiega cos’è in realtà, come è fatto, eccetera.Scopriamo così che non ne esiste un solo tipo ma tanti,ciascuno preferibile in questa o in quell’applicazioneper le sue caratteristiche. Cominciamo allora dicendoche il microfono è un trasduttore, ovvero un dispositivo

capace di trasformare una forma di energia, una gran-dezza fisica, in un’altra: per la precisione, esso è undoppio trasduttore, poiché trasforma il suono (le ondeacustiche), in onde elettriche e per fare ciò converte ilsuono in “vibrazioni” della struttura mobile delmicrofono (anche se questa prima conversione è passi-

va) quindi l’energiameccanica vieneconvertita in elettri-ca, in modo differen-te a seconda del tipo.Indipendentementedal tipo, ognimicrofono è compo-sto da una parte fissaed una mobile: que-st’ultima fa capo aduna membrana più omeno estesa ed ela-stica, che sotto l’ef-fetto delle onde

sonore vibra e mette a sua volta in movimento un siste-ma che produce una tensione elettrica o una variazionedi resistenza tali che ai suoi capi è possibile rilevare unadifferenza di potenziale variabile, il cui andamentoricalca più o meno fedelmente quello dell’onda sonoraincidente sulla membrana stessa. Dalla messa a puntodel primo esemplare ad oggi, sono stati realizzati sva-riati tipi di microfono, ciascuno realizzato consideran-do che le sorgenti sonore, i suoni e rumori da captare e

DIDATTICA

PARLIAMO DIMICROFONI

Piccolo o grande, generico o specifico, economico o costoso, il microfono è uno deicomponenti che più spesso viene chiamato in causa, soprattutto quando

si tratta di circuiti e sistemi per l’audio: registrazioni analogiche e digitali, hi-fi,amplificazione professionale. Cerchiamo allora di sapere qualcosa di più

su un elemento che spesso vediamo solo dall’esterno.

di Alfio Cattorini

convertire in segnale elettrico, sono divario genere: ogni dispositivo ha preci-se caratteristiche e risponde meglio inuna certa banda di frequenze piuttostoche in un’altra, senza contare poi che lecaratteristiche costruttive di ciascunolo rendono più o meno dinamico, più omeno pronto nella risposta ai transien-ti. Per il nostro studio facciamo unadistinzione canonica, che vuole imicrofoni suddivisi in due famiglie:quelli a pressione e quelli a velocità(fig. 3); nei primi la membrana è espo-sta direttamente alle onde acustiche daun’unica superficie, quindi la grandez-za elettrica rilevabile ai loro capi èdirettamente proporzionale alla pres-sione istantanea che agisce su di essa.Il microfono a pressione è per sua natu-ra omnidirezionale, cioè ben si presta arilevare non solo suoni e rumori prove-nienti frontalmente alla superficie sen-


ristiche di direzionalità, ovvero allasensibilità in relazione alla direzione diprovenienza del suono (vedere fig. 2).

DIRETTIVOO OMNIDIREZIONALE?

I microfoni omnidirezionali non hannoalcuna preferenza circa la direzione diarrivo del suono e lo riproducono più omeno costantemente da qualsiasi parteesso arrivi (figura 4); invece quelli uni-direzionali privilegiano le onde acusti-che provenienti da una sola direzione,ovvero quella davanti alla loro mem-brana: riproducono anche quelli chearrivano dalle altre direzioni, tuttaviacon intensità decisamente minore(curva di fig. 6). Per comprendere ingenerale il concetto di direzionalitàricordate sempre che il funzionamentodi un microfono viene definito dalla

fig. 3 microfoni a pressione ed a velocità

Nel microfono a pressione la membrana è sottoposta all’ondasonora da una sola superficie.

