-Copertina F.E. 232 - Fare Elettronica...Futura 11-93-113 G.P.E. kit 83 Grifo II cop Idea...

L A R I V I S TA D I E L E T T R O N I C A A P P L I C ATA , T E C N O L O G I E E P R O D OT T I

www.farelettronica.com

N° 232 - OTTOBRE 2004 - ANNO 20

EDIZIONI

€ 4,50 - Frs 9,00

TRASMISSIONE DATI

CON LE ONDE

CONVOGLIATE

USIAMO LE CPLD:UNITÀ DI CONTROLLO

PER IRRIGAZIONE

TUTORIAL

HARDWARE

• UNITÁ DI CONTROLLO PER IRRIGAZIONE

• TRASMISSIONE DATI CON LE ONDE CONVOGLIATE

• PANNELLO LUMINOSO A MATRICE DI LED:INTERFACCIA GRAFICA PER LA GESTIONE

• SISTEMA DI MISURA 1-WIRE:AGGIUNGIAMO UNA EEPROM ED UN CONVERTITORE A/D

• GLI STABILIZZATORI DI TENSIONE:I REGOLATORI LOW DROPOUT

PRATICAMENTE

• ALLA SCOPERTA DELLA PWM:REGOLATORE DI LUMINOSITÁ

AMPLIFICATORE

AUDIO MONOFONICO

VALVOLARE CON

VT52 - EL32

FEBOTIl robot di

Fare ElettronicaSECONDA PARTE:

La schedamadre

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D.L.

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• SMARTCARD:APPLICAZIONI CON LE SMARTCARD A MEMORIA

• VITAMINA C:I PUNTATORI

BASSA FREQUENZA

• AMPLIFICATORE AUDIO MONOFONICO

VALVOLARE CON VT52 - EL32

ROBOMANIA

• FEBOT:LA SCHEDA MADRE

NOTEPAD

Tiziano [email protected]

Quando l’informatica era pura utopia per noi “comuni mortali” e privilegio di pochi eletti, io,da buon hobbista intraprendente, dedicavo parte del mio tempo libero alla realizzazione dicircuiti elettronici, vista la facilità di reperimento dei componenti più comuni ed i costidecisamente contenuti.Fu così che, forte del mio “profondo sapere” dell’epoca, mi cimentai nella progettazione diun mixer audio da usare nelle feste in casa con gli amici.La prima nefasta idea fu quella di collegare i giradischi a due potenziometri quindi uniresemplicemente i cursori, ma ero ancora ben lontano dalla soluzione: i segnali audio di ungiradischi entravano nell’altro e viceversa, con il solo risultato di arrivare ad un palmo daldanneggiare i due piatti!Dovevo trovare qualcosa che permettesse alla corrente di passare in una sola direzione…cosa meglio di un diodo?Il tutto avrebbe funzionato, se non fosse per lo sfortunato fenomeno che i segnali audio sonoin corrente alternata, quindi il diodo bloccava una sola parte dell’onda ed il risultato era unaforte distorsione! Che dire poi dei rumori che sovente erano di livello superiore al segnaleaudio vero e proprio…Oramai ero perso nei meandri delle mie idee e l’unico risultato dei miei meri tentativi diprogettazione del mixer, si riduceva all’arricchimento del mio negoziante di componentielettronici.Solo dopo ho capito che esistono regole ben precise che scaturiscono da complessi calcolimatematici e che se un componente è collegato in un determinato modo, non è per l’estroartistico del progettista, ma è per un motivo ben preciso.

Questo piccolo aneddoto è l’esempio lampante che procedere per tentativi o per intuizionispesso non porta a buoni risultati. Se poi l’intuizione era giusta ed il nostro progetto funziona,si rimane addirittura sorpresi e non si è in grado di spiegarsi il perché. Il giusto approccionell’affrontare un problema è fondamentale per la risoluzione del problema stesso e questo èconfermato anche dal detto “chi ben comincia è a metà dell’opera”.Questo è uno degli obiettivi che Fare Elettronica si è posta nei confronti dei propri lettori:fornire più strumenti possibili per affrontare i problemi di elettronica con il giusto approccio.Solo in questo modo le scelte divengono motivate, razionali e senza sorprese in quanto i loroeffetti sono già previsti.In questa ottica vi anticipo che a partire da Gennaio e per tutto il 2005, Fare Elettronicadedicherà ampio spazio a “ELETTRONICANDO”, un corso di elettronica analogica studiatoper tutti, anche per chi non ha alcuna preparazione scolastica. A pagina 71 di questo numerotrovate i dettagli delle lezioni. Avrete quindi un’occasione per consolidare le vostre conoscenzee per avvicinarvi al mondo dell’elettronica con il giusto approccio. Niente più tentativi odomande imbarazzanti, semplicemente imparare a progettare… progettando.

Ed eccoci al numero che state per sfogliare. La novità più evidente riguarda il FEbot, entriamoinfatti nel vivo del progetto costruendo l’hardware della scheda madre e, a proposito diFEBOT, non dimenticare di lasciare le vostre idee ed i vostri commenti nel forum sul sitowww.farelettronica.com.Come ogni mese il numero si presenta ricco di progetti pratici ed articoli interessanti:Agostino Rolando continua la serie di articoli sulle CPLD presentando una Unità di controllo perirrigazione; parleremo di trasmissione dati su onde convogliate grazie a Nuccio Allora; ritornaAndrea Marani con il progetto di un bellissimo Amplificatore a valvole; seguono la terza partedel Pannello Luminoso a matrice di LED di Luca Calore, l’ultima parte della rassegna sulBus 1-Wire di Nicola Ulivieri, una nuova puntata del tutorial sulle smartcard di Giuseppe Modugnoe una sugli stabilizzatori di tensione di Nico Grilloni. Infine, come ogni mese, una nuovapuntata di Vitamina C curata da Antonio Di Stefano.Con questo numero inizia anche la nuova campagna abbonamenti con tanti e nuovi vantaggiper chi decide di abbonarsi, scopriteli tutti a pagina 46.

Anche per questo mese ho concluso questo mio intervento. Vi auguro una piacevole lettura evi invito in edicola a Novembre con un nuovo e ricco numero di Fare elettronica.

IL GIUSTO APPROCCIO

3

edito

riale

DIRETTORE RESPONSABILE:

GianCarmelo Moroni

DIRETTORE DI REDAZIONE:

Tiziano Galizia ([email protected])

PROGETTO GRAFICO E IMPAGINAZIONE:

Graficonsult - Milano ([email protected])

HANNO COLLABORATO:

Maurizio Del Corso, Luca Calore, Nuccio Allora, Andrea Marani,

Nico Grilloni, Nicola Ulivieri, Luca Tondi, Antonio Di Stefano,

Giuseppe Modugno, Agostino Rolando, Antonio Cecere

DIREZIONE - REDAZIONE - PUBBLICITÁ

INWARE srl

Via Cadorna, 27/31 - 20032 Cormano (MI)

Tel. 02.66504794 - 02.66504755 - Fax 02.66508225

[email protected] - www.inwaredizioni.it

STAMPA:

ROTO 2000

Via Leonardo da Vinci, 18/20 - 20080 Casarile (MI)

DISTRIBUZIONE:

Parrini & C. S.p.a.

Viale Forlanini, 23 - 20134 Milano.

Il periodico Fare Elettronica è in attesa del numero di iscrizione al ROC

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vati. Manoscritti, disegni e fotografie sono di proprietà di INWARE srl.

Diritti d’autore: La protezione del diritto d’autore è estesa non solamente al con-

tenuto redazionale di Fare Elettronica ma anche alle illustrazioni e ai circuiti

stampati. Conformemente alla legge sui Brevetti n.1127 del 29-6-39, i circuiti e gli

schemi pubblicati su Fare Elettronica possono essere realizzati solo ed esclusiva-

mente per scopi privati o scientifici e comunque non commerciali. L'utilizzazione

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zarlo per le sue diverse edizioni e attività, dietro compenso conforme alle tariffe

in uso presso la società stessa.

Alcuni circuiti, dispositivi, componenti ecc. descritti in questa rivista possono be-

neficiare dei diritti propri ai brevetti: la Società editrice non assume alcuna re-

sponsabilità per il fatto che ciò possa non essere menzionato.

Elenco inserzionisti

Richieste di assistenza

Alter Logix 77A.R.I. Pescara 65Artek 23-41Blu Nautilus 19-87Elettroshop III copFutura 11-93-113G.P.E. kit 83Grifo II copIdea Elettronica 37Parsic 25-99-109Pianeta Elettronica 9-31-59Pianeta Musica 7Scuola RadioElettra IV cop

Collaborare con Fare ElettronicaLa redazione di Fare Elettronica è alla ricerca dicollaboratori per la stesura di articoli, progetti,tutorials, rubriche e libri.Le richieste di collaborazione vanno indirizzate aTiziano Galizia ([email protected]) eaccompagnate, se possibile, da una brevedescrizione delle vostre competenze tecniche e/oeditoriali, oltre che da un elenco degli argomentie/o progetti che desiderate proporre.

Per richiedere assistenza o chiarimenti sugli articolipubblicati, vi preghiamo di contattare l’autore, ilcui nome ed indirizzo email è sempre riportatosotto il titolo dell’articolo stesso.Nel caso ciò non fosse possibile potete scrivere [email protected], ricordandovi dispecificare il numero della rivista ed il titolodell’articolo per il quale chiedete chiarimenti,oltre al vostro nome, cognome ed indirizzo email.Tutte le richieste con informazioni insufficienti oanonime non saranno prese in considerazione.

Come contattarciIndirizzo email della Redazione:

[email protected] email dell’Ufficio Abbonamenti:

[email protected] nostri numeri telefonici:

Telefono 02.66504794 Fax 02.66508225Il nostro indirizzo postale:

INWARE EdizioniVia Cadorna, 27/3120032 Cormano (MI)

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SOMMARIO

tutorialSmartcard (quinta parte): 54Applicazioni con le smartcard a memoriadi Giuseppe Modugno

Vitamina C (dodicesima parte): 94di Antonio Di Stefano

bassa frequenzaAmplificatore audio monofonico 48valvolare con VT52 - EL32di Andrea Marani

praticamenteAlla scoperta della PWM: 66Regolatore di luminositàdi Antonio Cecere

hardwareUnità di controllo per irrigazione 14di Agostino Rolando

Trasmissione dati con le onde convogliate 24di Nuccio Allora

Pannello luminoso a matrice di led 34(terza parte)di Luca Calore

Sistema di misura 1-wire (terza parte): 74Aggiungiamo una EEPROM edun convertitore A/Ddi Nicola Ulivieri e Luca Tondi

Gli stabilizzatori di tensione (quinta parte) 88di Nico Grilloni

rubricheMailbox 6

News 8

Notepad 12

Le fiere e mostre mercato 72di Ottobre 2004

In Vetrina:

Un nuovo sistema di sviluppo per PICmicro® 110

robomaniaFebot (seconda parte): 100La scheda madredi Maurizio Del Corso e Tiziano Galizia

GENERATORE DI ALTA TENSIONEAvrei bisogno di un circuito in grado di generare

un’alta tensione, non pericolosa, a partire da una

batteria a 12 V.

Riccardo Benvenuti

Per generare una tensione piuttosto alta ènecessario alimentare una bobina di accensione perautovetture mediante un multivibratore astabile rea-lizzato con due transistor. Lo schema è quello di figu-ra 1 ed è in grado di erogare una tensione di 5000Volts. Questa tensione non è pericolosa in quantonon è in grado di erogare una corrente elevata.Suggeriamo di collegare T4 ad un dissipatore perevitarne l’eccessivo surriscaldamento.

LAMPEGGIATORE PER LAMPADAAvrei bisogno dello schema di un lampeggiatore per

lampada a 220 Vac, realizzato con pochissimi

componenti, in modo da poterlo inserire diretta-

mente all’interno della scatola a muro.

Mauro Beltrami

D

R

D Si può ottenere un lampeggiatore utiliz-zando un timer 555 in configurazione astabile(figura 2). L’uscita del timer pilota un triac il qualeattiva e disattiva il carico. L’alimentazione è rica-vata direttamente dalla tensione di rete e stabiliz-zata mediante il diodo zener. Il potenziometroconsente di modificare la frequenza di intermit-tenza. Il triac può essere un TIC206 o equivalen-te. Il carico massimo è di 150 Watt.

IMPIANTO DI TERRA E INTERRUTTORIDIFFERENZIALIA cosa serve il conduttore di terra nelle prese elettri-

che e in che modo influenza il funzionamento di un

interruttore differenziale o salvavita (sempre che

siano la stessa cosa)?

Simone Renato

D

R

Dubbi, perplessità,malfunzionamenti, opinioni,commenti o richieste? Inviateli a: [email protected]

Oppure scriveta a:Mailbox - Redazione di Fare ElettronicaInware srlVia Cadorna, 27/31 - 20032 Cormano (MI)

Le lettere più interessanti saranno pubblicate in queste pagine.

Per quanto possibile, inoltre, cercheremo di dare una risposta privata a

chiunque ci scriverà via email.

mai

lbox

MAILBOX6

Figura 1: Schema elettrico del generatore di alta tensione

Figura 2: Schema elettrico del lampeggiatore

Cerchiamo di rispondere con un esempio.Supponiamo che, per un difetto costruttivo, nellavostra lavatrice il conduttore di fase a 220V venga incontatto con il box metallico della lavatrice stessa.Questa situazione è molto pericolosa in quanto toc-care la lavatrice sarebbe come toccare direttamenteil conduttore di fase. Il filo di “messa a terra” fa sì chenon si verifichino queste situazioni. Questo infatticonnette tutte le parti metalliche delle apparecchia-ture alla terra (che ha potenziale 0) per cui, nel casodell’esempio precedente, l’eventuale corrente pre-sente sulle parti metalliche della lavatrice viene dis-persa verso terra senza attraversare il corpo della per-

R sona (figura 3). La dispersione verso terra avvienemediante una barra di metallo di una determinatalunghezza (dispersore) che viene conficcata nel ter-reno. Una serie di normative regola il valore minimodi resistenza di questo collegamento.L’interruttore differenziale, noto come “salvavita”, èun interruttore al quale vengono connessi i condut-tori di fase e neutro dell’impianto domestico e vieneinstallato subito a valle del contatore. Questo dispo-sitivo misura costantemente la differenza di correntetra fase e neutro che, in condizioni normali, deveessere ovviamente 0.Se tale differenza non è nulla, significa che nell’im-pianto domestico vi è una dispersione di correnteverso terra (che può avvenire attraverso il condut-tore di terra, ma anche attraverso una persona – daqui il nome “salvavita”). Se la differenza supera undeterminato valore, l’interruttore scatta interrom-pendo l’erogazione di corrente all’impianto. La sen-sibilità dei salvavita usati negli impianti domestici èdi 30mA il che significa che l’interruttore scatta se ildifferenza tra la corrente di fase e quella di neutrosupera appunto i 30mA. Sull’interruttore differen-ziale è presente un pulsante contrassegnato con lalettera T (che sta per TEST) mediante il quale è pos-sibile provare l’efficienza del dispositivo. Premendoquesto pulsante si provoca infatti una differenza dicorrente superiore ai 30mA e l’interruttore devescattare. I costruttori consigliano di eseguire questotest una volta al mese in modo da mantenere l’im-pianto sicuro.Figura 3: Dispersione verso terra senza e con il conduttore di terra

SINTETIZZATORE SU UNSINGOLO CHIP

STMicroelectronics ha pre-sentato un nuovo sintetiz-zatore su un singolo chip disilicio, STB6000, che ha loscopo di sostituire i com-plessi sintetizzatori a com-ponenti discreti, utilizzatinei decoder digitali per TV(STB, set-top Box) per rice-vere, da satellite, i canalidella TV digitale o contenu-ti web. Saranno possibilinotevoli risparmi di costinella produzione degli STB,grazie al ridotto numero dicomponenti necessari e allasemplificazione del proget-to della scheda a circuitostampato. Il sintetizzatore èun blocco funzionale a sestante, ma è progettato peressere uno degli elementi diun chip-set coordinatodella ST, che comprende ilnoto demodulatore multi-standard STV0299, già lar-gamente utilizzato inapplicazioni di TV satellita-re. Come l’STV0299,anche l’STB6000 può esse-re programmato utilizzan-do una semplice interfac-cia seriale a 2 fili.

readerservice.it 420 - 53

SOLUZIONI VOIP BASA-TE SUL PROCESSOREPOWERQUICCIn risposta al crescenteslancio del mercato VoIP

NEWS420

Questo spazio è gentilmen-

te offerto da EONews, il

Quindicinale di notizie e

commenti per l’industria

elettronica di VNU Business

Publications Italia.

IDEE DI PROGETTO: LANUOVA INIZIATIVASUL WEB DI ELETTRO-NICA OGGI

“Idee di progetto – Design

Ideas” è la nuova rubrica di

Elettronica Oggi che è stata

lanciata dal mese di

Settembre 2003. Caratteri-

stica saliente di questa nuo-

va iniziativa è che sarà com-

pletamente ed esclusivamen-

te on line ed accessibile dal

sito www.ilb2b.it.

L’obbiettivo principale è crea-

re una vera e propria libreria

di idee alla quale tutti coloro

che operano in maniera pro-

fessionale nel mondo dell’elet-

tronica possano “catturare”

informazioni e suggerimenti

utili per il loro lavoro quotidia-

no. Questo nuovo strumento

vi permette di scaricare, con

un solo click, tutte le risorse

necessarie per risolvere velo-

cemente qualsiasi problema

e, in ultima analisi, minimiz-

zare il time to market.

SCHEDA PC/104+ COMPENTIUM M

La scheda MSM855, dis-tribuita in Italia dallaZelco Sistemi, rappresen-ta la prima scheda in for-mato PC/104+ conPentium M oggi disponi-bile sul mercato. Talescheda, prodotta dallaDigital-Logic AG usandola propria tecnologia“smartModule”, integrasu una sola scheda indu-striale, conforme allostandard PC/104+, tuttal’elettronica di un PC conPentium M da 0,6 a 1,6GHz e altre funzioniaggiuntive. Dotato di una “cache” disecondo livello da unMbyte, il Pentium M a1,6 Ghz fornisce presta-zioni paragonabili a quel-le d’un Pentium 4 funzio-nante a 2,4 Ghz, e assolu-tamente uniche nellacategoria di schedePC/104. Questo compu-ter si basa sul “chipset”855GME con “front bus”a 400 MHz, e comprendetutte le interfacce stan-dard dei PC, come leCOM1 e COM2, la LPT,l’interfacce floppy e IrDA,e le PS/2 per mouse etastiera. Sulla scheda sipossono montare fino a1024 Mbyte di RAMDDR. La CPU e la memo-ria possono essere sosti-tuite, ma sono protette

meccanicamente da urtie vibrazioni.


