SEP – Ing. Saponara 1.1 Sistemi Elettronici Programmabili DOCENTE: Ing. Sergio Saponara...

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  • SEP Ing. Saponara 1.1 Sistemi Elettronici Programmabili DOCENTE: Ing. Sergio Saponara Dipartimento di Ingegneria dellInformazione Dipartimento di Ingegneria dellInformazione Telefono:050-2217602 Telefono:050-2217602 E-mail: s.saponara@iet.unipi.it E-mail: s.saponara@iet.unipi.its.saponara@iet.unipi.it Ricevimento (sempre, previo appuntamento via e-mail o telefono), Ricevimento (sempre, previo appuntamento via e-mail o telefono), Materiale didattico: http://vlsi.iet.unipi.it/~sapo/ Materiale didattico: http://vlsi.iet.unipi.it/~sapo/http://vlsi.iet.unipi.it/~sapo/
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  • SEP Ing. Saponara 1.2 Sistemi Elettronici per il Controllo Schema a blocchi sistema elettronico Schema a blocchi sistema elettronico Esempi sistema elettronico di controllo Esempi sistema elettronico di controllo Richiami su segnali analogici e digitali e conversione A/D e D/A Richiami su segnali analogici e digitali e conversione A/D e D/A Classificazione dei sistemi elettronici Classificazione dei sistemi elettronici
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  • SEP Ing. Saponara 1.3 Sistemi elettronici nella vita quotidiana Apparecchi telefonici Apparecchi radio Televisione Sistemi audio e video Personal computer Sistemi di controllo industriale Sistemi di sicurezza su autovetture (e.g. ABS) Sistemi di iniezione e di accensione Domotica .
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  • SEP Ing. Saponara 1.4 Esempi di Sistemi Elettronici Esempio 1: Ricevitore radio Esempio 1: Ricevitore radio Esempio 2 :Amplificatore audio Sistema di elaborazione Sistema di elaborazione Antenna Altoparlante Sistema di elaborazione Sistema di elaborazione Microfono Altoparlante
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  • SEP Ing. Saponara 1.5 Sistema Elettronico SENSORESENSOREATTUATOREATTUATORE ELABORATOREELABORATORE ~~~~~~ ~~~~~~ AMP A / D ~~~~~~ ~~~~~~ AMP D / A ELABORATORE DIGITALE Sequenz. (M.S.F.) Sequenz. (M.S.F.) A.U. (R.C.) A.U. (R.C.) MEM (RAM) MEM (RAM) REG. (F - F) REG. (F - F) L.U. (R.C) L.U. (R.C) I / O (M.S.F.) I / O (M.S.F.)
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  • SEP Ing. Saponara 1.6 Blocchi Fondamentali Sensore/trasduttore Sensore/trasduttore Trasforma la grandezza fisica che si vuole acquisire in un segnale elettrico (tensione, corrente, variazione di resistenza, capacit, induttanza, etc.) Attuatore Attuatore Trasforma un segnale elettrico in una grandezza fisica di interesse (movimento, forza, luce, etc.) Sistema di elaborazione Sistema di elaborazione esegue operazioni lineari e/o non lineari sul segnale dingresso per fornire in uscita il segnale di pilotaggio dellattuatore
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  • SEP Ing. Saponara 1.7 Grandezze elettriche Corrente elettrica Corrente elettrica Quantit di cariche elettriche (elettroni) che attraversano una sezione nellunit di tempo (analogia idraulica)(analogia idraulica) Tensione elettrica Tensione elettrica Energia (potenziale) che causa il passaggio di corrente il passaggio di corrente (analogia idraulica)(analogia idraulica) I E
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  • SEP Ing. Saponara 1.8 Elementi circuitali [GENERATORI] Generatore di tensione Generatore di tensione Generatori di corrente Generatori di corrente VDC 5V VM IDC 2A I2
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  • SEP Ing. Saponara 1.9 Elementi circuitali [Elementi Passivi] Resistenza Resistenza Induttanza Induttanza Capacit Capacit RVRVR IRIR - + [Legge di Ohm] LVLVL ILIL - + CVCVC ICIC - +
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  • SEP Ing. Saponara 1.10 Esempi di Attuatori Riscaldatori resistivi Riscaldatori resistivi per produrre calore Diodi emettitori di luce, variatori di luce Diodi emettitori di luce, variatori di luce per controllare la luminosit Solenoidi Solenoidi per produrre forze Motori elettrici Motori elettrici per produrre spostamenti Altoparlanti e trasduttori ultrasonici Altoparlanti e trasduttori ultrasonici per produrre suoni
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  • SEP Ing. Saponara 1.11 Esempi di Sensori Termistori e temocoppie Termistori e temocoppie misura di temperaturamisura di temperatura Foto diodi e foto transistori Foto diodi e foto transistori misura di lucemisura di luce Materiali piezoelettrici e strain gauges Materiali piezoelettrici e strain gauges misura di forzamisura di forza Potenziometri, sensori induttivi . Potenziometri, sensori induttivi . misura di lunghezzamisura di lunghezza Generatori tachimetrici, accelerometri, Generatori tachimetrici, accelerometri, misura di velocit e accelerazionemisura di velocit e accelerazione Microfoni Microfoni
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  • SEP Ing. Saponara 1.12 Blocchi Base Sistema Elettronico AMP=Amplificatore AMP=Amplificatore Filtro=Elimina le frequenze inutili Filtro=Elimina le frequenze inutili (filtro anti aliasing passa basso) A/D=Convertitore Analogico/Digitale A/D=Convertitore Analogico/Digitale El. Dig.=Elaboratore Numerico El. Dig.=Elaboratore Numerico (opera su grandezze numeriche e logiche) D/A =Convertitore Digitale/Analogico D/A =Convertitore Digitale/Analogico Filtro=Interpolatore (passa basso) Filtro=Interpolatore (passa basso) AMP=Amplificatore AMP=Amplificatore