Nel microfono a velocità la membrana è sottopostaall’onda sonora su entrambe le superfici.

sibile ma anche quelli laterali. Imicrofoni a velocità sono invece sensi-bili appunto alla velocità con cui le par-ticelle d’aria ne investono la membra-na, ovvero le sue due superfici: già,perché solitamente tali componentisono aperti da due lati. Contrariamenteal tipo a pressione, il microfono a velo-cità può essere reso facilmente unidire-zionale, ovvero direttivo, il che signifi-ca che può rilevare quasi esclusivamen-te i suoni provenienti da una certa dire-zione, risultando insensibile a quelliche arrivano dalle altre parti. Anche idispositivi a pressione possono essereresi unidirezionali, tuttavia gli accorgi-menti che si rendono necessari alloscopo li trasformano in elementi sensi-bili più alla velocità che alla pressione:insomma, di lì non si scappa. Il metodopiù comune per classificare i microfoniè suddividerli in base alla loro caratte-

sorgentesonora

membrana

La membrana di un microfono sottoposta allevibrazioni generate da una sorgente sonora.

fig. 1

fig. 2

In funzione del tipo di sensibilità alle onde sonore i microfoni si possono classificare in omnidirezionali,

unidirezionali e bidirezionali.

omnidirezionale unidirezionale

bidirezionale

Utilizzando un microfono omnidirezionale lariproduzione del suono è indipendente dall’angolazione del microfono stesso.

fig. 4

sua sensibilità, ovvero da un“Diagramma Polare di Sensibilità”, cheviene tracciato esponendo esso stessoad un segnale acustico proveniente datutte le direzioni, ovvero spostato entroun arco di 360°, e rilevando l’ampiezzadella tensione elettrica ai suoi capi casoper caso. Va inoltre considerato che la caratteri-stica di direzionalità di un microfono èsubordinata alla frequenza, ovvero allalunghezza delle onde acustiche: pertan-to un dispositivo omnidirezionale è talesoltanto alle basse frequenze, mentre aquelle alte, per le quali la lunghezzad’onda diviene paragonabile con ledimensioni fisiche della membrana,diviene progressivamente direzionale.Oltre al tipo unidirezionale, abbiamo ilmicrofono Bidirezionale, cosiddettoperché ha la stessa sensibilità siadavanti che dietro alla membrana: sitratta in sostanza di un dispositivo sen-sibile alla velocità e la cui curva dirisposta (fig. 5) nel diagramma polare èsimile ad un otto, il che significa che èmolto ricettivo frontalmente e poste-riormente, mentre appare “sordo” late-ralmente. Il bidirezionale è il punto di partenzaper la realizzazione dei vari tipi dimicrofono unidirezionale: la membra-na di quelli sensibili alla velocità è soli-tamente tesa tra due anelli ed espostaquindi alle onde sonore da entrambe lesuperfici. Facendo in modo che ilsuono arrivi alla parte posteriore conun certo ritardo rispetto a quella ante-riore, si può realizzare la condizione incui il microfono diviene sensibile sol-


tanto in una direzione, ovvero sull’asseperpendicolare alla membrana. Nellapratica ciò si ottiene facendo percorre-re all’aria un tragitto più lungo ecomunque facendola riflettere in uncerto modo rispetto a quella che giungedirettamente sulla parte frontale: in talmodo si riesce ad ottenere la giustarelazione di fase solo quando le ondeacustiche provengono dal davanti (fig.10). Il sistema è tale che il suono pro-veniente da direzioni diverse dall’assedetermina una discordanza di fase taleper cui si verifica una parziale cancel-lazione del suono proveniente dallealtre direzioni: in particolare, un dispo-sitivo unidirezionale deve essere fattoin modo che il suono proveniente dauna sorgente acustica posta dietro adesso giunga in fase su entrambe lesuperfici della membrana, annullando-ne di fatto la vibrazione. Un metodo