PMC PER LE TELECOMUNICAZIONIMAXIM 921-DSSBS Technologies ha lan-ciato il nuovo Maxim921-DS, un nuovo modu-lo PMC con alloggiamen-to unico per connettivitàfull-duplex con lineecanalizzate DS3. Il nuovo e vantaggiosoprodotto per le teleco-municazioni SBS è statoideato per applicazionidati che necessitano diuna connettività ad altadensità, utilizzando fino a28 linee T1, DS0 multipli(fino a 672) in modalitàclear channel, applicazio-ni di DS3 frazionali ecanalizzate quali router,switch, broadband wire-less e gateway multi-ser-vice. Il Maxim 921-DSoffre connettività a44,736 Mbps e supportaun’interfaccia PCI da32/64-bit, 33/66 MHz edopzioni I/O sia sul pan-nello frontale che suquello posteriore. IlMAXIM 921-DS è caratte-rizzato da una tecnologiaunica ideata per minimiz-zare l’intervento host emassimizzare la larghezzadi banda bus così daaumentare complessiva-mente le prestazione delsistema. Il Maxim 921-DSè particolarmente indica-to per applicazioni delica-te, quali l’aggregazione eil routing di frontiera.


NEWS8

(Voice over InternetProtocol), Freescale Semi-conductor ha ampliato l’of-ferta di soluzioni per pro-getti di sistemi VoIP basatisui processori Power-QUICC™ e di DSP (DigitalSignal Processor) basatisulla tecnologia StarCore.La punta di diamante diqueste soluzioni VoIP è lanuova famiglia di processoridi segnali digitali (DSP)MSC711x, progettata peroffrire l’eccezionale rappor-to prezzo/prestazioni, l’ele-vata integrazione e la con-nettività avanzata richiestidai produttori di sistemiVoIP. La famiglia MSC711xamplia le opportunità per larealizzazione di applicazioniaziendali a costi contenutiper VoIP, PBX IP, reti diaccesso e Network Edgescalabili da 4 fino a centi-naia di canali. Le linee diprodotti PowerQUICC eDSP di Freescale compren-dono offerte per la piatta-forma SoC (System-on-Chip), quali la famigliaPowerQUICC III e la nuova

famiglia PowerQUICC IIPro. La famiglia di DSPMSC711x integra consoli-date interfacce SoC, segueuna piattaforma comune,rimane indipendente dallatecnologia di processo e sibasa su un linguaggio sinte-tizzabile scritto in un lin-guaggio di descrizionehardware ad alto livello.


SENSORE D’INCLINAZIONEOmron presenta il nuovoD6B, un sensore di inclina-zione miniaturizzato amontaggio SMD ideale perapplicazioni in telefoni cel-lulari, videocamere e dispo-sitivi GPS. Il nuovo D6B misura 5,5 x5,5 x 3,75 mm, ha unassorbimento di correntedi soli 10µA ed è già pro-gettato in accordo alle nor-mative ROHs. Il nuovo sen-sore Omron è dotato didue uscite ed è quindi pos-sibile discriminare il versodi inclinazione: infatti

quando l’interruttore è inposizione di riposo entram-be le uscite rimangono atti-ve 2.5 V c.c., mentrequando l’inclinazione delsensore supera l’angolooperativo, che varia da 45a 75 gradi sia sull’asse xche sull’asse y, la relativauscita viene commutata a0,5 V c.c..Gli angoli di ritorno del dis-positivo variano da 50 a 20gradi. Il D6B utilizza unapiccola sfera magneticache si sposta in una scana-latura interna a V; l’impie-go di due circuiti integratiad effetto Hall permette dirilevare il movimento e laposizione della sfera,garantendo un’ecceziona-le livello di miniaturizzazio-ne senza alterare l’affidabi-lità della commutazione.


CONVERTITORE A/DNational Semiconductor(Lasi Elettronica) ha annun-ciato l’introduzione di unconvertitore A/D con ele-

vate prestazioni, caratteriz-zato da una dissipazione dipotenza inferiore del 75%rispetto ad analoghi pro-dotti presenti sul mercato.Il nuovo Adc08100 è ingrado di digitalizzare isegnali con una risoluzionedi 8 bit alla velocità di cam-pionamento di 1,6 GHz,dissipando solo 1,4 W conuna tensione di alimenta-zione nominale di 1,9 V. Èideale nella strumentazionedi misura e collaudo e negliapparati di comunicazione.


IC TRASMETTITORIAtmel ha annunciato la dis-ponibilità di due nuovi Ictrasmettitori Uhf Ask/Fskottimizzati per usi in modu-li Tpms alimentati a batte-rie. Si tratta di Ata5756,progettato per applicazioninella gamma 315 MHz, edi Ata5757, dedicato all’in-tervallo 433 MHz, che puòanche essere utilizzato inquello 448 MHz. Grazie alminimo tempo di settling e

NEWS 9

I valori nominali rds(on)massimi vanno da 15 a4.2 ohm. Poiché i Mosfeta canale p non richiedonocircuiti driver lato altoaggiuntivi per attivarsi,questi nuovi TrenchFet( S u m 1 1 0 P 0 4 - 0 4 L ,Si7463Dp, Sud50P04-09L, Sum1110P06-07L,Si7461Dp, Sud50P06-15L) aiutano a ridurre ilnumero dei componenti ea migliorare l’affidabilitàin sistemi industriali eautomotive in confrontocon soluzioni a canale n.


MICRO PERAPPLICAZIONI MEDICALII recenti Msp430 di TexasInstruments, la famiglia dimicrocontrollori a potenzaultra bassa, single chip,Msp430Fg43x, è ottimiz-zata per dispositivi medica-li portatili, consentendo aiprogettisti di soddisfarerequisiti applicativi senzadovere affidarsi a soluzionimultichip. Offre configura-zioni Mcu con nove canalitemporizzatori, un conver-titore A/D a 12 bit da 20ksps, doppi convertitoridigitali-analogici a 12 bit,tre amplificatori operazio-

al basso consumo di cor-rente attiva, aiutano adiminuire drasticamente ilconsumo totale di correntee quindi a prolungare iltempo di durata dei modu-li stessi.


GENERATORE DI CLOCK

Cypress Semiconductor haannunciato la disponibilitàin volumi di un nuovogeneratore di clock a divi-sione di spettro program-mabile (SSCG – SpreadSpectrum Clock Ge-nerator). La versatilità diprogrammazione, la dispo-nibilità di uscite multifunzio-ne e la presenza di pin dicontrollo permettono aCY25200ZZC di essereimpiegato in sostituzione disoluzioni a doppio chip perla riduzione delle interferen-ze elettromagnetiche (EMI).Contraddistinto da un ele-vato livello di flessibilità,CY25200ZZC mette a dis-posizione un’ampia gammadi percentuali di divisioniper ottimizzare la riduzionedelle interferenze EMI. Lapresenza di un circuito perla sintesi di frequenza e diun blocco di guadagnod’ingresso consente aCY25200ZZC di operare inmaniera efficace con qual-siasi quarzo o oscillatore aquarzo.


MODULIAMPLIFICATORI LINEARIRf Micro Devices (Microelit)ha presentato la sua fami-glia di moduli amplificatorilineari ad alta efficienza epotenza per applicazioniCdma, compresi apparec-chiature cellulari digitaliportatili Is-95/Cdma 20001X 3V e sistemi spread-spectrum. Siglati Rf3163,Rf3164 e Rf3165, misurano3 x 3 x 0,9 mm ed offronole migliori caratteristiche intermini di robustezza, dissi-pazione termica, livello disensibilità all’umidità e sen-sibilità alle scariche elettri-che nella loro categoria.Presentano linee di control-lo digitali azionate da Msmper abbassare la corrente diriposo in modo da aumen-tare il tempo del parlato incondizioni di bassa poten-za. Autonomi, con ingressied uscite a 50 ohm, sonoaccoppiati internamenteper ottenere potenza, ren-dimento e linearità ottimali.


MOSFET A CANALE PInterruttori high-sideboardnet 12 V automotivee azionamenti di motorielettrici sono le applicazio-ni di destinazione di unafamiglia di Mosfet a cana-le p resa nota da Siliconix(Silverstar-Celdis).I nuovi dispositivi -40 e -60 V sono i primi con que-sti valori nominali di ten-sioni di rottura ad essererealizzati utilizzando l’a-vanzata tecnologia acanale p di Vishay, cheminimizza la resistenza dion dei Mosfet.

NEWS10

COME OTTENERE MAGGIORI INFORMAZIONIEONews offre il servizio “reader service” che vi consente, uti-lizzando l’apposito codice riportato alla fine di ogni news, diricevere maggiori informazioni.

Visitate il sito www.readerservice.it e compilate la cartolinavirtuale con i vostri dati, il numero della rivista, questo mese il420, ed i numeri di reader service presi dalle notizie che vi inte-ressa approfondire.

EONEWS provvederà, tempestivamente, a contattare leaziende interessate, che invieranno al vostro indirizzo tutta ladocumentazione disponibile.

nali di precisione configu-rabili, un Usart, 48 pin I/O,un driver per display a cri-stalli liquidi a 128 segmen-ti, con configurazioni dimemoria fino a 60 Kb diFlash e 2 Kb di Ram.


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PROGRAMMATORE PICper dispositivi FLASH

con funzione

DEMOBOARD

utilizzabile anche come

DEMOBOARD

Scheda di interfaccia per PC funzionan-

te mediante porta USB. Disponibile sia in

scatola di montaggio che montata e collauda-

ta. Completa di software di gestione con pannello

di controllo per l’attivazione delle uscite e la lettura dei

dati in ingresso. Dispone di 5 canali di ingresso e 8 canali

di uscita digitali. In più, sono presenti due ingressi e due uscite ana-

logiche caratterizzate da una risoluzione di 8 bit. E’ possibile collegare fino

ad un massimo di 4 schede alla porta USB in modo da avere a disposizione

un numero maggiore di canali di ingresso/uscita. Oltre che come interfac-

cia a sè stante, questa scheda può essere utilizzata anche come utilis-

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INTERFACCIAUSB per PC

TDA2030: TWO-WAY 22W HI-FI ACTIVE BOX

Un esempio di applicazione di una coppia diTDA2030, un amplificatore in classe AB integratoa bassa distorsione armonica e di cross-over. Loschema di figura consente di realizzare un ampli-ficatore da 22W per HI-FI con due canali attivi. Lafrequenza di separazione tra i due canali si aggiraintorno ai 1500Hz.

20 FILTRO DI BUTTERWORTH LP DEL IV ORDINE A

CAPACITÀ COMMUTATA

LMF100 contiene due filtri a capacità commutatagenerici che possono essere connessi in modo daottenere vari filtri di diverso ordine. In figura loschema a blocchi del dispositivo ed una applica-zione come filtro passa-basso di Butterworth delquarto ordine con relativa risposta in frequenza.

21

Dal blocco note di Fare Elettronicauna raccolta di idee da tenere semprea portata di mano

Questa rubrica ha lo scopo di fornire degli schemi

applicativi o idee di progetto dei componenti

elettronici più interessanti, selezionati per voi

dalla redazione. Tutti gli schemi presentati sono

elaborazioni di quelli ufficiali proposti dai produttori

nella documentazione ufficiale.

note

pad

NOTEPAD12

Con i valori riportati, il filtro ha una frequenza ditaglio di 100KHz.

RADDOPPIARE LA CORRENTE SU UN CARICO CON

UNA COPPIA DI OPERAZIONALI

Gli amplificatori operazionali standard per appli-cazioni in bassa frequenza, possono fornire inuscita correnti fino ad una massimo di 30mA-

22

40mA. Tale corrente può essere raddoppiata uti-lizzando un secondo amplificatore operazionaleconnesso come mostrato nella figura.Per applicazioni di alta frequenza è preferibileadottare la soluzione mostrata nella secondafigura.

CONVERSIONE TENSIONE-FREQUENZA CON AD537

Uno stadio amplificatore in ingresso, un oscillato-re di precisione, un preciso generatore di riferi-menti ed uno stadio di uscita ad elevata corrente:sono queste le parti essenziali del AD537, un con-vertitore tensione-frequenza monolitico integra-to. In figura una applicazione tipica per tensionidi ingresso positive. L’uscita ha un fondo-scala infrequenza dato dalla relazioneF=Vin/((10(R1+R2)C)).

23

NOTEPAD 13

Questo progetto ha per scopol’attivazione di alcune elettro-valvole, alimentate a 12 o 24 V(figure 1 e 2), ognuna secondouna determinata temporizza-zione nel corso della giornata,in modo da poter irrigare diffe-renti zone di un giardino inmaniera automatica.A questo scopo, ho ideato uncircuito contenente un compo-nente programmabile Xilinx

che realizza la funzione diinterfaccia seriale ed è in gradodi pilotare otto relé. Il circuitoviene collegato alla porta seria-le di un PC. I comandi di atti-vazione per i relé vengonoeffettuati per mezzo di un pro-gramma emulatore di termina-le o di una procedura cheopera in ambiente Labview.L’unità di controllo è compostadi due parti: un modulo princi-

pale programmabile e un’inter-faccia a relé.

MODULO PRINCIPALELo schema elettrico del moduloprincipale è descritto in figura 3.Per mezzo del connettore J02, ilcircuito viene collegato allaporta seriale del PC. Il funziona-mento è il seguente: da PCviene inviato al modulo uncomando sotto forma di duecaratteri; questi vengono ricevu-ti e interpretati come criteri informa parallela e resi disponibilisul connettore di uscita J04.

Il componente programmabileche realizza la funzione di UARTè una CPLD Xilinx (IC03), cheviene previamente configuratascaricandovi l’opportuno codicefirmware per mezzo dell’ inter-faccia JTAG descritta nel numerodi febbraio 2004 di FareElettronica, da collegarsi al con-nettore J03.

UNITÀ DI CONTROLLO PERIRRIGAZIONEUNITÀ DI CONTROLLO PERIRRIGAZIONEdi Agostino Rolando

([email protected])

Il circuito qui presentato è stato ispirato dalla necessità di controllare a distanza

alcune elettrovalvole per l’irrigazione di un giardino, sotto il controllo di un

personal computer. Può essere impiegato in tutte quelle situazioni in cui sia

necessario comandare dei dispositivi a distanza secondo una determinata

temporizzazione.

HARDWARE14

HARDWARE

Figura 1: Elettrovalvola Figura 2: Struttura interna dell’elettrovalvola

Al connettore di uscita J04 delmodulo principale viene colle-gata una piastrina di interfacciacontenente i relé da comandare.L’ applicazione prevede di atti-vare o disattivare ciascun reléindividualmente.Il chip programmabile funzionacon alimentazione a +3.3V e isegnali in uscita vengono trasla-ti a livello +5V mediante l’inte-grato 74AC245, che viene ali-

HARDWARE

HARDWARE 15

Figura 3: Schema elettrico del modulo principale

Figura 4: Schema di interconnessione tra le varie unità di controllo

mentato a tale tensione.La tensione di alimentazione alsistema viene fornita per mezzo

del connettore J01 e può variareda 7 a 12 V.Sul circuito è presente un ulte-

riore connettore a vaschetta,denominato J06, la cui funzio-ne è di riportare in uscita lalinea seriale di ingresso. Loscopo di questo connettore èquello di poter collegare l’unitàdi controllo ad un secondo di-spositivo identico, per mezzo diun cavo di interconnessioneseriale che fa capo al rispettivoconnettore J02.In questo modo è possibileespandere le possibilità di pilo-taggio realizzando una catena dimoduli collegati in cascata edistanziati, al massimo, di unaquindicina di metri tra loro,come prescrive la normativaEIA-RS232C (vedere figura 4).

In definitiva, dal proprio PC si

HARDWARE

HARDWARE16

Figura 5: Circuito stampato in scala 1:1 (lato rame) del modulo principale

Figura 6: Piano di montaggio del modulo principale

può quindi pilotare singolar-mente uno qualsiasi dei relé delcomplesso dei moduli dellacatena. A questo scopo, il firm-ware che viene fatto risiedere sulmodulo programmabile è fattoin modo da ricevere e interpre-tare una sequenza di due carat-teri: il primo carattere rappre-senta l’indirizzo di uno degli Ncontrollori della catena, mentreil secondo identifica il relé dacomandare.

Ciascun modulo della catenaviene programmato con uncodice di indirizzamento identi-ficativo univoco e reagisce solose il primo carattere che riceve

HARDWARE

HARDWARE 17

Elenco componenti MODULO PRINCIPALE

Sigla Valore Sigla Valore

R01 390 Ω (package 0805) D01 BAV99 (package SOT-23)

R04 330 Ω (package 0805) IC01, IC02Regolatore di tensione LM1117H (package TO-252)

R02 15 Ω (package 0805) IC03CPLD XC9572XL-10PC44I(package 44 pin PLCC)

R03, R06 270 Ω (package 0805) IC04Oscillatore SUNNYFrequenza 1.843200 MHz (SMD)

R05 470 Ω (package 0805) IC05Tri-state buffer 74AC245 package SO20)

R07, R08, R12,R13

10K Ω (package 0805) IC06 Transceiver MAX232 (package SO16)

R11 470 Ω (package 0805) J01Connettore da alimentazione “plug” per circuito stampato

R09 4K7 Ω (package 0805) J02Connettore a vaschetta, 90 gradi, da stampato , F, 9 pin

R10 100 Ω (package 0805) J03Connettore lineare passo 2,54 6 pin maschio

C01,C04,C07, C08, C13

0,1 µF 50 V ceramico J04Connettore a vaschetta, 90 gradi,da stampato, M, 15 pin

C03, C05 2,2 µF 20 V tantalio J05Connettore a vaschetta, 90 gradi,da stampato, F, 15 pin

C02 39 µF 20 V tantalio J06Connettore a vaschetta, 90 gradi,da stampato, M, 9 pin

C06, C09÷C12 1 µF 20 V tantalio

Figura 6a: Packages utilizzati

coincide con il proprio indirizzo.Il segnale seriale che viaggia nellacatena di moduli viene richiuso(dall’ultimo modulo verso il

primo), in modo tale da metterein evidenza eventuali interruzionisulla linea.Per futuri sviluppi è stato intro-

dotto un ulteriore connettore(J05) che rende accessibili altri 10piedini della CPLD. A secondadelle necessità, i pin possonoessere configurati come ingressio come uscite. Una possibileapplicazione, ad esempio, puòprevedere di collegare a questoconnettore un modulino esternodi interfaccia ad ingressi optoiso-lati oppure alcuni pulsanti, led evia dicendo.

I componenti utilizzati, ad ecce-zione dei connettori di segnale edi alimentazione, sono tuttiSMD. In figura 5 viene riportato ilmaster del circuito stampato.

Infine, nella figura 7 è mostrato ilprototipo del circuito assembla-to, lato componenti e lato salda-ture. Il prototipo è stato realizza-to su supporto di bachelite con ilmetodo a trasferimento di toner,per mezzo di fogli lucidi da foto-copiatrice e di un ferro da stiro.

INTERFACCIA A RELE’Il circuito in figura 8, realizza l’in-terfaccia a relé da collegare almodulo programmabile. Il relati-vo master del circuito stampato è

HARDWARE

HARDWARE18

Elenco componentiMODULO RELÈ

Sigla Valore

RL1÷RL8Relé SMD, alimentazione 5V, contatti da 100V, 1A

A÷H Morsettiera a 2 contatti

D1÷D8 Diodo 1N4148

J01

Connettore a vaschetta, 90 gradi,da stampato,femmina, 15 pin

Figura 7: Prototipo del modulo (lato componenti e lato saldature)

Figura 8: Schema elettrico dell’interfaccia a relé

100 V, 1 A e comandabili singo-larmente. I relé sono indicati conlettere maiuscole progressive daA ad H e corrispondono ai bit

D0÷D7 del bus dati interno.