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  • SEP Ing. Saponara 1.13 Sistema Elettronico di Controllo: Schema generale
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  • SEP Ing. Saponara 1.14 Sistema Elettronico di Controllo: Esempio Engine Control Unit
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  • SEP Ing. Saponara 1.15 Sistema Elettronico di Controllo: Esempio Intelligent Mirror in Car
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  • SEP Ing. Saponara 1.16
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  • SEP Ing. Saponara 1.17 Il mondo esterno caratterizzato da variabili analogiche Un segnale analogico ha unampiezza che varia in maniera continua nel tempo Un segnale analogico ha unampiezza che varia in maniera continua nel tempo Ampiezza (e.g. Volt) t 1 2 3 4 5 6
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  • SEP Ing. Saponara 1.18 Segnale campionato 1 Viene associato il valore che il segnale analogico assume nellistante di campionamento Viene associato il valore che il segnale analogico assume nellistante di campionamento Ampiezza t 1 2 3 4 5 6 TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC
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  • SEP Ing. Saponara 1.19 Segnale campionato 2 Viene congelato il valore che il segnale analogico assume a intervalli regolari di tempo (Sample & Hold) Viene congelato il valore che il segnale analogico assume a intervalli regolari di tempo (Sample & Hold) Ampiezza t 1 2 3 4 5 6 TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC
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  • SEP Ing. Saponara 1.20 Segnale numerico 1 Viene assegnato al segnale campionato il valore numerico relativo allintervallo di appartenenza Viene assegnato al segnale campionato il valore numerico relativo allintervallo di appartenenza Ampiezza t 1 2 3 4 5 6 TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC
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  • SEP Ing. Saponara 1.21 Segnale numerico 2 Al segnale quantizzato si pu associare il valore numerico codificato Al segnale quantizzato si pu associare il valore numerico codificato Ampiezza t 1 2 3 4 5 6 TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC TCTC 24542102465
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  • SEP Ing. Saponara 1.22 Codifica Binaria Un valore numerico pu essere codificato in un numero N di segnali digitali, i bit (e.g. N=3 in tabella) Un valore numerico pu essere codificato in un numero N di segnali digitali, i bit (e.g. N=3 in tabella) NumeroAMSBBCLSB 0000 1001 2010 3011 4100 5101 6110 7111
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  • SEP Ing. Saponara 1.23 Segnale Digitale Particolare segnale numerico che pu assumere solo due valori 0 e 1 Particolare segnale numerico che pu assumere solo due valori 0 e 1 Al valore 0 si associa, per esempio, la grandezza elettrica 0 V Al valore 1 si associa, per esempio, la grandezza elettrica 5 V 0 1 TSTS TSTS TSTS TSTS TSTS TSTS TSTS TSTS TSTS TSTS TSTS TSTS 011010101110
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  • SEP Ing. Saponara 1.24 Errore di Quantizzazione Il segnale Numerico pu assumere solo un numero finito di valori Il segnale Numerico pu assumere solo un numero finito di valori Discretizzazione Il segnale Analogico pu variare con continuit Il segnale Analogico pu variare con continuit Il segnale numerico rappresenta il segnale analogico solo in certi istanti, in altri istanti si commette un errore Il segnale numerico rappresenta il segnale analogico solo in certi istanti, in altri istanti si commette un errore
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  • SEP Ing. Saponara 1.25 Caratteristica di trasferimento Grafico della grandezza duscita in funzione della grandezza dingresso Grafico della grandezza duscita in funzione della grandezza dingresso Esempio rampa lineare con intervallo quantizzazione = 1 Volt Esempio rampa lineare con intervallo quantizzazione = 1 Volt VIVI VUVU VUVU 12345 1 2 3 4 5 AMP = 1 VIVI VUVU A / N VIVI VUVU
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  • SEP Ing. Saponara 1.26 Grafico dellErrore di Quantizzazione Errore di Quantizzazione Errore di Quantizzazione Differenza, in un determinato istante, fra il valore del segnale analogico e valore del segnale numerico VIVI VUVU VUVU 12345 1 2 3 4 5 12345 0 1 Errore di quantizzazione VIVI
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  • SEP Ing. Saponara 1.27 Minimizzazione dellERRORE Scegliendo il valore di commutazione in corrispondenza n+0.5 si ha il modulo dellerrore al massimo pari a /2 Scegliendo il valore di commutazione in corrispondenza n+0.5 si ha il modulo dellerrore al massimo pari a /2 12345 0 -0.5 Errore di quantizzazione VIVI VUVU VUVU 12345 1 2 3 4 5 0.5
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  • SEP Ing. Saponara 1.28 Riepilogo Segnale analogicoSegnale analogico Un