più efficace per rendere direttivo unmicrofono è quello di collocarlo infondo ad uno speciale tubo provvisto divarie aperture che costringono le ondesonore ad arrivare alla membrana sen-sibile solo quando sono in asse con iltubo stesso, altrimenti vengono più omeno attenuate per interferenza a causaproprio delle numerose fessure (fig. 7);ciò permette di ottenere un diagrammapolare sostanzialmente direttivo. Gli svantaggi che tale sistema importasono costituiti però da un’eccessivalunghezza dell’insieme, che spesso nerende scomodo l’uso e da una rispostain frequenza che non si può propriodefinire lineare; inoltre, rammentandoche la caratteristica di direzionalità èlegata alla frequenza delle onde sonore,nella preparazione di un sistema perrendere direttivo un microfono non vascordato che può funzionare fino a chele sue dimensioni non divengono para-gonabili con la lunghezza d’onda delsegnale, ovvero alle frequenze relativa-mente alte della banda audio (oltrequalche KHz) al disotto delle quali. Perle basse frequenze il dispositivo divie-ne praticamente omnidirezionale, giac-ché le onde sonore avvolgono la mem-brana facendola funzionare pratica-mente come quella del tipico microfo-no a pressione. E non vanno trascuratineppure i fenomeni di risonanza all’in-terno del tubo i quali, per quanto atte-nuabili in fase di progetto, alteranocomunque in una certa misura la rispo-sta in frequenza. Oltre che in base alla direzionalità imicrofoni possono essere distinti a

minimasensibilità

mediasensibilità

massimasensibilità

Utilizzando un microfono unidirezionale lasua sensibilità varia in funzione della

posizione assunta dal microfono stesso.

fig. 6

fig. 5

Il microfono bidirezionale presenta la stessasensibilità sia nei confronti delle onde

sonore anteriori che per quelle posteriori.

fig. 7Le onde sonore in asse riescono a raggiungere la membrana del

microfono, mentre quelle fuori asse si annullano tra loro.

biente, l’alta impedenza di uscita, checostringe spesso a ricorrere a circuitiadattatori o a trasformatori, e la pocafedeltà di riproduzione (risposta in fre-quenza limitata a qualche KHz); non acaso era impiegato prevalentemente intelefonia e nei citofoni. Un altro grande difetto di tale disposi-tivo è il rumore di fondo dovuto allacorrente di polarizzazione ed al movi-mento dei granuli quando si spostaanche leggermente il corpo, poichéquesto provoca variazioni di resistenzae perciò di corrente. Il pregio principa-le è l’altissima sensibilità (dovutaanche al tipo di polarizzazione) perchécon lievi pressioni produce forti varia-zioni di corrente. La ricerca ha perciò sviluppato altri tipidi microfono, tra i quali quelli DINA-MICI spiccano per l’ottimo rapportoprezzo/prestazioni: sono attualmente ipiù usati non solo per la voce, ma

dispositivi dinamici sono preferitianche e soprattutto nelle esibizioni enelle riprese dal vivo, grazie alle lorodoti di robustezza e di scarsa sensibilitànei confronti dei fattori ambientali. E’ facile rendere direzionale unmicrofono dinamico; strutturalmenteesso è fatto in questo modo: alla mem-brana è attaccata rigidamente una bobi-netta realizzata con filo di rame sotti-lissimo e collegata, con i suoi estremi,a due elettrodi che costituiscono l’usci-ta del segnale; la bobina è perciò liberadi muoversi entro un campo magneticogenerato da una calamita permanente,ovvero nel relativo traferro strutturato(nei microfoni migliori) in modo daavere un’alta densità di flusso. Quando il dispositivo viene investitodalle onde sonore la membrana vienemessa in movimento ed oscillando famuovere anche la bobina mobile, laquale per il suo spostamento, e secondo


valentemente negli apparecchi telefoni-ci di tipo tradizionale. Si tratta delmicrofono a carbone, dove la variazio-ne di pressione (il tipo a carbone è evi-dentemente un dispositivo “a pressio-ne”, secondo la classificazione fatta inprecedenza...) cambia evidentemente laresistenza complessiva vista tra i dueelettrodi, poiché determina una mag-giore o minore resistenza di contatto tragranulo e granulo. In pratica, alimentando il microfono acarbone tra i due elettrodi, medianteuna resistenza in serie (di valore nonmolto elevato: da qualche centinaio diohm ad alcuni Kohm) si verifica unavariazione di corrente che porta a regi-strare, ai capi della stessa resistenza maanche del microfono, una differenza dipotenziale il cui andamento rispecchiain tutto e per tutto quello delle ondesonore. L’ampiezza dipende sostanzial-mente dal circuito di polarizzazione. Il

fig. 10

Le onde sonore assiali presentano la giusta relazione di fase per mettere in vibrazione la membrana; quelle radiali, che devono percorrere un tragitto più lungo per raggiungere la membrana, risultano sfasate e tendono a cancellarsi tra loro.