CODICE SORGENTEPer lo sviluppo del firmware houtilizzato il tool di sintesi XST(Xilinx Synthesis Technology),scaricabile gratuitamente dalsito http://www.xilinx.com,previa registrazione. La proce-dura di controllo è scritta inlinguaggio VHDL ed è schema-tizzata in figura 13.

Il blocco RS232 riceve il datodalla linea seriale, mentre ilblocco mux_decoder interpretale informazioni e attiva una delleotto linee di uscita denominateRa÷Rh, una per ogni relé.

FUNZIONAMENTOPer comandare il sistema, il

visibile in figura 9.Il modulo contiene otto relé deltipo a montaggio superficiale, ingrado di supportare un carico da

HARDWARE

HARDWARE20

Figura 9: Circuito stampato scala 1:1 (lato rame) dell’interfaccia a relè

Figura 10: Piano di montaggio dell’interfaccia a relè

metodo più semplice consistenel richiamare un programmaemulatore di terminale VT100,ad esempio il classico Power

Terminal per ambiente Windows

(figura 14).Quindi si sceglie l’opzioneCommunication -> Connect equindi si imposta la porta dicomunicazione (ad esempioCOM1) e i parametri di configu-razione della linea seriale, comeda figura 14.

Cliccando infine su “Connect” sistabilisce la comunicazione tra ilPC e le diverse unità di controllo.A questo punto si può coman-dare l’attivazione dei relé proce-dendo con l’invio di sequenze didue caratteri: il primo carattereper l’indirizzo del dispositivo, ilsecondo carattere per il relé daattivare. Per esempio, se si vuoleattivare il relé 5 dell’unità dicontrollo 9, si dovrà immetterela sequenza “9” “5”.

UTILIZZO DI LABVIEWUn altro sistema, più elegante,consiste nell’utilizzare una pro-cedura scritta per ambienteLabview, scaricabile dal sito diFare Elettronica.Labview è un ambiente graficoprodotto da National Instru-

ments, specifico per l’interfaccia-mento con strumenti di misurae per l’acquisizione, l’analisi el’elaborazione di dati.Dal sito di National Instruments,all’indirizzo www.ni.com, è pos-sibile richiedere la Evaluation

Version di Labview per ambienteWindows, previa registrazione(vedere figure 15a e 15b).

Una volta installato, richiamia-

HARDWARE

HARDWARE 21

Figura 11: Figura 11: Modulo relé assemblato, lato componenti e lato saldature

Figura 12: Interconnessione tra i moduli e cavo flat per linea seriale

Figura 13: Schema a blocchi della procedura di controllo

Il secondo carattere individua ilsingolo relé che si vuole attivare;valori consentiti: da 1 a 8.A questo punto occorre cliccaresul simbolo “run” (freccia sullabarra dei comandi in alto a sini-stra) con cui si manda in esecu-zione la procedura.Nell’esempio in figura si coman-da il terzo relé del controllore 1.

Da notare che ciascun controllo-re che viene indirizzato si occu-pa di attuare il proprio set direlé. Il valore viene automatica-

mente “latchato” sicché, qualo-ra venga inviato un successivocomando, l’informazione prece-dente viene mantenuta, cioè irelé che erano stati precedente-mente abilitati continuerannoad esserlo. Per poter diseccitareun relé occorre immettere nuo-vamente la medesima sequenzadi caratteri che lo identifica.Il valore “0” azzera tutte le abili-tazioni eventualmente in essere.Qualsiasi altra combinazione dicomandi viene ignorata.Il diagramma LABVIEW corri-

HARDWARE

HARDWARE22

Figura 14: Schermata di Power Terminal

Figura 15b: Registrazione per Evaluation Software

mo l’ambiente LABVIEW comeda figura 16.Si procede quindi effettuandol’apertura del modulo Seriale.vi,il quale si presenta con unamaschera contenente i campiseguenti (figura 17):

• Linea seriale da utilizzare• Baud rate• Stringa da scrivere• Stringa riletta• Numero di bytes da rileggere

(inserire il valore 2)

Nella maschera sono presentidue switch, su cui bisogna clic-care con il mouse per abilitare lascrittura e la rilettura dei caratte-ri inseriti.

I campi vanno compilati come dafigura. Il principio di funziona-mento è naturalmente lo stessodel caso precedente: nel campo“Stringa da scrivere” vanno inse-riti due caratteri ASCII. Il primocarattere identifica uno tra 15possibili moduli seriali che posso-no essere presenti nella catena incascata; i valori da inserire vannoda 1 a F esadecimale.

Figura 15a: Sito di National Instruments

spondente al modulo Seriale.vi,che ne illustra la struttura inter-na in termini di blocchi funzio-nali, è riportato in figura 18.

CONCLUSIONICon questo progetto abbiamo

HARDWARE

HARDWARE 23

Figura 16: Presentazione di Labview 6.1

Figura 17: Modulo di gestione Labview Figura 18: Schema associato al modulo Labview

aggiunto un altro tassello pre-zioso alla conoscenza delleCPLD, seguiranno altri proget-ti che vi aiuteranno a prende-re sempre più padronanza diquesti interessantissimi dispo-sitivi.

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Questo sistema di trasmissionedati è stato studiato per caricarele scritte nei display pubblicitariscorrevoli. Normalmente questeinsegne vengono caricate inse-rendo ogni volta uno spinottoche, collegato a un PC, vi immet-te i dati. Usando leonde convogliate èpossibile pilotare, intempo reale e contem-poraneamente, tutti idisplay presenti in uncerto luogo. Per fare unesempio, è possibileavvisare i passeggeripresenti nei diversiambienti di una stazio-ne, della partenza di untreno, o i clienti di un albergo deiservizi disponibili in quelmomento, oppure inviare comu-nicazioni generali ai dipendentiin uno stabilimento.Sebbene il progetto sia nato perun impiego professionale, puòessere utilizzato anche per appli-

cazioni amatoriali dove occorrauna trasmissione unilaterale didati fino a 9600 Baud ad alta affi-dabilità, elevata reiezione ai dis-turbi impulsivi ed alle interferen-ze, con possibilità di funziona-mento (testate) da –30 a +50° C.

LE ONDE CONVOGLIATESe nella normale rete elettrica a230V di casa nostra immettiamoun segnale ad alta frequenza,otteniamo un sistema ad ondeconvogliate. La frequenza delleonde convogliate è compresatra i 20 ed 300 kHz, e quindi

non interferisce minimamentecon i 50 Hz della rete.Tutto ciòpresenta parecchie limitazionidovute al fatto che la rete a230V non è una vera linea di tra-smissione dotata di caratteristi-che determinate.

Vi sono perdite dovutead accoppiamenticapacitivi ed interru-zioni per l’alta fre-quenza dovute all’in-duttanza di contatori esalvavita. Non è possi-bile, infatti, comunica-re fra due impiantidotati di contatoriindipendenti e nean-che fra due fasi dello

stesso impianto se è protetto dasalvavita.Se si vogliono trasmettere dati, siadotta la modulazione FSK(Frequency Shift Keying), checonsiste nel fare slittare la fre-quenza di qualche kHz in corri-spondenza dei bit. Cioè ai bit

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Dei numerosi sistemi di comunicazione oggi utilizzati, la trasmissione ad onde

convogliate è tra i meno utilizzati. Non per questo però va dimenticata,

perché può ancora essere utile. In questo articolo presentiamo un sistema di

trasmissione dati, che utilizza appunto questa tecnologia, di facile realizzazione

e dai risultati sorprendenti.

HARDWARE24

HARDWARE

filtro passa-basso C8-L1-C9.IC4 ha il compito di pilotare lostadio finale amplificatore di cor-rente costituito da TR3 e TR4,montati in simmetria comple-mentare a collettore comune, inmodo da ottenere un’impedenzad’uscita molto bassa.Il segnale viene quindi iniettatonella rete attraverso il filtro passa-alto C17-L2-C18, che isola il cir-cuito dai 50 Hz della rete.Le parti restanti del circuito, cioèla parte compresa tra C10 ed ilpin 4 di IC3, costituiscono il cir-cuito di spegnimento. Questocircuito ha il compito di bloccarel’oscillazione di IC3 in assenza disegnale d’ingresso.Impiega un NE556 (l’NE556 è

positivi corrisponderà una fre-quenza, ed ai bit negativi un’altra.

Funzionamento generaleIl sistema qui proposto si compo-ne di un trasmettitore (TX) e diuno o più ricevitori (RX). Il tra-smettitore è dotato di un con-nettore per porta RS232 da col-legarsi al PC. Il segnale emessoviene iniettato nella rete elettricatramite la spina di alimentazione.Il ricevitore riceve il segnale tra-mite la spina di alimentazione edè dotato di un’uscita dati RS232ed anche TTL nel caso che il dis-play presentasse un ingresso conoptoaccoppiatore.La trasmissione dati avviene nellefrequenze di 145 e 175 kHz.

Il trasmettitoreTutto il TX è alimentato dai 12Vstabilizzati da IC1. Il segnale pro-veniente dalla porta RS232 delPC giunge alla base di TR1 dopoaver attraversato l’optoaccoppia-tore IC2. TR1 viene alternativa-mente interdetto e saturato,come pure TR2 che alternativa-mente collega C3 a massa o allarete R5-R6-P1. Ciò fa variare lacostante di tempo del multivi-bratore astabile costituito da IC3,shiftando la frequenza da 145 a175 kHz (ho scelto il TS555Canziché il solito NE555, perchépiù stabile ed adatto alla fre-quenza utilizzata).L’onda quadra presente all’uscitadi IC3 viene resa sinusoidale dal

HARDWARE

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HARDWARE

HARDWARE26

Figura 1: Schema elettrico del trasmettitore

un doppio timer: praticamentesono due NE555 nello stessocase).Entrambi i timer sono collegati inmodo da funzionare da mono-stabile. Quando arriva un impul-so da C10, l’uscita del primotimer (pin 5) diventa positiva percirca 40 msec. Quando il pin 5ridiventa basso, tramite C12, lacommutazione rende positival’uscita del secondo timer (pin 9)per altri 20 msec.Entrambe le uscite arrivano, tra-mite i due diodi di disaccoppia-mento, al pin 4 di IC3, cheoscilla solo se questo ingresso èalto. Con questo sistema IC3smette di oscillare dopo circa 60msec dall’ultimo impulso rice-vuto da IC2.Il trasmettitore è dotato di alcu-ne regolazioni utili per la taratu-ra: P2 regola la frequenza dioscillazione di IC3, P1 regola loshift, P3 regola l’ampiezza delsegnale in uscita. S1 ed S2 (con-tenuti in un unico dip switch), sesono ambedue aperti, permetto-no il regolare funzionamento delTX; se S1 è chiuso si ottiene lafrequenza bassa, se S2 è chiuso siha un segnale continuo anche inassenza di ingresso.

Il ricevitoreIl ricevitore è alimentato da duediverse tensioni stabilizzate forni-te da IC6 ed IC7: i 15 V alimen-tano IC13, i 12 V tutto il resto.Le onde convogliate vengonoprelevate dalla rete elettrica daC20 e C21. Vengono poi amplifi-cate e filtrate dai circuiti deglioperazionali IC8, IC9 ed IC10.La scelta di questa disposizionecircuitale un po’ “strana” è dovu-ta ad una necessità pratica: tro-

HARDWARE

HARDWARE 27

Elenco componenti del trasmettitore

Sigla Valore

R1 1,5 KΩ 1/4 W

R2 22 KΩ 1/4 W

R3, R6÷R8, R13, R20÷R23 1 KΩ 1/4 W

R4, R17 10 KΩ 1/4 W

R5, R18, R19 220 Ω 1/4 W

R15, R16 4,7 KΩ 1/4 W

R9, R12, R14 33 KΩ 1/4 W

R10 470 KΩ 1/4 W

R11 220 KΩ 1/4 W

C1, C2 220 µF 25V elettrolitico

C3 47 pF NP0

C4 39 pF NP0

C5, C11, C13, C14 100 nF poliestere

C6 22 nF poliestere

C7 10 nF ceramico

C8, C9, C10, C12, C15 1,5 nF ceramico

C16 10 pF ceramico

C17 1 µF 100 V

C18, C19 0,33 µF 400 V

T1 Trasformatore 15 V 3 W

PR1 Ponte rettificatore 100 V 1 A

F1 Fusibile 100 mA rapido

S1, S2 Dip switch a 2 vie

P1, P2 Trimmer multigiri verticale 100 kΩ

P3 Trimmer multigiri verticale 10 kΩ

D1, D2 Diodo 1N4150

DL1 Led rosso

TR1, TR2 BC237B

TR3 BD677

TR4 BD678

LI Impedenza 1 mH

L2 Impedenza 2 mH

IC1 LM7812

IC2 4N35

IC3 TS555C

IC4 LM301A

IC5 NE556

HARDWARE

HARDWARE28

Figura 2: Schema elettrico del ricevitore

stenza variabile che cortocircui-ta a massa parte del segnaled’ingresso.Veniamo a IC11, un NE565 (PLLanalogico prodotto dalla Philips),che è composto da un VCO(oscillatore controllato in tensio-ne), da un comparatore di fase eda un amplificatore in correntecontinua (figura 3).In assenza di segnale ai pin 2 e 3,il VCO oscilla ad una frequenzadeterminata da C38 e da R38con in parallelo P4. Quando arri-

vare dei filtri sui 150 kHz giàpronti in commercio. Gli uniciadattabili erano i trasformatori afrequenza intermedia a 455 kHzusati nelle vecchie radio a trans-istor. Questi trasformatori IFsono collegati in coppia contro-fase in modo da ottenere unabanda passante ottimale per lademodulazione tramite PLL. Ilguadagno in tensione è dato dalrapporto di trasformazione deitrasformatori IF, mentre gli ope-razionali si occupano solo di

adattare le impedenze deisecondari alle basse impedenzedei primari.Il segnale così filtrato arriva al pin2 di IC11. Per evitare saturazioni,il livello del segnale è controllatoda un apposito circuito CAG(controllo automatico di guada-gno). Nel CAG il segnale all’u-scita di IC10 viene raddrizzatodai diodi al germanio D4 e D5.Questa tensione continua pola-rizza TR5 che si comporta, perl’alta frequenza, come una resi-

HARDWARE

HARDWARE 29

Elenco componenti del ricevitoreSigla Valore Sigla ValoreR25, R35, R40,R41, R43

1 KΩ 1/4 W C42 470 pF ceramico

R26, R27, R29,R31, R33, R34,R36

220 Ω 1/4 W C46 2,2 nF ceramico

R28, R46 22 KΩ 1/4 W C47 3,3 µF 63 V elettroliticoR30, R42, R44,R47

10 KΩ 1/4 W C49 22 µF 50 V elettrolitico

R32 4,7 KΩ 1/4 W T2 Trasformatore 18 V 3 W

R37 100 KΩ 1/4 W PR2 Ponte rettificatore 100 V 1 A

R38 15 KΩ 1/4 W F2 Fusibile 100 mA rapido

R39 33 KΩ 1/4 W P4 Trimmer 10 KΩ orizzontale

R45 47 KΩ 1/4 W P5 Trimmer 20 KΩ orizzontale

R48 3,3 KΩ 1/4 W IF1÷IF4 Trasformatore freq. Intermedia (vedi testo)

C20, C21 2,2 nF 400 V D4, C5 Diodo germanio OA95

C22, C24 220 µF 25 V elettrolitico D6 1N4150C23, C25, C37,C48, C50

100 nF poliestere L3÷L5 Impedenza 1 mH

C26, C39 1 nF ceramico IC6 LM7815

C27, C31, C35 18 pF ceramico IC7 LM7812

C28, C32, C44 10 nF ceramico IC8÷IC10, IC13 LM301A

C29, C33 1 nF NP0 IC11 NE565N

C30, C34 1,5 nF NP0 IC12 LF357N

C36 1,5 nF ceramico IC14 4N36

C38 470 pF NP0 TR5 BC237B

C40,C43,C45 5,6 nF ceramico TR6 BC328

C41 39 pF ceramico

va un segnale, il comparatore difase lo confronta con quello delVCO e varia la sua uscita inmodo proporzionale alla diffe-renza di fase dei due segnali.L’amplificatore amplifica questatensione e la utilizza per correg-gere lo sfasamento variando la

frequenza del VCO. In questomodo la frequenza del VCO siaggancerà a quella del segnale inarrivo. Questo aggancio non puòessere istantaneo (creerebbeoscillazioni indesiderate), maviene “addolcito” da C40.Se andiamo a vedere con l’oscil-

loscopio, sul pin 7 troveremo unsegnale che rispecchierà le varia-zioni di frequenza di quello d’in-gresso. Non sarà un’onda qua-dra perfetta, ma presenteràdelle piccole distorsioni createsinella fase di aggancio. Questosegnale viene portato a bassaimpedenza da IC12, è ripulitodal filtro passa-basso compostoda L3, L4, L5, C43, C44, C45 epoi confrontato con la tensionedi riferimento, presente sul pin6, dall’operazionale a basso off-set IC13 (LM301A). Il segnaled’uscita è quindi presente suTP5. L’interfaccia per adattarloai livelli richiesti dalla portaRS232 è realizzata dall’ optoIC14 e da TR6. Con questo pic-colo escamotage si ottiene ilsegnale da –12V a +12V ricavan-done le tensioni dalla stessaporta RS232.

HARDWARE

HARDWARE30

Figura 4: Circuito stampato scala 1:1 (lato rame) del trasmettitore

Figura 3: Funzionamento del PLL

prima di collegarli alla rete, dischermare le parti interessatecon del nastro isolante e vi esor-to, in ogni caso, a maneggiarlicon cura per evitare folgorazioniche potrebbero essere molto

REALIZZAZIONEIl montaggio non presenta parti-colari difficoltà. Valgono le soliteprecauzioni di tutti i montaggi sucircuito stampato: attenzione allapolarità di diodi, LED e elettroliti-

ci, infilare gli integrati dopo averguardato dov’è la tacca, evitarele saldature fredde, eccetera.ATTENZIONE! Su una parte deicircuiti stampati sono presenti i220V di rete. Consiglio quindi,

HARDWARE

HARDWARE 31

Figura 5: Piano di montaggio del trasmettitore

pericolose.I componenti vanno scelti delledimensioni usate nelle foto deiprototipi, in particolare i trasfor-matori IF devono essere quelli da10mm. di lato e del tipo bianco(il colore bianco indica il trasfor-matore IF intermedio). Su IC1bisogna montare un piccolo dis-sipatore, su IC6 e IC7 non ènecessario.

Taratura e collaudoPer tarare il trasmettitore ènecessario collegare un fre-quenzimetro ai capi di L2 echiudere S2 per ottenere unsegnale continuo.Quindi ruotare la vite di regola-zione di P1 fino ad ottenere lafrequenza di 145 kHz. Poi chiu-dere S1 e regolare P2 sui 175kHz. Ora occorre collegare, sem-

pre su L2, un oscilloscopio eregolare P3 fino ad ottenere unsegnale sinusoidale il più ampiopossibile.Per la taratura del ricevitore laprocedura è più complessa.Collegare un generatore disegnali su TP4 e la sonda dell’o-scilloscopio sul lato caldo delsecondario di IF1 e ruotare ilnucleo in modo di ottenere lamassima ampiezza di segnale sui166,8 kHz. Ripetere la stessaoperazione su IF2 per i 168,8kHz, su IF3 per i 153,6 kHz e suIF4 per i 160 kHz.A questo punto si è ottenuta lacorretta banda passante. Orabisogna collegare a massa TP4,collegare il frequenzimetro suTP3 e regolare P4 a 160 kHz.Sempre con TP4 a massa, colle-gare i puntali di un tester (com-

mutato sulla portata più sensibiledi Volt CC ), su TP1 e TP2 e rego-lare P5 fino ad azzerare l’offset.Se si sono eseguite le operazio-ni sopra descritte, tutto dovreb-be funzionare perfettamente.Ora non resta che passare alcollaudo.Se l’apparecchiatura da pilotareha un ingresso con fotoaccop-piatore,andrà collegato tra lamassa e TP5. Se invece l’ingressoè una porta RS232, bisogneràcortocircuitare TP5 con TP6 ecollegare correttamente (vedischema) il connettore a 9 poli.Se non si riuscisse ad ottenereuna trasmissione efficiente, biso-gnerà ricorrere ad un’ispezionedella rete elettrica. Bisognacostruire una semplicissimasonda (vedi figura 8) che potràvenire sistemata in uno scatolino

HARDWARE

HARDWARE32

Figura 6: Circuito stampato scala 1:1 (lato rame) del ricevitore

diverso tempo senza problemi,quindi sono sicuro vi darà tantesoddisfazioni e sicuramenterisolverà i vostri problemi ditrasmissione dati su brevidistanze.

Vi ricordo nuovamente dimaneggiare con cura le schedee di posizionarle in un conteni-tore plastico, con la tensione direte non si scherza!

dotato di una comune spina elet-trica e di due boccole per infilar-ci i puntali del tester. Con questasonda si testerà il livello delsegnale nei vari punti dell’im-pianto elettrico. Il segnale dovràessere di almeno 10 mV.A volte gli alimentatori switchingmontati sui PC presentano unforte carico capacitivo capace dicortocircuitare l’alta frequenzadelle onde convogliate.

Occorre allora inserire tra la reteed il carico un semplice filtrocostituito da due induttanze da20 µH (6 spire avvolte su nucleotoroidale con diametro 15 mm)poste in serie ai due fili.Verranno montate in una scatolaisolante dotata di una presa eduna spina volanti.

CONLCUSIONIQuesto circuito funziona da

HARDWARE

HARDWARE 33

Figura 7: Piano di montaggio del ricevitore

Figura 8: Sonda e filtro

INTERFACCIA GRAFICAPER LA GESTIONE

PANNELLO LUMINOSO A MATRICE DI LED

Arrivati a questo punto del pro-getto, immagino che molti divoi saranno in trepidante atte-sa di capire come gestire equindi utilizzare il pannello,anche se probabilmente alcunidi voi avranno già capito agrandi linee il suo funziona-mento, questa terza partepotrà servire come guida.

OPERAZIONI PRELIMINARI:CONNESSIONE PANNELLO/PCAll’avvio il programma Matricedi LED controlla le porte serialidisponibili nel sistema, nume-rate in ordine crescente come

COMx; per default vieneassunta come porta utile laprima porta libera, cioè quellacon x minore. Questa imposta-zione può essere cambiata nelpannello Opzioni selezionandodalla combobox la porta desi-derata.Nell’eventualità che nel siste-ma si liberi una porta, è neces-sario aggiornare la lista conl’apposito pulsante.

REGOLAZIONE ORANel pannello Controlla Ora onBoard appare in alto a sinistraun orologio a lancette; questoorologio è sincronizzato conl’ora e la data del vostro siste-ma operativo. Per leggere l’ora e la dataimpostati nel Real Time Clock èsufficiente cliccare sul pulsantein basso Leggi Ora. Se l’ora ela data del sistema non doves-sero essere uguali a quelleimpostate nel pannello di LED,cliccare sul pulsanteSincronizza Data e Ora.

BENE, ORA COMINCIAMO AFARE SUL SERIO…Per cominciare, è necessariocliccare due volte su NuovaScena nel pannello Modificale Scene; apparirà una combo-box dalla quale si deve selezio-nare l’effetto desiderato, ched’ora in poi verrà chiamato“scena”.Selezionata la scena, appariràuna lista con le caratteristicheo parametri della scena. Permodificare i parametri, biso-gna cliccare sul parametrodesiderato in modo da eviden-ziarlo e da far comparire una

PANNELLO LUMINOSO A MATRICE DI LED

INTERFACCIA GRAFICAPER LA GESTIONE di Luca Calore

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In questa ultima parte verrà spiegato come utilizzare l’interfaccia grafica per la

gestione del Pannello a Matrice di LED e una volta saziata la vostra curiosità su

come si utilizza andrò ad illustrarvi i principali blocchi del firmware.

terza parte

HARDWARE34

HARDWARE

Figura 1: Pannello Opzioni Figura 2: Pannello Controlla Ora on Board

Quindi, selezionare il numerodell’animazione che si deside-ra modificare dalla lista sullasinistra.

In basso a destra è poi necessa-rio scegliere quanti framesinserire nell’animazione; un’a-nimazione con molti framesavrà una qualità migliore, masarà anche più lunga da dise-gnare. Per iniziare a disegnareil primo frame selezionareFrame 1 dall’animazione scel-ta; quindi, cliccare su Modificanella cornice Modifica FrameSelezionato. Si aprirà una fine-stra di modifica; a questopunto, nella cornice Frame 1 èpossibile disegnare ciò che sidesidera semplicemente clic-cando sul mouse per evidenzia-re i singoli pixels. In caso dierrore, con il tasto destro delmouse il pixel selezionato sicancella. Inoltre, cliccando sultasto Cancella si può cancella-re l’intero contenuto del frame.Lo stesso effetto si può ottene-re anche scegliendo Cancelladirettamente dalla corniceModifica Frame Selezionato.Volendo, è possibile invertire ilcolore, ovvero vedere l’imma-gine al negativo per ottenerealtri effetti grafici.

combobox o una casella ditesto (dipende dal tipo diparametro).Per chiudere la scena corrente,cliccare sul simbolo di crocettarossa posto in alto a destra di fian-co alla scena scelta; è possibileanche minimizzare la scena conun doppio clic sul simbolo + difianco al nome della scena, o inalternativa premere la spacebar.Volendo è anche possibile acco-dare altre scene a quella corren-te, in modo da vedere nel pan-nello di LED più effetti in succes-sione. Per ottenere questo risul-tato, fare doppio clic su NuovaScena al di sotto della scenacorrente.Se si desidera salvare una parti-colare sequenza di scene, è suf-ficiente cliccare su Salva Scene,in modo da fare apparire laclassica finestra di salvataggio

file (l’estensione delle sequenzesarà .sce).Il tasto Trasferisci permetteappunto di trasferire le sceneselezionate alla EEprom e quin-di di visualizzarle sul pannello amatrice di LED. Il pulsante Salva da EEpromserve invece per salvare l’ulti-ma sequenza di scene memo-rizzata nella EEprom. Con ilpulsante Invia File si possonocaricare sequenze salvate inprecedenza; si aprirà la tipicafinestra di apertura file con lalista delle scene salvate.

Una particolare e divertentefunzione del pannello di LED èla possibilità di inserire delleanimazioni a scelta dell’utente.Questa funzione permette didisegnare diversi frames (nelnumero desiderato fino a unmassimo di 30 e anche condurate differenti) e poi dilegarli insieme per ottenerel’effetto animato. Con un po’di buona volontà e un po’ dipazienza è possibile disegnarevari effetti, come palline cherotolano, linee in movimento,spirali e così via. Per iniziare,selezionare nella colonna disinistra Animazioni; si aprirà ilpannello relativo alla funzione.

HARDWARE

HARDWARE 35

Figura 3: Pannello Modifica Scene

Figura 4: Pannello Animazioni Figura 5: Finestra Modifica Frame Figura 6: Cornice Modifica frame selezionato

Cliccando con il tasto destrosopra il nome di un’animazio-ne appare un menu a tendina;selezionando Salva FileAnimazione appare la classicafinestra di salvataggio file (l’e-stensione dei file di animazionesarà .ani), mentre scegliendoApri File Animazione è possi-bile aprire un’animazione giàsalvata in precedenza.Cliccando su Vedi Animazionesi vede l’anteprima della scenaselezionata nell’apposita cornice.All’interno di una animazionenon tutti i frames devono avereper forza la stessa durata; se sivuole far vedere uno o piùframe per più o meno temporispetto agli altri, basta modifi-care la durata in basso (in mil-lisecondi). Se invece si vuolecopiare un frame già disegnatoe presente nella vostra anima-zione, basta scegliere nella cor-nice Anteprima altri frames ilnumero di frame da copiare epoi cliccare su Vai; comparirà

in alto il frame cercato e clic-cando su Copia sul FrameCorrente l’immagine verrà tra-sferita al frame che state dise-gnando in modo da risparmia-re tempo e fatica.

Cliccando sul tasto Salva echiudi si salva il frame disegna-to e si ritorna alla finestra prin-cipale del programma digestione.In alto a destra nella finestra èpresente anche la corniceAnteprima; quest’ultima per-mette di vedere appunto unarapida anteprima dei framesdisegnati per farsi un’idea delrisultato. Il funzionamento deipulsanti Play, Rewind e Stop èmolto intuitivo e non necessitadi spiegazioni.Il tasto in basso a sinistra,ovvero Leggi AnimazioneCorrente, permette di leggerel’animazione selezionata dallaEEprom e quindi di renderlamodificabile; fondamentale è

infine il tasto InviaAnimazione Corrente, chepermette di inviare al pannelloa matrice di LED l’animazionedesiderata e quindi di visualiz-zarla.

IL FIRMWARE/ARCHITET-TURA DELL’APPLICAZIONEL’architettura di tutta l’applica-zione è stata concepita cercan-do astrarre il più possibile leparti di codice che si occupanodella gestione del hardwareevitando inutili perdite dimemoria dovute alla presenzadi istruzioni ridondanti. Vogliosottolineare anche la logica deicommenti che racchiudono traparentesi graffe le istruzioni acui il commento si riferisce,spero in questo modo di averreso comprensibile tutte leparti del codice che scritto inassembly non risulta a primavista chiaro.

Come è evidenziato dallo sche-

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HARDWARE36

Schema 1: Schema a Blocchi

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HARDWARE 37

Schema 2: Schema riassuntivo delle funzioni CMS

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ma a blocchi nella gestionedella visualizzazione si distin-guono tre livelli di astrazioneinfatti ogni funzione che habisogno di accedere ai registridei quattro integrati MAX6953passa attraverso il gruppo difunzioni (*_CMS) le quali aloro volta utilizzano le funzionidi gestione diretta del proto-collo I2C.

La gestione della comunicazio-

ne seriale viene eseguita inrisposta della richiesta di inter-rupt richiesta dal moduloUSART (Universal SynchronousAsynchronous Receiver). Infattinon è mai il pannello che tra-smette al PC di programmazio-ne ma è sempre in attesa diricevere istruzioni che verrannospiegate in seguito.Inizierei ad illustrarvi il verocore di tutta l’applicazione, la“classe” CMS che gestiste sia la

replica nel PIC dei registri checontengono i caratteri visualiz-zati nei LED sia configurazionedei MAX6953 (luminosità,colore di sfondo, tempo dilampeggio).

Le funzioni CMSCome evidenzia lo schemasono implementati due bufferdi caratteri perché i controllorimettono a disposizione duelayer di visualizzazione P0 e P1

HARDWARE

HARDWARE38

Schema 3: Schema riassuntivo del main loop

HARDWARE

HARDWARE 39

Byte di StartBit 8 Bit 7 Bit 6 Bit 5 Bit 4 Bit 3 Bit 2 Bit 1

1 0 L1(luminosità)

L0(luminosità)

I(Sfondo)

F2(cod. Funz.)

F1(cod. Funz.)

F0(cod. Funz.)

Livello di luminosità Valore (Hex) L1 L04/16 33 0 08/16 77 0 112/16 BB 1 015/16 FF 1 1

FunzioneCodice

F2 F1 F0Cancella schermo (CLS) 0 0 0Frase fissa <16 caratteri 0 0 1

Lampeggio lento 0 1 0Lampeggio veloce

alternato 0 1 1

Data 1 0 0Temperatura 1 0 1

- 1 1 0- 1 1 1

Schema 4: Descrizione dei bit del Byte di inizio

Byte di FineBit 8 Bit 7 Bit 6 Bit 5 Bit 4 Bit 3 Bit 2 Bit 1

1 Bit FF 0 0 Rit/Rip R2(Cod. Ritardo)

R1(Cod. Ritardo)

R0(Cod. Ritardo)

Valore ritardo(sec)

CodiceR2 R1 R0

1 0 0 05 0 0 110 0 1 015 0 1 120 1 0 030 1 0 145 1 1 060 1 1 1

Valore Bit FF (bit 7)0 Funzione normale1 Fine Funzione Assoluta

Valore Bit Rit/Rip (bit 4)0 Ritardi1 Ripetizioni [1-7]

Schema 5: Descrizione dei bit del Byte di fine

che si alternano durante le fasidel lampeggio.

Due array (PO_CMS, P1_CMS)di 16 locazioni ciascuno sonoriservati per contenere i carat-teri (1byte a carattere) chevengono caricati nei controllo-

ri della matrice quando vienechiamata la funzioneShow_CMS.Questa funzione si avvale didue bit non usati nel byte diconfigurazione di ogni control-lore (vedi datasheet) per deci-dere quali dei due buffer invia-

re attraverso il protocollo I2C.

I vantaggi di questo tipo digestione sono molteplici,primo fra tutti il tempo diaccesso/scrittura dei dati segui-to sicuramente dalla possibilitàdi posizionare i caratteri in

HARDWARE

HARDWARE40

Byte di Comando funzione Data

Bit 8 Bit 7 Bit 6 Bit 5 Bit 4 Bit 3 Bit 2 Bit 1

0 D2 D1 D0 0 0 0 0

FormatiCodice

D2 D1 D0

29/05/04 0 0 1

05/29/2004 0 1 0

Lun 29 05 0 1 1

Lunedì 29 1 0 0

29 Maggio 04 1 0 1

29 Maggio 2004 1 1 0

29 Mag 2004 1 1 1

Lun 29 Maggio 1 1 1Schema 6: Descrizione del Byte di comando Data

Byte di Comando funzione OraBit 8 Bit 7 Bit 6 Bit 5 Bit 4 Bit 3 Bit 2 Bit 1

0 0 0 0 A S F 1

Valore Bit F (bit 2)0 Formato 24 ore1 Formato 12 ore

Valore Bit S (bit 3)0 : come separatore1 . come separatore

Valore Bit A (bit 4)0 Senza animazione1 Con animazione

Orario Immagine visualizzataDale 20 alle 05 LunaDale 05 alle 08 Sole che sorgeDale 08 alle 17 SoleDale 17 alle 20 Sole che tramontaSchema 7: Descrizione del Byte di comando Ora

HARDWARE

HARDWARE 41

Byte di Comando funzione Scroller

Bit 8 Bit 7 Bit 6 Bit 5 Bit 4 Bit 3 Bit 2 Bit 1

0 0 0 0 V 0 R1 R0

VelocitàCodice

R1 R0

Lenta 0 0

Media 0 1

Veloce 1 0

Velocissima 1 1

Valore Bit V (bit 4)

0 Scorrimento da destra a sinistra

1 Scorrimento da sinistra a destra

Schema 8: Descrizione del Byte di comando Scroller

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maniera sequenziale o sce-gliendo la posizione utilizzan-do il puntamento indiretto conFSR.

Funzione molto particolare edusata largamente per caricaredalla memoria EEprom del PIC lestringhe di caratteri è tabel-la_CMS. Essa carica nel buffercorrente un numero di caratterispecifico (num_char_CMS)della stringa all’indirizzo diadd_array_CMS .

La decodifica delle SceneI byte memorizzati nellaEEprom sono letti sequenzial-

mente. Il programma digestione inserisce in corrispon-denza del inizio e della finedelle scene un byte speciale,unbyte di comando, che si distin-gue dagli altri avere un valoredecimale maggiore di 128(ovvero con il bit più significa-tivo ad 1).

Il comando di inizio scena con-tiene una serie di informazioniper eseguire i byte successivi: ilcodice dalla funzione, la com-binazione della luminosità, ilcolore di sfondo seguendo lespecifiche indicate nella tabelleseguenti.

II Byte di fine contiene invece leinformazioni necessarie per lagestione del transitorio tra unascena e la successiva. E’ infattipossibile eseguire un ritardo perpermettere una maggiore espo-sizione della scena appena ese-guita o una ripetizione della stes-sa per un massimo di 8 volte.

Il Byte di fine descrive, con il bit7 (Bit FF), la fine assoluta dellescene caricate in EEprom facen-do ripartire quindi il pannellodalla prima scena caricata nellaEEprom.

Le funzioni che eseguono lesceneLe funzioni che elaborano i datiletti dalla EEprom hanno unastruttura comune, infatti allaprima esecuzione viene confi-gurato il comportamento dellefunzioni CMS e successivamen-te acquisiti tutti i dati da visua-lizzare.Il sistema effettua la chiamataalla funzione Show_CMS pervisualizzare il contenuto dei buf-fer durante la decodifica del bytedi fine scena. La chiamata puòessere disattivata agendo sul bits_flag,1 .

Frase Fissa e LampeggioLa funzione Frase fissa è l’esem-pio più semplice di questa strut-tura infatti alla prima chiamataviene cancellato il buffer P0 evengono configurati i controllorimentre per le successive quindi-ci chiamate viene incrementatoil registro FSR copiando il byteletto dalla EEprom nel buffer P0.

La funzione di lampeggio èstrutturalmente uguale a quella

HARDWARE

HARDWARE42

Schema 9: Schema a blocchi Funzione Scroller

HARDWARE

HARDWARE 43

Byte di Comando funzione TemperaturaBit 8 Bit 7 Bit 6 Bit 5 Bit 4 Bit 3 Bit 2 Bit 1

1 0 0 0 T F D1 D0

Valore Bit T (bit 4)0 Solo temperatura1 Andamento temperatura

Valore Bit F (bit 3)0 Formato +00°C1 Formato +0°C

Numero cifre DecimaliCodice

D1 D0Nessuna 0 0

1 0 12 1 03 1 1

Schema 10: Descrizione del Byte di comando Temperatura

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per la visualizzazione delle frasifisse solo che i controllori ven-gono configurati attivandoanche la funzione di lampeggio.

La funzione di lampeggio alter-nato usa entrambi i buffer, inparticolare alterna il buffer cor-rente con la funzioneswitch_CMS , potendo cosìgestire due stringhe di 16 carat-teri l’una.

Visualizzazione della data edell’oraLa funzione che prende ingestione la visualizzazione delladata o dell’ora è leggermentepiù complessa infatti viene invia-

to un byte di comando aggiun-tivo che descrive quale tipo divisualizzazione eseguire.

Se il primo bit è settato vienecaricato nel buffer P0 il formatodell’ora richiesto altrimentiviene fornita la formattazionedella data.

La gestione multilingue dellestringhe che rappresentanomesi e giorni della settimana sibasa sull’implementazione di unarray di caratteri dove l’indiceviene calcolato contando i carat-teri “|”.Questo permette la program-mazione di stringhe in lingua

diversa senza cambiamenti nelcodice.La funzione Tabella_CMS sioccupa di recuperare la stringavoluta dalla EEprom del pic e latrasferisce nei buffer occupan-dosi del troncamento.La gestione della visualizzazionedell’ora è molto completa infatticome si può notare dai parame-tri di configurazione, essa per-mette la scelta del formato(12/24 ore), la scelta del caratte-re separatore tra ora e minuti ela possibilità visualizzare l’ani-mazione rappresentante ilmomento della giornata.