seconda delle loro caratteristichecostruttive: abbiamo perciò svariati tipiche adesso vedremo uno ad uno, par-tendo da quello più vecchio, usato pre-

S

S

N

mem

bran

abo

bina

mob

ile

uscitaaudio

magnete

fig. 8

Microfono dinamico visto in sezione

tensione dipolarizzazione

resistenza dipolarizzazione

preamplificatorecontroelettrodo

fig. 9

mem

bran

a

uscitaaudio

Il microfono ad elettrete nonnecessita di polarizzazionepoiché la membrana (elettrete) è dotata di una carica elettrica permanente.

microfono a carbone è attualmentepoco usato, anzi pochissimo: ciò acausa di vari fattori, quali la sua ecces-siva sensibilità all’umidità dell’am-

anche per l’amplificazione o la regi-strazione degli strumenti musicali e diquanto si trova entro la banda audio, da20 a 20000 Hz. Ma non solo, perché i

le leggi dell’induzione magnetica,determina tra i propri terminali una ten-sione variabile indotta, prelevabile daicontatti di uscita. Ovviamente la forma d’onda di taletensione segue l’andamento del segna-le acustico (vedere fig. 8) da frequenzedi pochi Hz, fino al limite della gammadelle audiofrequenze, dato che il siste-ma membrana-bobina mobile è piccoloe leggero, quindi ha poca inerzia, eriproduce oltretutto con un’ottimalinearità, si adatta agli impieghi profes-sionali ed ovviamente in hi-fi. Il segna-le prodotto da un microfono magneticoè decisamente debole, poiché dipendeesclusivamente dall’induzione magne-tica nella bobina mobile: si va in mediada 1 a 10 millivolt efficaci; l’impeden-za caratteristica è di 600 ohm, quindibassa quanto basta per accoppiarlo atutti i preamplificatori e finali, mixer oaltri stadi a transistor bipolari, tubi elet-


tronici, fet, ecc. Il basso livello delsegnale di uscita lo rende facilmenteinfluenzabile dai disturbi esterni, il cherende indispensabile l’uso di un cavoben schermato, o di una linea bilancia-ta: non a caso i dispositivi utilizzati pergli studi di registrazione (es. Electro-Voice, Shure, ecc.) e per i concertihanno normalmente l’uscita bilanciataa tre poli. Evidentemente per avere unsegnale bilanciato la bobina è divisa indue parti, in modo da avere altrettantisegnali audio riferiti a massa, e tra loroin opposizione di fase: in pratica ècomposta da un solo avvolgimento conpresa centrale collegata all’elettrodo dimassa, cosicché durante il funziona-mento le vibrazioni producono duesegnali che rispetto a questo sono unopositivo e l’altro negativo, e viceversa.Chiaramente per questa ragione e per ilgenere di connessione con l’esterno iltipo bilanciato costa decisamente più di

quello normale, ad uscita sbilanciata. Sempre in tema di qualità della ripro-duzione possiamo parlare del microfo-no a condensatore (fig. 9) preferitonegli studi di registrazione e comunqueal coperto, per le doti di estrema linea-rità, sensibilità, e larghezza di banda. Ilprincipio di funzionamento su cui sibasa è quello della variazione di capa-cità di un condensatore le cui armaturesono soggette a vibrazione, nel caso,sotto l’effetto delle onde sonore.Questo microfono è costituito in prati-ca da una lamina fissa ed una mobile,elastica, che fa da membrana sensibile;la distanza tra le due armature del con-densatore così costruito è estremamen-te ridotta, quanto basta per far oscillarela membrana senza che tocchi la lami-na fissa. Quest’ultima (controelettrodo)solitamente di forma circolare, è metal-lica e polarizzata con una tensione con-tinua tipicamente di 48 volt (in certitipi arriva anche a 160 V) mediante unaresistenza serie di grande valore: da 10a 1000 Mohm; la membrana è anch’es-sa di metallo, oppure trattata allo scopodi renderla conduttiva. Allora, in presenza di onde sonore,ovvero di vibrazioni dell’aria, la mem-brana oscilla e di conseguenza determi-na una pari variazione della capacitàcomplessiva vista tra le due armature,polarizzate in continua. La variazionesi spiega sapendo che in un genericocondensatore la capacità è data dallaformula: C=Ex(s/d), dove E è lacostante dielettrica assoluta (Ex o Er)