Tecnicamente le animazionisono state realizzate grazie allapossibilità che i controllorihanno di creare caratteri perso-nalizzabili punto per punto.

La funzione ScrollerIl primo byte che viene passatoalla funzione scroller è uncomando che descrive il com-portamento che deve esseretenuto durante la visualizzazio-ne (velocità e verso di scorri-mento).

Questa funzione è la prima diquelle che abbiamo già vistoche inibisce la visualizzazionealla fine della scena infatti lostato del pannello deve variarecon ogni carattere inserito erestare impresso per il numerodi millisecondi settato dai duebit che regolano la velocità.

La funzione Scoller si differenziadalle altre descritte perché allafine della visualizzazione puòessere ripetuta per un massimodi sette volte.

HARDWARE

HARDWARE44

Schema 11: Schema a blocchi animazioni

LA COMUNICAZIONE SERIALEE IL “COMPILATORE”La comunicazione seriale tra ilpanello e il programma digestione avviene a bassa veloci-tà (Baud Rate 9600). Per ognibyte ricevuto dal PC il pannelloinvia un carattere di confermaper evitare così errori di trasmis-sione.

Il programma che funge dacompilatore secondo le specifi-che che vi ho indicato, ha adisposizione un byte per indi-care al pannello il comandoeseguire.

Concludo questo articolo spe-rando di aver stimolato la vostrafantasia fornendovi le idee e glistrumenti per realizzare il vostropannello a matrice di LED.

La funzione di lettura dellatemperaturaIl valore della temperatura vienefornita dal sensore che effettuala conversione in byte in manie-ra autonoma.Il valore processato dalla funzio-ne viene visualizzato tendoconto delle scelte del utente,che può tramite i primi due bitdel byte del comando indicarequante cifre decimale visualizza-re. L’utente può anche attivarela funzione che visualizza l’an-damento della temperaturache viene rilevata con i due ter-mostati all’interno dello stessosensore.

Le animazioniLe animazioni vengono rappre-sentate in memoria utilizzandocomplessivamente 24310 byte.

La struttura schematizzata nellafigura prevede un diversa ani-mazione ogni 2431byte questopermette all’applicazione diconoscere esattamente il puntodi ingresso della memoria dautilizzare alla richiesta di unadelle 10 animazioni.

L’algoritmo inizia decodificandoil primo byte che contiene ilnumero dei frame da utilizzatisui trenta disponibili. Caricandopoi di controllore in controllore iquattro caratteri personalizzaticon i byte letti che rappresenta-no lo stato dei LED per ogniriga. Ripetendo ottanta voltequesta operazione il programmaelabora l’ultimo byte del frameche rappresenta il ritardo chedeve intercorrere prima di cari-care il frame successivo.

HARDWARE

HARDWARE 45

Byte di richiesta RS232Bit 8 Bit 7 Bit 6 Bit 5 Bit 4 Bit 3 Bit 2 Bit 1

1 C2 C1 C0 0 0 0 0

ComandoCodice

C2 C1 C0Fine invio 1 0 1

Lettura ProgrammaCaricato 1 0 1

Scrittura programmacaricato 1 1 0

Gestione Opzioni 1 1 1

Gestione OpzioniCodice

F2 F1 F0Lettura Ora 0 0 0

Scrittura Ora 0 0 1Lettura Lingua 0 1 0

Scrittura Lingua 0 1 1Lettura Messaggi 1 0 0

Scrittura Messaggi 1 0 1- 1 1 0- 1 1 1

Schema 12: Comandi RS232

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AMPLIFICATORE AUDIOMONOFONICO VALVOLARECON VT52 – EL32

L’idea di costruire un simile cir-cuito mi è balenata per la testaquando in una sera di ottobrequando ho casual-mente rovistato nelcassetto dove tengotutti i tubi termoioniciin mio possesso, quan-do ad un certo puntomi è arrivata in manouna valvoletta con zoc-colo octal e cappucciometallico, bella, lucidae con scritta, per laverità a caratteri cubi-tali, VT52.Subito mi sono messo in motoper trovare le caratteristiche deltubo, anche perché di primoacchito qualche cosa non mi

quadrava per il verso giusto!Non mi sembrava affatto unaVT52, ovvero, quella deliziosa

valvolona, attempata signoradell’audio, blasonata e ricercatadagli audiofili.Infatti la VT52 è un bel triodo a

riscaldamento diretto, ossia ilcatodo è lo stesso filamentoriscaldante, per intenderci con-

cettualmente similealla mitica 300B. Lasigla me lo conferma-va, lo zoccolo octal eil cappuccio metalli-co, il tipo di bulbo invetro smentiva iltutto! Bella rogna.La VT52 utilizza unozoccolo 4 pin di cuidue più grossi per ilfilamento e non hacappuccio, la mia val-

vola ha zoccolo octal e cappuc-cio metallico… che fare?Internet come sempre vienesempre in aiuto, infatti, dopo

AMPLIFICATORE AUDIOMONOFONICO VALVOLARECON VT52 – EL32di Andrea Marani

[email protected]

Questo circuito vuole esse un ottimo inizio per tutti coloro che vorranno

cimentarsi nelle realizzazioni valvolari, essendo molto semplice, di sicura riuscita

e dal basso costo. La configurazione single-ended priva di controllo di reazione

è scelta da molti puristi in quanto elementare ma dalle ottime caratteristiche

sonore. Il circuito è capace, infatti, di erogare fino a 7 Watt RMS di puro suono

valvolare. Utilizzando due unità identiche, ognuna con il proprio alimentatore,

potremo realizzare un amplificatore stereofonico veramente eccezionale.

BASSA FREQUENZA48

BASSA FREQUENZA

BASSA FREQUENZA 49

alcune ricerche ho capito cheesistono ben due differentiVT52. La prima è un bel triodo ariscaldamento diretto, l’altra unpentodo di media potenza e deltutto compatibile con la cono-sciuta EL32.Scoperte le caratteristiche, rea-lizzare un amplificatore per que-sta valvola è stato proprio unpiacere. Questo tubo connesso

in single-ended eroga fino a 7Windistorti, però necessita diabbastanza birra in ingresso perdare il meglio.A questo punto ho realizzato un

preamplificatore parallelo conuna ECC83, utilizzando pin-to-pin in parallelo i due triodi inter-ni, poi ho iniettato tutto sullagriglia del pentodo di potenza.

Elenco componenti alimentatore

Sigla Valore

C1, C3 100 nF 400 V poliestere

C2, C4 100 uF 400 V elettrolitico verticale

C5, C7 100 nF 63 V ceramico

C6, C8 470 µF 25V elettrolitico verticale

D1÷D4 1N5408

D5÷D8 1N5401

D9 1N4004

IC1 7812

Z1 Impedenza 5 Henry 150 mA

F1 Fusibile 1 A

T1Trasformatore: primario 230V - secondario 6,3 V1,8 A (15 V 500 mA – 200 V 150 mA)

BASSA FREQUENZA

Figura 1: Vista delle due valvole VT52 e ECC83

Figura 2: Schema elettrico dell’alimentatore

BASSA FREQUENZA50

Ne viene un circuito semplice,poco costoso ma dalle interes-santi caratteristiche, sia elettrichesia sonore, che consiglio a voitutti. L’amplificatore si componedi due telai, uno dedicato all’ali-mentatore, l’altro alla unità diamplificazione di bassa frequen-za. Entrambi i contenitori sonostati recuperati da confezioni diprofumo con scatola in legno lac-cata, per entrambe le unità èstato allestito circuito stampatoper poter contenere e tenere unpoco in ordine tutti i componen-ti. I trasformatori di uscita e di ali-mentazione, come pure l’impe-denza di filtro, sono posti in vistasul contenitore. I trasformatorisono racchiusi in un barattolocromato anch’esso recuperato(conteneva un orologio).Le connessioni di uscita altopar-lante sono del tipo dorato comepure il pin RCA di ingresso

segnale. Le altre connessioni trale due unità sono realizzate concavo multipolare e connettori avite ad alto isolamento.

Caratteristiche tecnicheamplificatore:• Alimentazione anodica: 300 V

cc max. 120 mA.• Alimentazione filamento pilo-

ta: 12,6 Vdc 220 mA max.• Alimentazione filamento fina-

le: 6,3 V 1,5 A.• Sensibilità ingresso: 2,5 V eff.

/0 dB.• Potenza erogata al clipping 8

ohm: 6 W.• Banda passante: a seconda

del trasformatore di uscita.• Rapporto s/n: a seconda del

cablaggio e scelta componenti.

SCHEMA ELETTRICOALIMENTATORELo stadio di alimentazione pre-

vede l’utilizzo di un trasformato-re a più uscite, alimentato a rete230Vca. I secondari perciò saran-no 200V 160mA per la tensioneanodica, 6,3V 1,8A per alimenta-re il filamento del pentodo e 15V500mA per alimentare i filamen-ti della ECC83.La scheda di alimentazione adot-ta un ponte discreto a quattrodiodi per l’anodica, filtra la ten-sione tramite C1 e C2 quindi confiltro induttivo a pi greco (Z1) eC3, C4 rende la tensione esenteda ripple e ben pulita, prontaper alimentare gli anodi dellevalvole.La tensione di 6,3V per accende-re il filamento della valvola finalenon è raddrizzata mentre i 12,6Vper la ECC83 provengono da ali-mentatore stabilizzato in DC conponte di diodi (D4÷D8), con-densatori ed integrato regolato-re a 12,6Vcc. In questo caso ho

BASSA FREQUENZA

Figura 3: Schema elettrico dell’amplificatore

BASSA FREQUENZA 51

utilizzato un comune 7812 il cuiriferimento a massa è stato varia-to, con il diodo D9, a 0,6V posi-tivi. Il circuito non ha protezioni,timer e quant’altro perché dame ritenuti non opportuni inprogetti di questo tipo.La figura 2 mostra lo schemaelettrico dell’alimentatore chevoi potrete realizzare su basettastampata o volante come nelmio primo prototipo. Il trasfor-matore di alimentazione, l’impe-denza e uno o più condensatorielettrolitici potranno essere col-locati sopra il mobile, in bella

vista, per fare scena…Sul primario del trasformatore dialimentazione prevedete unfusibile ed un interruttore bipo-lare per poter spegnere l’appa-recchio.

SCHEMA ELETTRICOAMPLIFICATORELa figura 3 mostra lo stadioaudio del progetto che facil-mente svela ogni sua peculiaritàtra cui quella di utilizzare il dop-pio triodo ECC83 con le duesezioni in “brutale” parallelo,questo per incrementare la cor-

rente erogabile, pilotando almeglio il pentodo di uscita. Lapolarizzazione di catodo dellavalvola V1 è molto importantespecie in un circuito senza anel-lo di retroazione.I condensatori sulla linea positi-va bypassano eventuali disturbi,filtrano l’alimentazione e limita-no la corrente disponibile allavalvola V1. V2 opera a triodosingle ended ed in questo casonon necessita di tensioni negati-ve di griglia.Il trasformatore di uscita da 5,5KΩ di impedenza primaria hapotenza di 20W e non è di tipotoroidale. In uscita, secondo pre-ferenze, potrete avere 4 o 8 Ω.Il livello di ingresso è dosabilecon potenziometro del tipo ascatti della giapponese ALPS.Ricordate di effettuare il collega-mento di griglia di V2 tramite ilCAP o cappuccio metallico deltubo termoionico.

ISTRUZIONI DI MONTAGGIOMontate per primi tutti i com-ponenti elettronici sulle basettepredisposte, quindi alloggiateledentro la scatola in legno lacca-to e, tramite corti spezzoni diflio, collegate le valvole coi rela-tivi zoccoli alle basette, i trasfor-matori e l’impedenza, infine icondensatori più ingombanti.Controllate per bene l’isolamen-to tra i componenti, le saldaturee le connessioni a filo poi, quan-do sarete ben sicuri potrete daretensione, iniettare segnale iningresso, connettere un diffusoreed infine ruotare il potenziome-tro d’ingresso. La prova cosid-detta “ad orecchio” in questi casinon ha rivali per cui predispone-te tutto per il primo ascolto.

BASSA FREQUENZA

Elenco componenti amplificatore

Sigla Valore

P1 1 MΩ potenziometro logaritmico

R1 120 KΩ 1 W Allen Bradley 1%

R2 3,9 KΩ 2 W Allen Bradley 1%

R3 1 MΩ 1/2 W Allen Bradley 1%

R4 470 Ω 5 W Filo antiinduttiva 1%

R5 220 Ω 5 W Filo antiinduttiva 1%

R6 2,2 KΩ 10 W Filo antiinduttiva 1%

C1 47 µF 100 V elettrolitico verticale

C2 100 nF 250 V poliestere

C3 1 µF 450 V poliestere MKB VIMA


C5 100 nF 250V poliestere

C6, C7 22 µF 400 V elettrolitico verticale

C8, C9 100 nF 400 V poliestere


C11 100 nF 100 V poliestere

V1 ECC83

V2 VT52 / EL32

T1 Trasformatore: primario 5,5 KΩ / secondario 4-8 Ω 7 W.

BASSA FREQUENZA52

Se tutto ha funzionato a doverepotrete chiudere la scatola inlegno, in particolare il fondello.Non dimenticate di connetterela terra di rete elettrica o alnegativo generale oppure alcabinet metallico della scatola.

CONCLUSIONIQuesto impianto può egregia-

mente pilotare diffusori dipotenza media abbastanza effi-cienti quali i LOWTHER oppuealtri autocostruiti che vi presen-terò in un prossimo articolo.Io ho utilizzato scatole in legnolaccato recuperate da una con-fezione di profumi, ma con unpo’ di fantasia, sono sicuro nonvi manca, potrete dare a questo

amplificatore la forma esteticache più vi piace.

Un’ultima raccomandazione:attenti alle dita! La tensionepresente sul circuito qualoranon fosse mortale potrebbe disicuro essere molto fastidiosa.

Buon ascolto!

BASSA FREQUENZA

Figura 4: Circuito stampato in scala 1:1 (lato rame) dell’alimentatore

Figura 5: Piano di montaggio dell’alimentatore

BASSA FREQUENZA 53

BASSA FREQUENZA

Figura 6: Circuito stampato in scala 1:1 (lato rame) dell’amplificatore

Figura 7: Piano di montaggio dell’amplificatore

APPLICAZIONI CON LESMARTCARD A MEMORIA

RIPRENDIAMO LA NOSTRAPARTITA A CARTECosa ci siamo detti negli artico-li precedentiIn questo e nel successivo artico-lo, metteremo a frutto tutte leconoscenze acquisite nei primitre articoli del tutorial, in cuiabbiamo parlato dettagliatamen-te delle smartcard da un punto divista teorico, delle smartcard amemoria (in particolare leSLE4442) e delle smartcard amicroprocessore. Tutti i concettipresentati precedentementesaranno ripresi e, finalmente,concretizzati. Oltre alle discussio-ni teoriche, nell’articolo prece-dente abbiamo avuto l’occasione

di realizzare l’UniReader, un let-tore di smartcard universale,compatibile sia con le smartcarda memoria, sia con le smartcard amicroprocessore.Naturalmente, ci serviremo diquesto hardware nelle applica-zioni che mostreremo nel presen-te e nel successivo articolo.

Breve panoramica sulleSLE4442Nel seguito, svilupperemo dueapplicazioni per smartcardSLE4442, dettagliatamente ana-lizzate nella seconda parte diquesto tutorial. Sono applicazio-ni molto comuni per tali smart-card e cioè la gestione di un siste-

ma di fidelizzazione della cliente-la, per esempio di un negozio odi una catena di supermercati, elo sfruttamento automatico dellerisorse (docce in un campeggio)in base ai diritti degli utentimemorizzati nella smartcard.Prima di iniziare, però, facciamouna breve panoramica su questotipo di smartcard.La sigla SLE4442 indica un inte-grato per smartcard a memoriasviluppato inizialmente daSiemens. La sua diffusione sulmercato è stata così elevata daportare anche altri produttori disilicio, come Infineon e Philips, aprodurre integrati del tuttoequivalenti. Tali smartcard pos-

APPLICAZIONI CON LESMARTCARD A MEMORIA

SMARTCARDSMARTCARD

di Giuseppe Modugno

[email protected]

In questo articolo, riprendiamo tra le mani le smartcard a memoria,

in particolare le SLE4442, utilizzandole in due diverse applicazioni: carte di

fidelizzazione, con relativa gestione dei crediti e dei dati dei clienti e utilizzazione

automatica di risorse in base ai diritti dell’utente memorizzati nella carta.

In entrambi i casi, utilizzeremo UniReader, presentato nel precedente articolo di

questo tutorial, come lettore di smartcard: nel primo caso in modalità slave,

nel secondo caso in modalità stand-alone. Infine, proporremo alcune varianti per

migliorare le prestazioni del nostro sistema.

quinta parte

TUTORIAL54

TUTORIAL

TUTORIAL 55

TUTORIAL

sono essere trovate molto facil-mente a prezzi relativamentebassi: per grossi quantitativi, sipuò arrivare a spendere meno di1€ per carta, ma normalmentesi possono trovare a 3€ perpochi quantitativi.Le smartcard SLE4442 contengo-no tre zone di memoria: Main

Memory, Protection Memory e

Security Memory. La MainMemory è una EEPROM di 256byte, riservata ai dati specificidell’applicazione (numero diserie, numero e dati del cliente,crediti, ecc). I primi 32 byte pos-sono essere protetti singolarmen-te e permanentemente da scrit-ture successive: la mappa dei datiprotetti si trova nella ProtectionMemory, una memoria di 32 bit.Il meccanismo di protezione èirreversibile. Una smartcardSLE4442 vergine può avere giàalcuni byte protetti da scrittura(tra cui l’ATR, che occupa i primiquattro byte della MainMemory), per cui non è dettoche si abbiano a disposizione 256byte per la propria applicazione(comunque non saranno menodi 256-32=224 byte). Il contenu-to della Main Memory e dellaProtection Memory è protettosolo in scrittura, mentre puòessere letto liberamente in qual-siasi momento, utilizzando uncomune lettore. La protezione dascrittura avviene tramite laSecurity Memory, un’altra zonadi memoria di 4 byte che contie-ne il PSC (3 byte), simile ad unPIN ed un Error Counter (1 byte).Per poter scrivere nelle tre zonedi memoria, è necessario inserireil corretto PSC. Si hanno a dispo-sizione tre tentativi consecutivi,memorizzati nell’Error Counter.

Dopo tre tentativi consecutivi diinserimento errato del PSC, lasmartcard diventa una ROM atutti gli effetti, cioè non sarà piùpossibile scrivere in alcuna zonadi memoria.Rimando il lettore alla secondaparte del tutorial per maggioridettagli sul funzionamento diqueste carte.

SVILUPPO DI UN FIRMWAREGENERICO PER UNIREADERPrima di creare le nostre applica-zioni in base alle nostre esigenze(o assecondando la nostra fanta-sia), vediamo come utilizzareUniReader per gestire, tramitePC, una SLE4442 a basso livello.Per fare questo, ho scritto unfirmware generico che aspettaindefinitamente dei comandidalla seriale, eseguendoli di voltain volta. I comandi hanno unacorrispondenza “uno a uno” coni sette comandi della smartcardSLE4442: READ MAIN MEMORY,

READ PROTECTION MEMORY,

READ SECURITY MEMORY, WRITE

MAIN MEMORY, WRITE PROTEC-

TION MEMORY, WRITE SECURITY

MEMORY, COMPARE VERIFICA-

TION DATA.