membrana

Microfono a nastro

membrana

uscitaaudio

magnete

magnete

N

S

fig. 11

il tipo giusto al posto giustoIn questo articolo abbiamo presentato una carrellata sui vari tipi di microfono disponibili e presenti in commercio, cia-scuno dei quali, per caratteristiche specifiche o soltanto per il costo, è più indicato per certe applicazioni che per altre.Per dispositivi telefonici, intercomunicanti, memorizzatori digitali, e comunque per applicazioni in cui non serve unagrande fedeltà del suono, è sufficiente un microfono dinamico di basso costo o uno piezoelettrico, ma anche una capsulaelectret, che pure ha una risposta in frequenza molto estesa (tipicamente da 10 a 20000 Hz). Dovendo effettuare regi-strazioni di voce e musica, oppure amplificare strumenti musicali o un complesso, e comunque quando occorra una buonafedeltà, è necessario ricorrere ad un buon microfono dinamico, che deve perciò essere direzionale. All’aperto è sconsi-gliabile l’uso di dispositivi a condensatore o a nastro perché, pur essendo di qualità migliore, risultano troppo delicati,soggetti ai disturbi, e comunque poco maneggevoli. Nelle registrazioni in studio e comunque nella preparazione dei“master” dei dischi e dei CD, è richiesta la ripresa con la massima fedeltà possibile: lavorando in ambienti dove è faci-le creare il clima adatto si possono usare tranquillamente i pregiatissimi microfoni a condensatore, o quelli a nastro.Anche i cantanti, se ci fate caso, nei videoclip girati in studio usano microfoni molto ingombranti, spesso fissati a strut-ture metalliche (giraffe) che sono appunto di tale tipo. Ancora, negli studi televisivi si usano microfoni dinamici, ma peri presentatori sono preferiti gli electret-condenser o quelli miniaturizzati a condensatore, piccoli a tal punto da esseremessi sul petto della giacca, sul bordo di un taschino, ecc. Questi ultimi sono sempre provvisti di preamplificatore e adat-tatore di impedenza, nonché di una o più micropile per l’alimentazione.

del materiale interposto tra le armature(l’aria) “s” è la superficie delle stesse, e“d” la loro distanza. In base a questaformula ci appare evidente che se lamembrana mobile si sposta, per effettodelle onde sonore, il microfono a con-densatore subisce una variazione dicapacità, il cui andamento è lo stessodelle vibrazioni acustiche che l’hannoprovocata; se ora consideriamo che laquantità di carica Q immagazzinata inun condensatore è data dalla formulaQ=ixt, ovvero Q=CxV, notiamo che lavariazione della capacità provoca unadifferenza di potenziale variabile aicapi delle due armature, ovvero unacorrente nel relativo circuito elettrico,giacché per mantenere la quantità dicarica iniziale (quella in continua,dovuta alla sola polarizzazione del con-densatore...) devono variare di conse-guenza sia la tensione che la corrente. Va ora considerato che le vibrazionidella membrana sono lievissime, e cheperciò le variazioni della capacità nelmicrofono a condensatore sono decisa-mente contenute: di conseguenza lacorrente dovuta al segnale è minima, eper ottenere tensioni apprezzabili laresistenza serie del circuito deve essere,come già accennato, particolarmenteelevata. Questo comporta un’alta impe-denza di uscita, che rende necessariol’uso di un adattatore, ovvero di unpreamplificatore microfonico. Il pream-plificatore è solitamente a fet, ed ha evi-dentemente un’alta impedenza diingresso ed una di uscita relativamentebassa. Per la sua struttura il microfonoa condensatore richiede una tensione di