Per rendere l’utilizzo ancora piùsemplice, anche per coloro chenon digeriscono bene la pro-grammazione su PC, ho pensatodi utilizzare delle stringhe dicaratteri ASCII per i comandi datrasmettere e per le risposte pro-venienti da UniReader. In questomodo, è possibile utilizzare unqualsiasi software di emulazioneterminale per gestire la comuni-cazione con la smartcard, senzadover scrivere o installare softwa-re aggiuntivi. Come moltisapranno, un software di emula-

zione terminale è già presentenel sistema operativo Windows esi chiama Hyperterminal: se nondoveste averlo (normalmente sitrova in Start > Programmi >Accessori > Comunicazioni) pote-te installarlo successivamentedal CD di Windows. Nel seguitofaremo riferimento adHyperterminal, ma tenete pre-sente che potete utilizzare unqualsiasi altro software di emula-zione terminale. Il protocolloseriale utilizzato è del tipo19200bps, 8 bit di dati, 1 bit distop, nessun bit di parità e nes-sun controllo di flusso (consulta-te l’articolo precedente per i det-tagli sulla configurazione diHyperterminal per il corretto fun-zionamento con UniReader).All’accensione di UniReader, ilfirmware inizializza la portaUSART e il multiplexer per gesti-re correttamente le carte sincro-ne (il clock da fornire alla smart-card proviene direttamente dalmicrocontrollore), trasmette suseriale un messaggio iniziale edun prompt (“>“) ed aspettaindefinitamente un comandodalla seriale.Ogni carattere inviato dal PCall’UniReader viene ritrasmessodall’UniReader verso il PC (echo):in questo modo è possibile visua-lizzare quello che viene scrittosulla tastiera senza abilitareimpostazioni particolari dell’e-mulatore terminale. Ognicomando termina con il caratte-re di ritorno carrello che è possi-bile trasmettere premendo iltasto Invio sulla tastiera.A questo punto, non vi rimanealtro che scaricare dal sito di FareElettronica il firmwareUniReader_SLE4442 e program-

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TUTORIAL

mare il microcontrollorePIC16F628 (come al solito, oltreall’eseguibile troverete il sorgen-te in C che potrete studiare emodificare a vostro piacimento).

Interfaccia testualeCollegate l’UniReader al PC,inserite una SLE4442 nel letto-re, eseguite e configurateHyperterminal su PC e alimen-tate l’UniReader. Il lettore sipresenta con un numero di ver-sione (vedi figura 1) ed aspettaun comando tra quelli elencatiin tabella 1.Inserite normalmente i comandimediante tastiera direttamente

nella finestra di Hyperterminal,rispettando le maiuscole e le minu-

scole. I parametri possono indica-re un indirizzo di memoria (aa)oppure dei dati (dd), entrambispecificati in esadecimale con let-tere maiuscole; se il numero esa-decimale è ad una cifra, è neces-sario farlo precedere dallo zero inmodo che il parametro occupisempre due caratteri. Ognicomando va terminato con iltasto Invio (“↵“). Purtroppo ilfirmware gestisce il prompt e icomandi ricevuti in manieramolto semplice, quindi non èpossibile utilizzare i tasti per l’edi-tazione (cancellazione dei carat-

teri, frecce, ecc.), per cui digitateattentamente i vari comandi sullatastiera. Se sbagliate, potete pre-mere la combinazione di tastiCTRL+Z per annullare il coman-do ed iniziarne uno nuovo.Il comando “R” è l’unico chenon abbia un corrispettivo fraquelli della SLE4442: ad essocorrisponde una condizione direset e la risposta della carta atale evento (ATR) viene letta daUniReader e trasmessa tramiteseriale. Prima di utilizzare unaqualsiasi smartcard, è necessariosempre generare una condizio-ne di reset e verificare che l’ATRcorrisponda a quello delleSLE4442 (A2 13 10 91).Il comando “rm” (READ MAINMEMORY) accetta un parametroche identifica un indirizzo (0-255). Tale comando legge il con-tenuto della Main Memory a par-tire dall’indirizzo specificato finoalla fine della memoria (indirizzo255). Per leggere l’intero conte-nuto della Main Memory è possi-bile usare il comando “rm00↵“.Il comando “rp” (READ PROTEC-TION MEMORY), senza parame-tri, legge il contenuto dellaProtection Memory (32 bit),visualizzandolo sotto forma di bita partire dal meno significativo,associato all’indirizzo 00 dellaMain Memory.Allo stesso modo, il comando“rs” (READ SECURITY MEMORY),senza alcun parametro, leggel’intero contenuto della SecurityMemory (4 byte) e cioè, insequenza, l’Error Counter (1byte) e il PSC (3 byte).In figura 2 è mostrata la scher-mata di Hyperterminal dopo l’e-secuzione del comando di Reset(“R↵“) e dei comandi di lettura

Figura 1: Schermata di Hyperterminal all’accensione di UniReader

Comando Comando SLE4442 Parametri

R - -

rm READ MAIN MEMORY aa

rs READ SECURITY MEMORY -

rp READ PROTECTION MEMORY -

wm WRITE MAIN MEMORY aadd

wp WRITE PROTECTION MEMORY aadd

ws WRITE SECURITY MEMORY aadd

c COMPARE VERIFICATION DATA aadd

Tabella 1: Elenco dei comandi disponibili per la gestione di una SLE444

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TUTORIAL

(“rm00↵“, “rp↵“, “rs↵“) su unaSLE4442 vergine. Come si puònotare, l’ATR della carta è A2 1310 91, tipico di queste smart-card. Il contenuto dellaProtection Memory indica che,anche per una carta vergine,alcuni byte (precisamente 12)sono già protetti in scrittura, tracui i primi quattro byte che con-tengono l’ATR.La Security Memory indica che cisono ancora 3 tentativi (07) perl’inserimento del PSC e che que-st’ultimo viene letto come 00 0000 poiché non è ancora statoinserito correttamente. Infine, ilcontenuto della Main Memory cimostra come tutti i byte, dopo iprimi 32, valgono FF che è ilvalore che si ottiene dopo la can-cellazione di una locazione dimemoria.I comandi di scrittura “wm”(WRITE MAIN MEMORY), “wp”(WRITE PROTECTION MEMORY)e “ws” (WRITE SECURITYMEMORY) necessitano di dueparametri, un indirizzo ed undato. Nel caso dei comandi“wm” e “ws”, l’indirizzo indica ilbyte da modificare ed il dato rap-presenta il nuovo valore da scri-

vere. Invece, il comando “wp”protegge un byte della MainMemory da ulteriori scritture:l’indirizzo rappresenta il byte daproteggere (0÷31) e il dato l’at-tuale contenuto di questo byte.Se il dato specificato è diverso dalcontenuto effettivo di quel byte,il comando viene interrotto equel byte non viene protetto.Naturalmente, affinché questicomandi abbiano successo, ènecessario aver inserito prece-dentemente il corretto PSC.Il comando “c” (COMPARE VERI-FICATION DATA) permette diinserire il PSC per abilitare icomandi di scrittura. Il PSC è for-mato da tre byte memorizzatinella Security Memory a partiredall’indirizzo 1. Sono necessari,quindi, tre comandi “c” in cui ilparametro dell’indirizzo vale suc-cessivamente 01, 02 e 03 ed ildato rappresenta il byte del PSCda verificare. Per esempio, sup-ponendo che il PSC sia 5A873F(in esadecimale), saranno neces-sari i comandi “c015A↵“,“c0287↵“ e “c033F↵“ per inseri-re correttamente il PSC. È neces-sario ricordarsi di azzerare alme-no un bit dell’Error Counter (byte

di indirizzo 00 della SecurityMemory) prima dei tre comandi“c” (per maggiori informazioni siveda la seconda parte di questotutorial).In figura 3 è mostrata la sequen-za dei comandi necessari perinserire correttamente il PSC inuna carta vergine (in questo casoil PSC vale FF FF FF).Si controlla il numero dei tentati-vi a disposizione (“rs↵“), si scriveun bit dell’Error Counter(“ws0003↵“), si trasmettono i trecomandi di inserimento del PSC(“c01FF↵“, “c02FF↵“ e“c03FF↵“), si scrivono nuova-mente tutti i bit dell’ErrorCounter (“ws0007↵“), infine sicontrolla che l’ultimo comandoabbia avuto esito positivo, cioèl’Error Counter valga 07 (“rs↵“).Se è stato inserito un PSC errato(o la sequenza dei comandi èdiversa), l’Error Counter sarebberimasto al valore 03, con l’ovviaconseguenza di aver diminuito ilnumero dei tentativi rimasti.Dopo tre tentativi errati, la cartanon può essere più modificata.Come si può osservare, il primocomando di lettura della SecurityMemory non ci permette di leg-

Figura 2: Schermata di Hyperterminal dopo il comando di Reset ed icomandi di lettura.

Figura 3: Sequenza dei comandi per l’inserimento del PSC in unacarta SLE4442 vergine.

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TUTORIAL

gere il valore corretto del PSCpoiché non è ancora stato inseri-to: in questo caso viene lettocome 00 00 00, anche se il suovalore è un altro. L’ultimocomando di lettura della SecurityMemory, invece, ci permette dileggere chiaramente anche ilPSC, poiché è stato appena inse-rito correttamente.

Interfaccia graficaPer evitare di utilizzare l’emula-tore di terminale e il meccani-smo dei comandi ASCII, ho pre-parato un programma in VisualBasic che gestisce le carteSLE4442 mediante una interfac-cia grafica più intuitiva e sempli-ce da usare, rimanendo semprea “basso livello”. Potete scarica-re sia il sorgente in Visual Basic(SLE4442_src.zip), sia il file diinstallazione del programma(SLE4442_setup.zip). In figura 4è mostrata la finestra del pro-gramma attraverso la qualepotete scegliere la porta seriale acui è collegato l’UniReader,resettare la carta visualizzandol’ATR e trasmettere i settecomandi mediante gli apposititasti. Dopo aver cliccato sul tasto“Reset” e successivamente suitutti i tasti “Leggi”, ho ottenutoil risultato mostrato sempre infigura 4 su una smartcard vergi-ne. Naturalmente i risultati sonogli stessi ottenuti mediante l’e-mulatore di terminale (mostratiin figura 2), ma organizzati grafi-camente in modo più intuitivo.Per rendere un po’ più semplicel’inserimento del PSC, cliccandosul tasto “PSC” sarà sufficienteinserire l’intero codice di 3 byte(sempre in esadecimale) ed auto-maticamente il software invierà i

tre comandi COMPARE VERIFI-CATION DATA. Come al solito,dovete ricordarvi di cancellarealmeno un bit dell’Error Counterprima di inviare i comandi di veri-fica PSC.Il programma SLE4442 non èstato realizzato con lo scopo diessere utilizzato in un’applicazio-ne finale, poiché gestisce lesmartcard a basso livello,mediante i singoli comandi previ-sti dal chip. Nel seguito, a secon-da dell’applicazione, sarà realiz-zato un programma ad hocmolto più semplice da gestireanche per coloro che non sannoquasi nulla delle carte SLE4442.

CARTA FEDELTÁUna tipica applicazione in cuivengono usate le memory card èsicuramente la “carta fedeltà” deiclienti, per esempio di un super-mercato. Una smartcard amemoria è facile “da portare die-tro” nel portafogli e permette diconservare dei dati, tra cui, peresempio, il numero dei punti che

il cliente ha accumulato (even-tualmente, per il ritiro di un pre-mio o per uno sconto). In questocaso, è necessario che solo il per-sonale autorizzato del supermer-cato possa modificare il numerodei punti memorizzati nella carta,mentre l’operazione deve essereimpossibile al cliente per evitareche possa aumentarsi il creditoimpropriamente. Le smartcardSLE4442 rispondono a questorequisito in quanto sono protettein scrittura mediante il meccani-smo del PSC. E’ sufficiente chesolo il personale del supermerca-to (in realtà, il software in suopossesso) conosca il correttocodice senza divulgarlo. Nellapeggiore delle ipotesi, il clienteche abbia letto il nostro tutorial eabbia realizzato il nostroUniReader, potrà solo leggere ilcontenuto della carta, quindi ilproprio credito, ma non potràmodificarlo. Se cercherà di inseri-re un PSC casuale, dopo tre ten-tativi la carta sarà automatica-mente bloccata.

Figura 4: Schermata del programma SLE4442 dopo la lettura di tutte le zone di memoria di unasmartcard vergine.

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TUTORIAL

Per questa applicazione, suppo-niamo che il personale che gesti-sce i punti della carta fedeltàabbia a disposizione un PC ed ilnostro lettore UniReader. Sarànecessario realizzare un appositofirmware per il lettore ed un soft-ware per PC.

Il firmwareCome firmware dell’UniReaderper questa applicazione, possia-mo tranquillamente utilizzarequello generico per carte SLE4442descritto precedentemente(UniReader_SLE4442.hex). Comesi è potuto vedere, questo firm-ware aspetta un qualsiasi coman-do SLE4442 dalla seriale e lo ese-gue immediatamente. In questaapplicazione, sarà il software suPC che avrà il compito di inviaregli opportuni comandi al lettoreper eseguire le varie operazioni adalto livello: aumento del credito,cancellazione del credito, creazio-ne nuova carta fedeltà, ecc.

Il softwareIl software Gestione Carte,

scritto in Visual Basic, può esserescaricato dal sito di FareElettronica sia in formato sor-gente (GestioneCarte_src.zip)sia in formato eseguibile(GestioneCarte_setup.zip).La schermata principale del pro-gramma è mostrata in figura 5.Utilizzando le linguette Gestione,

Nuova Carta, Impostazioni è pos-sibile accedere a tre differentischermate nelle quali si può,rispettivamente, modificare ilcontenuto delle carte (punti edati del cliente), inizializzare unasmartcard SLE4442, modificarele impostazioni del software.Nella schermata Impostazioni,visualizzata in figura 6, è possibi-le scegliere la porta seriale allaquale è collegato il lettore, ilPSC scelto per le carte delnostro circuito, il PSC di defaultdelle smartcard SLE4442 vergi-ni. Ricordo che il PSC deve esse-re tenuto segreto, soprattuttonon divulgato ai nostri clientiche potrebbero modificare aloro piacimento i punti memo-rizzati sulla carta. Le impostazio-

ni vengono salvate nel file diconfigurazione “config.dat” ecaricate automaticamente all’av-vio del programma.La schermata relativa alla linguet-ta Nuova Carta (figura 7) permet-te di inizializzare una smartcardSLE4442 vergine per la nostraapplicazione. Nella MainMemory della carta vengonomemorizzati un numero associa-to al cliente (da 0 a 9999), il suoCognome (massimo 20 caratteri)ed il suo Nome (massimo 20caratteri).Cliccando sul tasto Crea, il soft-ware inserisce il PSC di default,cambia il suo valore in quello uti-lizzato nella nostra applicazione(scelto nella schermata delleimpostazioni) e memorizza i tredati Numero Cliente, Cognomee Nome. Il Numero Cliente èmemorizzato come stringa di 4caratteri ASCII a partire dall’indi-rizzo 20; il Cognome è memoriz-zato come stringa di 20 caratteria partire dall’indirizzo 24 (se ilcognome occupa meno spazio,vengono aggiunti dei caratteri

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nulli); il Nome è memorizzatocome stringa di 20 caratteri apartire dall’indirizzo 38 (stessacosa del Cognome se il datooccupa meno di 20 caratteri).Tutti gli indirizzi sono indicati inesadecimale. Nella MainMemory viene anche memoriz-zato un numero di Punti nullocome stringa di 4 caratteri ASCII,a partire dall’indirizzo 4C. Comeper il numero cliente, anche ilnumero dei punti deve esserecompreso tra 0 e 9999. Per mag-giore sicurezza, all’indirizzo FFdella Main Memory vienememorizzata una checksum inmodo tale che la somma binaria(XOR) di tutti i byte (dall’indiriz-zo 00 all’indirizzo FF) sia nulla.L’ultima schermata (figura 5),chiamata Gestione, è quella cheviene normalmente usata dalpersonale del supermercato.Mediante questa schermata èpossibile modificare i puntimemorizzati in una smartcardprecedentemente inizializzata. Èsufficiente inserire la smartcard inUniReader e cliccare sul tastoAggiorna per rileggere il contenu-to della carta: se la carta inseritaè valida, cioè se la checksum

risulta corretta, vengono letti iquattro dati (Numero Cliente,Cognome, Nome, Punti) e visua-lizzati. E’ possibile modificare ipunti memorizzati utilizzando itasti + per incrementare, - perdecrementare, > per reimpostaree Azzera per azzerare. E’ anchepossibile modificare i dati delcliente (numero, cognome enome) cliccando sul tastoModifica.In figura 8 è mostrato il contenu-to della Main Memory di unaSLE4442 utilizzata nella nostraapplicazione. Si può notare comei byte dall’indirizzo 20 all’indiriz-zo 4F sono occupati dai dati delnostro cliente e la checksum èmemorizzata all’indirizzo FF evale A6.I più bravi potranno leggere ilcontenuto di questa MainMemory e capire chi è il clientedel supermercato a cui appartie-ne questa carta e quanti puntiegli ha.

Alcuni miglioramentiFaccio notare che tutti i dati rela-tivi ad un cliente sono memoriz-zati esclusivamente nella suasmartcard, quindi è possibile rea-

lizzare ed utilizzare contempora-neamente più UniReader sudiversi computer, in ognuno deiquali è in esecuzione il software“Gestione Carte”.Il software può essere utilizzatocosì com’è in applicazioni reali,ma consiglio a tutti di testarlo perle proprie esigenze. In altre paro-le, non posso dare garanzie cheesso sia privo di bachi. Per questomotivo, fornisco anche il sorgen-te in Visual Basic che potetemodificare a piacimento.Il sistema che ho descritto èmolto semplice ed ha avuto l’o-biettivo di mostrare la flessibilitàdel lettore UniReader e la sempli-cità di utilizzo delle smartcardSLE4442, ma non vuole essereassolutamente una soluzionefinale. Numerosi sono i migliora-menti che è possibile fare.Per esempio, potete creare undatabase di clienti sul vostrocomputer ogni volta che createuna nuova carta.È possibile memorizzare altridati relativi al cliente oltre alCognome e Nome (indirizzo,data creazione, ultimo acquisto,ecc).Infine, potete creare un mecca-

Figura 5: Schermata principale del software Carta Fedeltà. Figura 6: Schermata delle Impostazioni del software “Carta Fedeltà”.

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nismo per rendere segreto il PSCutilizzato nella vostra applicazio-ne anche al personale che useràil software. Infatti, l’operatorepuò cliccare sulla linguetta“Impostazioni” e leggere il PSCutilizzato, oppure leggerlo diret-tamente nel file config.dat. Perevitare ciò, è possibile memoriz-zare il PSC in forma criptata nelfile config.dat e obbligare l’ope-ratore ad inserire il PSC utilizza-to prima di passare nella scher-mata Impostazioni.