alimentazione spesso doppia, una per lapolarizzazione ed un’altra per far fun-zionare il preamplificatore e traslatoredi impedenza; questa alimentazione ènormalmente chiamata “tensionePhantom”. La necessità di un alimentatore ad altatensione, nonché le dimensioni decisa-mente notevoli del microfono a conden-satore (misura in media almeno 8x10cm o 10x10 cm) lo rendono consiglia-bile per l’uso negli studi di registrazio-ne o comunque fisso; non convieneusarlo all’aperto o comunque in mano,anche in considerazione della sua sensi-bilità nei confronti dei fattori ambienta-li: per prima l’umidità, tant’è vero cheanche all’interno è sempre usato conuno schermo per evitare di esserebagnato (per cause che non stiamo adelencare...) da chi gli parla vicino. Una variante del pregiato microfono acondensatore è quello che vediamospesso usato nei circuiti di basso costo,nonché in svariate apparecchiatureinterfoniche e nei progetti delle riviste,la nostra compresa: si tratta dell’elec-tret-condenser, ovvero il microfono adelettrete. La carica rimane imprigionatain esso e determina quindi una differen-za di potenziale variabile quando, pereffetto delle onde sonore, viene fattavibrare la membrana: allora cambia lacapacità ed analogamente la tensione aicapi del condensatore. Non richiedendola tensione Phantom il microfono elec-tret è adatto ad essere impiegato in cir-cuiti a bassa tensione e funzionanti apile; solitamente ha l’aspetto di unapiccola capsula cilindrica del diametro

di 1 cm, ed esiste in commercio in duecategorie: quello passivo e quello atti-vo. Nel primo caso ha due terminalicollegati proprio alle armature; nelsecondo dispone internamente di unpreamplificatore che ne eleva il livello ene abbassa l’impedenza di uscita, chepure è bassa (qualche Kohm) e noncerto paragonabile con quella del clas-sico microfono a condensatore.L’amplificatore è solitamente un jfetopen-drain, cosicché la capsula ha sol-tanto due fili: il negativo (collegatoall’involucro) va a massa, mentre ilpositivo si connette ad una tensionecontinua (+3÷9 volt) mediante una resi-stenza nella quale scorre 0,5÷1 mil-liampère. Tra positivo e negativo (draine source del jfet...) si preleva il segnaleamplificato. Esiste anche la capsulaelectret a 3 fili, nella quale l’alimenta-zione del preamplificatore (jfet o altro)è separata dall’uscita. Qualunque microfono a condensatorerichiede il disaccoppiamento in conti-nua, ovvero un condensatore calcolatoper lasciar passare il segnale audio ebloccare la componente continua dipolarizzazione. I microfoni a condensa-tore, come quelli magnetodinamici,sono del tipo a velocità. Restando in questo ambito vediamoadesso un altro microfono professiona-le, che possiamo considerare quello avelocità per eccellenza: si tratta del tipoa nastro; questo presenta una caratteri-stica bidirezionale il cui diagramma èpraticamente un otto. E’ costituito dauna membrana a nastro molto sottile,tesa tra le espansioni polari di un poten-


Ecco come è fatto il microfono a carbone, uno dei più antichi, usato soprattuttoin telefoni e citofoni: un contenitore isolante (a) è riempito con granuli di carbo-ne che però non vengono compressi ma lasciati abbastanza “larghi”; il coperchioè una lamina sostenuta da una sospensione elastica, solitamente di plastica cor-rugata. Ai lati del contenitore si trovano i terminali, collegati internamente aglielettrodi. Le onde sonore agiscono sulla membrana comprimendola, e facendovariare di conseguenza la posizione dei granuli, che si toccano più o meno,variando la resistenza elettrica rilevabile tra gli elettrodi. Un’altro tipo dimicrofono a carbone (illustrato nella figura b) è sostanzialmente quello impiega-to nei telefoni fino a qualche anno fa: il contenitore è metallico e di forma coni-ca, e costituisce il primo elettrodo, mentre il secondo è posto in basso, opportu-namente isolato. Questa costruzione garantisce una maggiore sensibilità, perchéavendo un elettrodo molto esteso con piccole vibrazioni della membrana si hannograndi variazioni di resistenza e di corrente nel circuito di polarizzazione.

elettrodo

elettrodo

elettrodo

involucro

sospensionemembrana

granuli

membrana-elettrodo

i microfoni a carbone(a)

(b)


te magnete: investita dalle onde sonoresi mette a vibrare e ai suoi capi si pro-duce una leggerissima differenza dipotenziale, poiché essa si comportacome una spira di conduttore immersain un campo magnetico (figura 11) enella quale perciò (secondo la celebrelegge di Lenz) si crea una tensioneindotta. Trattandosi di una lamina equindi di una sola spira, avendo unnumero ridotto di espansioni polari, ilsegnale prodotto ha un’ampiezza pic-colissima, tale che per poter collegareun microfono a nastro ad un’ingressostandard occorre interporre un pream-plificatore ad alto guadagno o un costo-sissimo trasformatore traslatore. Unsegnale debole comporta evidentemen-te molti problemi riguardanti le interfe-renze, perché diviene necessaria unaschermatura particolare; e poi, nono-stante tutto, conviene impiegare ildispositivo in ambienti poco disturbati.E’ quindi necessario usare un adattato-re di impedenza, implementato solita-mente nel preamplificatore o nel tra-sformatore (che non a caso abbiamochiamato “traslatore”) perché ilmicrofono a nastro non ha che pochi

ohm, tutt’altro che i 600 ohm per cuisono previsti gli ingressi standard. Perquesti motivi, nonché per la delicatezzadella membrana a nastro (che deveessere protetta anche dai “colpi d’aria”nei confronti dei quali è estremamentevulnerabile) per il peso notevole dovu-to al magnete, e per le dimensioni nonproprio ridotte, il microfono a nastroormai è poco usato, benché abbiaeccellenti caratteristiche e dia presta-zioni tra le migliori. Oltre a quelli elen-cati esistono altri tipi di microfono,realizzati però quasi esclusivamentenei laboratori e difficilmente utilizzabi-li in pratica, e che pertanto non stiamoad esaminare. Diamo solo un breve cenno sul tipopiezoelettrico, ancora in commercio eusato quando si vuole un segnale rela-tivamente forte senza dover ricorreread un preamplificatore o ad un alimen-tatore apposito. Questo dispositivo ècostituito da un materiale ceramico, avolte Titanato di Bario opportunamentetrattato, ai cui lati sono applicati dueelettrodi: sopra è attaccata la membra-na che, sotto la pressione delle ondesonore, comprime e lascia dilatare il

cristallo; poiché un materiale piezoe-lettrico per effetto di una sollecitazionemeccanica genera lungo una direzioneuna differenza di potenziale tra le suefacce, fra gli elettrodi è possibile regi-strare un segnale il cui andamento èanalogo a quello delle onde sonore chel’hanno determinato. L’ampiezza èmolto buona, e superiore a quella diqualunque altro dispositivo dinamico, eoltretutto senza alcuna polarizzazione.L’impedenza è prossima al Mohm,quindi richiede un adattatore (anche unsemplice transistor a collettore comu-ne) che l’abbassi a valori accettabili. Ilmicrofono piezoelettrico ha una buonaresa ed una risposta in frequenza linea-re tra 60 e 13.000 Hz, non risente nédel calore e tantomeno dell’umidità,tuttavia il costo di produzione penaliz-za in particolar modo il tipo al Titanatodi bario, che è quello migliore; ecomunque costa un po’ troppo se para-gonato ad uno dinamico, di pari presta-zioni. Questo spiega perché è scarsa-mente diffuso ed ha lasciato anch’essoil passo ai tipi dinamici e agli electret-condenser.

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