CAMPEGGIONella precedente applicazioneabbiamo usato il nostro lettore dismartcard UniReader come slavedi un PC, tramite il collegamentoseriale. La flessibilità di UniReaderci permette di utilizzarlo anche inmodalità stand-alone, uno deivantaggi derivanti dall’avere unmicrocontrollore a bordo chepuò gestire le situazioni piùdiverse.In questo esempio, supponiamodi dover installare un sistema didocce in un campeggio. Ognicliente ha un certo numero dicrediti che corrisponde al nume-ro di docce che può effettuare,per esempio in funzione dei gior-ni di permanenza. Se il cliente ha

bisogno di più utilizzazioni, puòpagare un certo quantitativo perfarsi aumentare i crediti in qual-siasi momento.Come per la situazione prece-dente, anche in questo caso lesmartcard SLE4442 rispondonoai requisiti di facile trasportabilità,memorizzazione non volatile diuna manciata di byte, robustez-za, ecc. Ad ogni nuovo clientepossiamo fornire una smartcardin cui memorizziamo un certonumero di crediti iniziale, peresempio uno al giorno. Il clientepotrà usare la carta per abilitarel’erogazione dell’acqua calda perun certo periodo, decrementan-do automaticamente il credito diuna unità.Per fare questo è ovviamentenecessario realizzare una versio-ne leggermente diversa delUniReader presentato nel prece-dente articolo, in quanto sarànecessario fissare il circuito amuro, completamente chiuso, aparte la fessura per l’inserimentodella carta.Naturalmente dovrebbero essereprese delle precauzioni per evita-re che l’acqua o l’umidità, sicura-mente presenti in questi luoghi,possano creare problemi (corto-circuiti o altro). Infine, il nostro

prototipo di UniReader non pre-vede alcun utilizzatore vero eproprio, ma semplicemente unled pilotato direttamente dalmicrocontrollore. In questoesempio, il led acceso rappresen-terà l’erogazione dell’acqua abili-tata, il led spento rappresenteràl’erogazione disabilitata. Nel casoreale, probabilmente sarà neces-sario pilotare un relè anziché unled e, magari, aggiungere un dis-play per eventuali messaggi,come il numero di crediti rimastisulla scheda. Tutto sommato, lafilosofia dell’UniReader rimane lastessa.Ricapitolando, avremo un lettoreper ogni risorsa (doccia) inscato-lato e fissato a muro, program-mato con un firmware ben preci-so (descritto nel successivo para-grafo). Inoltre, ci sarà un postocentrale, per esempio in direzio-ne, in cui è presente un PC colle-gato alla nostra versione origina-le dell’UniReader.L’operatore, utilizzando lo stessosoftware sviluppato per la prece-dente applicazione (GestioneCarte) potrà modificare i datimemorizzati nella carta, tra cui ilnumero dei crediti (precedente-mente chiamati punti) in funzio-ne della somma pagata, dei gior-

Figura 7: Schermata “Nuova Carta” relativa al software “Gestione Carte” Figura 8: Contenuto della Main Memory di una “Carta Fedeltà”

ni di permanenza o altro.Ci rimane da sviluppare, quindi,soltanto il firmware per i lettoriche comandano direttamente ledocce.

Il firmwarePer abilitare l’erogazione dell’ac-qua, il cliente dovrà semplice-mente inserire la sua carta nel let-tore associato. Il microcontrollorea bordo dell’UnIReader si accor-ge automaticamente dell’inseri-mento di una carta tramite lalinea SC_DETECT (vedere loschema elettrico sul numero pre-cedente) e controlla la validitàdei dati memorizzati (pratica-mente l’ATR e la checksum).Successivamente controlla ilnumero dei crediti e, se è mag-giore di zero, inserisce il PSC scel-to per il nostro sistema, decre-menta di una unità il credito eabilita l’erogazione (accende illed, nel nostro prototipo) per uncerto periodo di tempo.Potete scaricare l’archivio com-presso UniReader_campeggio.zip

dal sito di Fare Elettronica, in cuiè presente il file eseguibile(UniReader_campeggio.hex) perla programmazione del dispositi-vo e il sorgente del firmware

(UniReader_campeggio.c) chepotete modificare a vostro piaci-mento. Provate ad inizializzare unanuova carta con il software“Gestione Carte” su PC ed il firm-ware UniReader_SLE4442.hexper l’UniReader, aggiungendoalmeno un credito. Quindi pro-grammate l’UniReader con ilfirmware UniReader_campeg-gio.hex ed inserite la carta. Setutto è andato bene, il led pilota-to dal microcontrollore si accen-derà per qualche secondo a testi-monianza dell’abilitazione dell’e-rogazione. Nel frattempo, il cre-dito sarà decrementato di unaunità. L’erogazione, cioè l’accen-sione del led, sarà abilitata per unnumero di volte pari al creditomemorizzato inizialmente nellacarta.Naturalmente la versione stand-alone dell’UniReader deve cono-scere il PSC utilizzato per poterdecrementare il numero dei cre-diti ad ogni utilizzazione. Per que-sto, il firmware UniReader_cam-peggio memorizza tale PSC, inmodo non volatile, all’internodella EEPROM del PIC16F628.All’accensione, il microcontrollorelegge il PSC dalla EEPROM ed è

già operativo (ciò è molto como-do in caso di black-out). Per cam-biare il PSC, o memorizzarlo perla prima volta, è sufficiente colle-gare il lettore ad un PC medianteRS232, eseguire Hyperterminalcon la solita configurazione e pre-mere ESC.L’UniReader ascolta continua-mente la seriale e, in presenza deltasto ESC, passa nella modalità di“Inserimento PSC”. Sempremediante Hyperterminal, poteteinserire i 6 caratteri esadecimaliche formano il nuovo codice chevolete utilizzare. L’UniReaderlegge questo nuovo codice e lomemorizza nella EEPROM. Setutto è avvenuto senza errori,UniReader vi risponderà con“OK” (vedi figura 9).

Alcuni miglioramentiIl sistema di gestione delle doccepuò essere migliorato sotto moltiaspetti. Per esempio, la carta cheforniamo al cliente può essereutilizzata anche per altri scopi.Può essere utilizzata per l’ingres-so autorizzato in certe aree delcampeggio (piscina, ecc) oppureper memorizzare i punti fatti intornei interni. E’ possibile memo-rizzare la data di fine permanen-

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Figura 10: Contenuto di una Carta Fedeltà “criptata” con gli stessi dati della fig. 8Figura 9: Inserimento di un nuovo PSC nell’applicazione campeggio

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za nella struttura e controllareche sia posteriore alla data attua-le (per evitare che carte nonesaurite possano passare da uncliente che parte ad un clienteche arriva).Molto interessante sarebbe poterconfigurare, da un unico punto(per esempio dalla direzione),tutti gli UniReader abilitati, peresempio per modificare il PSCutilizzato. Poiché il nostro lettoreha una interfaccia seriale, è possi-bile creare una rete RS485 a duefili unidirezionale di tipo punto-multipunto. Dalla direzione,mediante un opportuno hardwa-re (convertitore RS232-RS485), èpossibile trasmettere il comandodi impostazione PSC ai vari nodidella rete che verranno configu-rati contemporaneamente senzala necessità di doverli configurareuno dopo l’altro mediante unportatile, con un enorme vantag-gio in termini di tempo.Naturalmente, si possono com-prare delle smartcard SLE4442vergini prestampate con il sim-bolo del campeggio: il sistemaviene recepito dal cliente inmodo più professionale e l’im-magine della struttura ne traegiovamento.

VARIANTI SUL TEMACome si è potuto vedere, il letto-re di smartcard UniReader, cheabbiamo proposto nel preceden-te articolo, si presta molto bene afunzionare in modalità slave(connesso ad un PC) e stand-alone (autonomamente). In que-sto articolo abbiamo preso inconsiderazione le smartcard amemoria SLE4442 in cui è possi-bile proteggere i dati in scritturamediante il codice segreto PSC.

In situazioni più delicate, però,questo grado di sicurezzapotrebbe non essere accettabilee bisognerebbe utilizzare sistemidi autenticazione più complessi erobusti, sicuramente più costosi.In quest’ultima parte dell’artico-lo, prendo in considerazionealcuni aspetti “deboli” delleSLE4442, mostrando come sipossa, con un po’ di fantasia,migliorarli.

Proteggere i dati anchein letturaCome si è detto più volte in que-sto tutorial, le smartcardSLE4442 sono protette soltantoin scrittura ma non in lettura. Inaltre parole, il cliente del nostrosupermercato (o del nostro cam-peggio) potrebbe inserire la cartache gli abbiamo dato (o che hatrovato o derubato) in un suo let-tore di smartcard e potrebbe leg-gere, senza difficoltà alcuna, ilcontenuto della Main Memory.Con un po’ di fortuna ed intuito,potrebbe capire dove e in qualeformato sono memorizzati i dati,quindi risalire al numero delcliente, al cognome, al nome edai punti del proprietario dellacarta. In molte situazioni questonon crea grossi problemi, soprat-tutto se i campi Cognome,Nome e Numero Cliente nonsono utilizzati. In altre situazioni,però, la lettura non protetta deidati potrebbe essere un proble-ma. Prima di valutare e passare asoluzioni più complesse e costo-ste (per esempio, altri tipi dismartcard) possiamo rendere lalettura non autorizzata dei dati,se non impossibile, almeno piùdifficile. In questo caso, ci vienein aiuto la crittografia, la tecnica

che ci permette di trasformareuna stringa di byte chiaramenteleggibile (e interpretabile), in unastringa di byte difficilmente com-prensibile.In figura 8 è mostrato il contenu-to della memoria di una smart-card utilizzata in una nostraapplicazione ed ho già sfidato illettore a risalire ai dati memoriz-zati. Chiunque abbia una tabellaASCII a portata di mano potreb-be risalire al cliente, al suo codiceed ai suoi punti, in quanto i datisono stati memorizzati “in chia-ro”, cioè in modo facilmentecomprensibile.Per rendere la lettura più difficile,possiamo pensare di codificare idati mediante un algoritmo crit-tografico, scelto dall’ampia lette-ratura o inventato da noi stessi.In questo caso, se l’algoritmodeve essere eseguito direttamen-te dal microcontrollore del letto-re, sarà necessario evitare opera-zioni troppo complesse, a pattodi non passare a microcontrolloripiù evoluti e performanti. Nelcaso sia possibile far eseguire l’al-goritmo di cifratura direttamentesu un computer, ci si può sbiz-zarrire molto di più, cercandosistemi molto complessi e difficilida decifrare.Per esempio, gli stessi datimemorizzati nella carta di figura8, sono stati codificati (anche semolto debolmente) e memoriz-zati in una carta il cui contenutoè mostrato in figura 10. Comepotete osservare, ora non è piùfacile risalire ai dati in chiaro e leoperazioni di lettura sono piùcomplicate (anche se nonimpossibili). Complicando il soft-ware/firmware siamo riusciti arendere le SLE4442 protette

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anche in scrittura, senza aumen-tare i costi del sistema.

Cambiare il PSC ad ogni usoIl PSC è l’unico codice che ci per-mette di proteggere la carta daoperazioni non autorizzate discrittura. Come si è detto, è uncodice a 3 byte, quindi è possibi-le scegliere una combinazione tra224=16.777.216. Se immaginia-mo di provare ogni secondo unacombinazione diversa, potrem-mo impiegare anche 200 giornicirca di lavoro ininterrotto pertrovare il PSC corretto. In realtà,l’operazione è resa molto piùcomplicata dal fatto che, su unasingola scheda, è possibile inseri-re un PSC errato non più di 3volte, dopo le quali la carta siblocca definitivamente. Tenendopresente ciò, all’intrusore potreb-bero servire anche più di5.000.000 di smartcard per tro-vare il PSC corretto (oltre ad unaumento del tempo necessariodovuto al cambio della carta nellettore).Il meccanismo del PSC sembraessere molto sicuro ma, in alcu-ni casi, potrebbe risultare unaprotezione debole. Infatti, quan-do un lettore di SLE4442 invia icomandi per l’inserimento delPSC trasmette quest’ultimo inchiaro. Se la postazione non èpresidiata e l’intrusore ha la pos-sibilità di sondare le linee I/O eCLK, potrebbe risalire ai coman-di di comparazione PSC (COM-PARE VERIFICATION DATA) e,con un po’ di pazienza, al codi-ce corretto.Per rinforzare queste debolezzeintrinseche delle carte SLE4442,è possibile memorizzare, diretta-mente nella Main Memory, il

PSC. In questo modo il lettore,per conoscere il PSC della carta,dovrà prima leggerlo diretta-mente dalla Main Memory. Ilvantaggio è che, con questomeccanismo, è possibile modi-ficare il PSC in modo casuale adogni utilizzo della scheda. Sel’intrusore legge il PSC, son-dando le linee I/O e CLK, nonpotrà comunque utilizzarlo poi-ché è stato cambiato durante lasessione.Lo svantaggio di questo mecca-nismo è che il PSC è facilmenteleggibile poiché memorizzatonella Main Memory, ma difficil-mente l’intrusore sa che abbiamoutilizzato questo metodo o riescea capire in quale posizione dellamemoria abbiamo memorizzatoil codice (potrebbe tranquilla-mente confonderlo con i dati).Inoltre l’operazione è ancora piùcomplicata se utilizziamo algorit-mi crittografici per nascondere ilPSC prima di memorizzarlo.

Memorizzare solo un codiceclienteUltimo trucco che è possibileadottare per rendere ancora piùsicuro il nostro sistema è quellodi memorizzare nella carta sol-

tanto un codice cliente. Tutto ilresto (nome, cognome, crediti,punti, ecc.) viene conservato inun database centrale e non sullacarta. In questo modo, ognivolta che si vuole utilizzare lacarta, verrà letto il codice clien-te e verranno modificati i dati(per esempio, i punti) diretta-mente nel database, senzamodificare il contenuto dellacarta. Il cliente furbo che riescea trovare il PSC e a scrivere lacarta, potrà al massimo modifi-

care il codice cliente, ma nonsaprà mai quale scegliere peraumentare il proprio credito o ipropri punti, poiché le informa-zioni sono memorizzate segre-tamente nel nostro databasecentrale.Questo metodo può essereattuato molto semplicementequando è presente un solo let-tore di smartcard collegato adun PC. Il tutto si complica se nelnostro sistema il lettore funzio-na in modalità stand-aloneoppure se ci sono diversi lettoridi smartcard dislocati in diversipunti, poiché bisogna prevede-re una connessione al serverdove risiede il database clienti.

STANCHI DI GIOCARE?Le applicazioni in cui possiamoutilizzare le SLE4442 sono vera-mente tante e limitate solo dallafantasia del progettista. In que-sto articolo ho solo accennato adue possibili applicazionidell’UniReader come lettore dicarte SLE4442 in funzionamentostand-alone e slave di PC.

Cosa ci aspetta nel prossimoarticoloNel prossimo articolo incontrere-mo finalmente le smartcard amicroprocessore (smartcard asin-crone) in applicazioni pratiche.La più semplice e diffusa smart-card a microprocessore è sicura-mente la SIM dei cellulari GSMche tutti noi abbiamo.

Nel prossimo articolo, verràdescritta la struttura dei datimemorizzati nelle SIM e verràutilizzato l’UniReader per legge-re/scrivere la rubrica e gli SMSmemorizzati nella scheda.

Nella rapida evoluzione dell’elet-tronica, gli apparecchi che fun-zionano “a commutazione” ocon tecnica “switching” stannosoppiantando quelli basati sullatecnica “lineare”. I vantaggi dellatecnica “switching” sono eviden-ti: risparmio di energia (e questonon guasta se vogliamo proteg-gere l’ambiente), circuiti che svi-luppano poco calore, hannominore ingombro e minor costo. Sostanzialmente i dispositivi dipotenza utilizzati vengono fattifunzionare alternativamentecome interruttori aperti e comeinterruttori chiusi. In queste duecondizioni “estreme” i dispositivi

di potenza dissipano poca ener-gia e perciò riscaldano poco.Esistono due tipi di modulazioneper pilotare i dispositivi di poten-za: PWM e PFM, di cui la prima èlargamente più utilizzata (vedi

l’approfondimento).Il circuito che segue regola laluminosità di una lampada utiliz-zando la modulazione PWM. Lalampada viene alimentata adimpulsi, la cui durata viene

Questo articolo tratta di un semplice regolatore di luminosità basato

sulla tecnica PWM (Pulse Width Modulation) ovvero sulla Modulazione della

Larghezza dell’Impulso. Il circuito è stato concepito per fini didattici, per far

comprendere l’utilizzazione dei dispositivi di potenza (transistor, SCR, TRIAC)

ad allievi che hanno avuto solo esperienze di elettrotecnica e di impianti elettrici.

PRATICAMENTE66

di Antonio Cecere

[email protected]

PRATICAMENTE

PRATICAMENTE...

ALLA SCOPERTADELLA PWM:REGOLATORE

DI LUMINOSITA’

PRATICAMENTE...

ALLA SCOPERTADELLA PWM:REGOLATORE

DI LUMINOSITA’

Figura 1: Schema di principio

ruttore aperto.Se ad esempio colleghiamo leprime 5 uscite del CD4017edescludiamo le ultime 5, avremoche il transistor di potenza saràpilotato da un’onda quadra dellafrequenza di 100 Hz che permetà periodo sarà a livello 1 eper metà periodo a livello 0.Variando il numero delle uscitedel contatore collegate in ingres-so al circuito OR possiamo otte-nere una “modulazione della lar-ghezza dell’impulso” su 10diversi valori. Ogni uscita delcontatore contribuirà alla condu-zione del dispositivo di potenzaper un decimo del periodo.

SCHEMA DEL CIRCUITOIl circuito riportato nella fig. 2 èalimentato a 12 V, essendo que-sta tensione adatta ai due circuiti

modulata “visualmente” attra-verso una serie di dip-switch.

SCHEMA DI PRINCIPIOIl circuito è basato su un classicooscillatore ad onda quadra realiz-zato con ”l’evergreen” NE555.L’oscillatore presenta in uscitaun’onda quadra a frequenza dicirca 1000 Hz. Questo segnaleviene inviato all’entrata di uncontatore digitale a 10 uscite deltipo CD4017. Una sola delledieci uscite del contatore presen-ta il livello logico 1 (mentre lealtre restano a livello 0). Ad ogniimpulso che arriva in ingresso alcontatore, il livello logico 1 sisposta via via dall’uscita denomi-nata “0” a quella denominata“9”, per poi ritornare a quella“0” e ripetere il ciclo all’infinito.Con frequenza di ingresso di

1000 Hz, ogni singola uscita delcontatore si porta a livello 1 per100 volte al secondo e quindipossiamo prelevarci un segnale afrequenza di 100 Hz.Tutte le uscite vengono fatteconfluire al dispositivo di poten-za (un transistor BJT) attraversoun circuito OR “cablato” consemplici diodi. In questo casopoiché c’è sempre una uscita alivello 1, il dispositivo di potenzaavrà sempre in ingresso unsegnale di comando che lo ren-derà equivalente ad un interrut-tore chiuso. Se però una o piùuscite del contatore non vengo-no inviate al circuito OR, esclu-dendole con dei dip-switch,nella sequenza temporale dicomando ci saranno dei “vuoti”che renderanno il dispositivo dipotenza equivalente ad un inter-

PRATICAMENTE

PRATICAMENTE 67

Figura 2: Schema elettrico del circuito PWM

PRATICAMENTE

PRATICAMENTE68

Elenco componenti

Sigla Valore

R1, R2,R3

10 KΩ 1/4 W

R4 150 Ω 1/2 W

D1÷D10 1N4148

D11 1N4007

C1100 µF 25 Velettrolitico

C247 nF 100 Vceramico

IC1 NE555

IC2 CD4017

T1 BC337

T2 TIP41

SW1Dip-switch a 10posizioni

L Lampada 5W 12V

Figura 3: Circuito stampato scala 1:1 (lato rame)

Figura 4: Piano di montaggio

CHE COS’È IL DUTY-CYCLE?In un’onda quadra che assume alternativamente il livello alto per un tempo ton ed un livello basso perun tempo toff, si definisce duty-cycle δ il rapporto tra ton e ed il periodo dell’onda T = ton + toff

δ = ton / T = ton/(ton + toff)

Se Vi è la tensione in ingresso ad un modulatore PWM, avremo in uscita una tensione media Vm chedipende dal duty-cycle secondo la relazione:

Vm = Vi * δ

Nel nostro circuito variando il numero di dip-switch su ON si varia il duty-cycle da 0 a 1.

Figura 7: Onda quadra con i tempi che determinano il duty-cycle

un voltmetro.1a prova: visualizzare su uncanale dell’oscilloscopio il segna-le presente sulla base di T1(BC337) e confrontarlo con quel-lo sull’emettitore. Si potrà osser-vare che i due segnali sonomolto simili e questo conferma laproprietà del montaggio a collet-tore comune.2a prova: osservare le variazionidel segnale di comando deltransistor di potenza (da preleva-re dall’emettitore di T1) mentresi portano su posizione ON i dip-switch sequenzialmente dalnumero 1 al numero 10.Vedremo un’onda quadra in cuila durata del livello alto aumentaa scapito di quella del livellobasso. L’onda quadra visualizzata

integrati.La frequenza dell’onda quadra inuscita dal piedino 3 dell’NE555 èdeterminata dai valori di R1, R2 eC2 (f = 1,44 / (R1+ 2 * R2)*C2.

La logica OR a 10 ingressi vienerealizzata con i diodi da D1 aD10. Ogni ingresso della logicaOR è escludibile con il dip-switchche segue ognuno dei diodi.L’uscita della logica OR nonviene inviata direttamente al BJTdi potenzaT2 (un TIP41), maattraverso un transistor di pilo-taggio T1 (“driver”), un BC337montato a collettore comune,cioè con prelievo del segnale diuscita sull’emettitore.Il segnale di uscita del driver inquesto caso è amplificato incorrente e non in tensione, edinoltre non opera modifiche dellivello logico. Il segnale rinfor-zato in corrente può pilotareora il transistor di potenza inmodo da portarlo ad una sicura“saturazione”.Il transistor di potenza T2 hacome carico sul suo collettoreuna lampada a 12 Volt, che puòessere una semplice lampada perpresepi da 5W oppure una lam-pada a siluro per auto. Comecarico si può anche utilizzare unmotore in c.c. di cui si intendevariare la velocità. Per protegge-re il transistor T2 dalle extraten-sioni prodotte dall’induttanzadel motore è stato previsto ildiodo D11 montato in “antipa-rallelo” cioè con catodo sul posi-tivo di alimentazione.Con tutti i dip-switch in posizio-ne OFF la lampada appariràspenta. Portiamo su ON il dip-switch n. 1 e poi sequenzialmen-te tutti gli altri. Più sono i dip-

switch in posizione ON e più altasarà il livello di luminosità dellalampada. Chiaramente con tutti idip-switch in posizione ON lalampada avrà la massima lumi-nosità, uguale a quella cheavremmo collegandola diretta-mente all’alimentazione.Con il circuito proposto si posso-no ottenere solo 10 livelli di lumi-nosità. Si potrebbe modificare ilcircuito per avere una risoluzionedi 100 o di 1000 livelli, ma neverrebbero penalizzate la sempli-cità circuitale e l’immediatezzadella comprensione.

REALIZZAZIONE E PROVEVARIEIl circuito è semplice ed è di facilerealizzazione anche per chi ha unminimo di esperienza. La figura 5mostra una foto del circuito rea-lizzato. Non ci sono regolazionida fare; in caso di malfunziona-mento è sufficiente controllare ladisposizione dei componenti, lepiste e le saldature.

Per la comprensione del funzio-namento ci si può aiutare con unoscilloscopio a due canali e con

PRATICAMENTE

PRATICAMENTE 69

Figura 6: Corrispondenza tra posizione deidip-switch e forma d’onda

Figura 5: Foto del circuito

dall’oscilloscopio “corrisponde”visualmente alla posizione deidip-switch (vedi fig. 6)3a prova: visualizzare la formad’onda della tensione ai capidella lampada (massa del punta-le sul collettore di T2 e sonda sulpositivo di alimentazione) eosservare la variazione dellaluminosità man mano cheaumenta la durata del livelloalto.4a prova: mettere tutti i dip-switch su ON e misurare con unvoltmetro la tensione Vce traemettitore e collettore di T2. Latensione Vce risulta inferiore a0,5 Volt ed il transistor si dice

“saturato”; il “complemento” a12 Volt lo si può misurare ai capidella lampada. La tensione Vcenon raggiunge mai il valorezero, come ci si aspetterebbe daun interruttore chiuso ideale.5a prova: mettere tutti dip-switch su OFF e verificare su T2che Vce è uguale a 12 V. Infattinon essendo presente alcuncomando in base, T2 si com-porta come un interruttoreaperto. Il carico non sarà attra-versato da nessuna corrente e latensione che si misura ai suoicapi sarà di zero volt. Pertantola tensione Vce “complementa-re” sarà di 12 V.

DOMANDE1) Qual è la potenza massimadel carico?Con il transistor in elenco si con-siglia di non superare i 20 W, maè possibile utilizzare transistoradatti a correnti maggiori (adesempio il TIP35). Per i carichi fino a 20 W, il trans-istor di potenza non ha bisognodi aletta di raffreddamento.

2) Cosa succede se la frequen-za in uscita dall’NE555 non è di1000 Hz?Non c’è nessun problema se lafrequenza si discosta anche gros-solanamente da questo valore.Se però la frequenza scende al disotto di 300 Hz, la lampadacomincia a lampeggiare.Avremmo realizzato un lampeg-giatore, ma non è questo loscopo del circuito!Nella regolazione PWM, il perio-do degli impulsi (inverso dellafrequenza) deve essere inferioreall’inerzia del carico; nel casodella nostra lampada l’inerzia èdovuta alle caratteristiche del fila-mento.

3) Cosa succede se i dip-switchnon vengono portati su ONuno dopo l’altro in ordine cre-scente?La forma d’onda in uscita dal cir-cuito OR diventa irregolare e nonè possibile definirne la frequenza.La luminosità risulta comunqueproporzionale al numero dei dip-switch su ON.

4) Perché un transistor chelavora in commutazione dissipameno energia di un transistorche lavora in zona lineare?Ai più bravi l’ardua risposta.

PRATICAMENTE

PRATICAMENTE70

PWM E PFMNella modulazione PWM (Pulse Width Modulation) il periodo e lafrequenza restano costanti, mentre varia il tempo ton a scapito di toff.Nella modulazione PFM (Pulse Frequency Modulation) il tempo tonresta costante, mentre variano periodo e frequenza.

Figura 8: Nella modulazione PWM è costante il periodo,nella modulazione PFM è costante il tempo ton

Imparare a progettare...Imparare a progettare...

Esistono molti libri di testo per imparare l’elettronica,ma spesso, dopo le prime pagine, le formule, le tabelle,i valori, sembrano divenire qualcosa di incomprensibile.

Per questo motivo Fare Elettronica ha pensato di presentareil nuovo corso a puntate di elettronica analogica: “ELETTRONICANDO”.

Senza la pretesa di rimpiazzare i libri di testo, “ELETTRONICANDO” presenta i principaliargomenti di elettronica analogica in modo semplice e pratico, affinché siano comprensibilida tutti. Se poi pensi di non avere gli strumenti di misura per provare i circuiti…niente paura, “ELETTRONICANDO” ti insegnerà ad usare i simulatori softwareper verificare i risultati teorici.

PRIMA PARTE: (FE-235)1. Introduzione2. Un po’ di storia3. Gli strumenti necessari

SECONDA PARTE (FE-236)4. Materiali conduttori,

semiconduttori ed isolanti5. I circuiti elettrici6. Componenti dei circuiti elettrici:

dispositivi passivi ed attivi7. I generatori elettrici8. Il resistore9. Il condensatore10. L’ induttore

TERZA PARTE (FE-237)11. Semplici circuiti con resistori12. Carica e scarica di un

condensatore13. Cenni ai filtri passivi e relative

risposte in frequenza (comeleggere un diagramma di Bode)

QUARTA PARTE (FE-238)14. Il semiconduttore intrinseco15. Il semiconduttore estrinseco:

drogaggio di tipo p ed n16. La giunzione pn17. Polarizzazione della giunzione pn

18. La caratteristicatensione-corrente del diodo pn

QUINTA PARTE (FE-239)19. Un semplice circuito col diodo

pn: il rettificatore20. Il diodo zener21. Il regolatore a diodo zener22. Cenni ad altri tipi di diodi

(varicap, LED, Schottky)

SESTA PARTE (FE-240)23. Il transistor bipolare (struttura,

caratteristiche e zone difunzionamento)

24. Amplificatori con bjt: basecomune, collettore comune edemettore comune.

SETTIMA PARTE (FE-241/242)25. Cenni al MOSFET

(struttura, caratteristiche e tipi)26. Cenni al JFET

(struttura, caratteristiche e tipi)

OTTAVA PARTE (FE-241/242)27. Amplificatore operazionale

(caratteristiche e parametri tipici)28. Configurazione invertente e non

invertente29. Inseguitore di tensione

NONA PARTE (FE-243)30. Circuiti con amplificatori

operazionali: convertitorecorrente tensione

31. Circuiti con amplificatorioperazionali:Stabilizzatore di tensione

32. Circuiti con amplificatorioperazionali: amplificatoredifferenziale

DECIMA PARTE (FE-244)33. Timer 555: struttura e

caratteristiche34. Configurazione astabile35. Configurazione monostabile

UNDICESIMA PARTE (FE-245)36. Circuiti in reazione37. Oscillatore a ponte di Wien38. Oscillatore a rete di sfasamento

DODICESIMA PARTE (FE-246)39. Gli strumenti di misura:

il multimetro40. Gli strumenti di misura:

l’oscilloscopio41. Tabelle varie (codice colori, valori

commerciali dei resistori, ecc.)42. Pin-out dei più comuni circuiti

integrati (555, operazionali, filtri, ecc.)

INDICE DELLE USCITE

…progettando!…progettando!

Pe

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on

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ess

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a p

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tata

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l c

ors

o,

abbonati subit

o!

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ess

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tata

de

l c

ors

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abbonati subit

o!

ALCUNE DELLE DATE INDICATE POTREBBERO SUBIRE VARIAZIONI

Le fiere e mostre mercatodi OttobreLe fiere e mostre mercatodi Ottobre

2004

LUOGO: Capannone Tecnobeton Zona Industriale

Monopoli (BA)

ORARI: 9.00/13.00,16.00/20.00

ORGANIZZATORE: ARI Bari (080.5482374)

INGRESSO: n.d.

23-24 Ottobre 2004

MERCATINO DEL RADIOAMATORE

Smau 2004 si svolgerà dal 21 al 25 ottobre a Fiera Milano e avrà come filo conduttore la convergenza: trale reti, i servizi e le applicazioni. La manifestazione, che è la seconda al mondo nel settore hi-tech per nume-

ro di visitatori e metri quadrati di esposizione (nel 2003 380.000 visitatori e 80.000 metri quadrati), sarà strutturata in tre grandi set-tori di riferimento - business, consumer, e government e servizi al cittadino -, ospiterà anche Smau ILP, la più grande kermesse divideogiochi in Europa, Smau Shop e Smau Book Shop, dove sarà possibile acquistare i prodotti esposti nella parte fieristica e libri.

LUOGO: Fiera di Milano (MI)

ORARI: 10.00/19.00

ORGANIZZATORE: SMAU (www.smau.it)

INGRESSO: € 10,00 (gratuito con invito operatore)

21-25 Ottobre 2004

SMAU 2004

Da molti anni l’elettronica è entrata a far parte del nostro quotidiano, non solo inambito professionale ma anche fra le mura di casa: dagli elettrodomestici ai giochidei bambini, dagli antifurto alla Tv satellitare.

Expo Elettronica a Faenza propone una vasta panoramica sia sull'elettronica di consumo sia su quella rivolta ad un pubblico piùesperto. Attrazioni: sala pose, mercatino dei privati. Settori commerciali: elettronica, computer, radiantismo, telefonia, radio d'epoca,fotografia, collezionismo. Espositori: 150.

LUOGO: Centro Fieristico Provinciale - Faenza (RA)ORARI: 9.00/18.00ORGANIZZATORE: Blu Nautilus srl (www.blunautilus.it)

INGRESSO: Intero € 7,00 - ridotto € 6,00

16-17 Ottobre 2004

EXPO ELETTRONICA FAENZA

LUOGO: Zona Industriale Tito Scalo (PZ)

ORARI: n.d.

ORGANIZZATORE: EFAB srl (www.efab.it – Tel. 0971/485348)

INGRESSO: n.d.

09-10 Ottobre 2004

FIERA DEL RADIOAMATORE

LUOGO: Centro Fieristico di Scandiano (RE)

ORARI: n.d.

ORGANIZZATORE: Comune di Scandiano

(http://www.fierascandiano.it)

INGRESSO: n.d.

23-24 Ottobre 2004

MOSTRA DELL’ELETTRONICA

CONCORSO DELL'INVENTORE ELETTRICO-ELETTRONICO

Il 4 e 5 dicembre a Forlì, nell’ambito della Grande Fiera dell’Elettronica, ritorna uno degli appuntamenti più attesi e curiosi, quellocon il CONCORSO DELL'INVENTORE ELETTRICO-ELETTRONICO che quest’anno giunge alla decima edizione.Il concorso è aperto a tutti; chiunque ritenga di avere avuto un’intuizione innovativa ed inedita, in ambito elettro-elettronico, puòfare domanda di partecipazione.

L’iscrizione e la partecipazione al CONCORSO DELL'INVENTO-RE ELETTRICO-ELETTRONICO sono completamente gratuite; leinvenzioni proposte saranno esaminate da una giuria di espertiche decreterà il vincitore dell’edizione 2004.Il primo premio consiste in un oscilloscopio e tutti i partecipantiriceveranno una targa ricordo dell’evento.

Ma al di là dei premi, comunque sempre graditi, il CONCORSODELL'INVENTORE ELETTRICO-ELETTRONICO è un’occasioneunica per mostrare le proprie invenzioni al grande pubblico.La Grande Fiera dell’Elettronica è una vetrina straordinaria, conoltre 20.000 visitatori; un pubblico molto interessato a ideenuove apparecchiature: si pensi che varie invenzioni presentatea Forlì sono state acquistate da importanti aziende, oppure gli

stessi inventori le hanno messe "sul mercato" con successo.Chi fosse interessato a partecipare deve fare domanda a Blu Nautilus, indi-cando i propri dati, una breve descrizione dell’invenzione presentata al concorso e eventuale documentazione fotografica. Il proget-to rimarrà di proprietà dell’inventore.

Sul sito www.blunautilus.it è possibile scaricare il modulo di ammissione al concorso.

Per informazioni: Blu Nautilus srl Tel. 0541.439573E-mail: [email protected]

06-07 Novembre 2004

FIERA ABC DELL’ELETTRONICA

La Fiera A.B.C. dell'Elettronica si svolge due volte all'anno, in primavera ed in autunno. Oltre alle merceo-logie "tradizionali" proposte da questo tipo di manifestazioni, quali computer, elettronica in genere,radiantismo, telefonia, surplus... nonché radio d'epoca, dischi e CD da collezione.Inoltre l'A.B.C. dell'Elettronica propone, in primavera, il Salone dell'Astronomia e Photo Cine video, conmacchine ed attrezzature per la fotografia , mentre in autunno i protagonisti sono i radioamatori grazieal CB Day, a loro dedicato.

Certamente non mancano i buoni motivi per andare a dare un'occhiata; ci saranno buoni affari sia per gli esperti sia per i neofiti! LaFiera A.B.C. dell'Elettronica appartiene al circuito Expo Elettronica.

LUOGO: Lario Fiere – Viale Resegone – Erba (CO)

ORARI: 9.00/18.00

ORGANIZZATORE: Blu Nautilus

(www.blunautilus.it)

INGRESSO: € 7,00 - ridotto € 6,00

AGGIUNGIAMO UNA EEPROMED UN CONVERTITORE A/D

La parte più difficile del nostroprogetto è già passata e biso-gna ammettere che di difficilenon c’era molto.Probabilmente, il problemamaggiore per alcuni sarà statola saldatura dei componenti amontaggio superficiale che, inogni caso, con un po’ dipazienza, supponiamo chenon sia stata un’impresaimpossibile, anche senza l’at-trezzatura adatta. Anche l’istal-lazione del software dovrebbeessere risultata semplicissimase avete seguito attentamentetutte le istruzioni. Adesso vitrovate a disposizione un siste-ma professionale e molto ver-satile che vi permette di utiliz-

zare il vostro computer comeun potente strumento di misu-ra e controllo. Per ora vi abbia-mo mostrato come acquisireuna temperatura da uno o piùdispositivi DS18S20 ma comericorderete, potete connettereal vostro sistema 1-Wire fino a300 slaves e senza dover ripro-grammare nulla. Aggiungiamoquindi altri dispositivi e vedia-mo quanto sia semplice con-netterli ed utilizzarli.Starà poi a voi, scegliere o“scovare” il dispositivo adattoalle vostre esigenze e collegar-lo al bus 1-Wire attraverso gliormai noti, unici due fili esenza bisogno di alimentarenulla.

AGGIUNGIAMO LA MEMORIAEEPROMIl bus 1-Wire non serve a gestiresolo sensori ma anche altri tipi didispositivi come memorie, inter-ruttori a stato solido (Switches) epotenziometri digitali, per farealcuni esempi. Per iniziare viproponiamo la memoriaEEPROM (Electrically Erasable

Programmable Read-Only

Memory) DS2433, un dispositivoin grado di immagazzinare datifino ad una capacità di 4096 bitse in grado di essere riscrittonumerose volte. Queste memo-rie sono “non-volatili”, chesignifica che anche se vengonosconnesse dal bus e cioè privatedi alimentazione, i dati memo-

AGGIUNGIAMO UNA EEPROMED UN CONVERTITORE A/D

SISTEMA DI MISURA 1-WIRE SISTEMA DI MISURA 1-WIRE

di Nicola Ulivieri ([email protected]) e Luca Tondi ([email protected])

Nelle puntate precedenti abbiamo realizzato l’interfaccia USB per gestire il

sistema 1-Wire con il PC, costituita in pratica dal solo integrato DS2490,

abbiamo istallato e preso confidenza con il software (gratuito) di gestione del

sistema e abbiamo utilizzato il primo dispositivo “slave”: il termometro

DS18S20. Ricordandovi che i dispositivi 1-Wire sono di tipo Plug&Play, vengono

cioè riconosciuti automaticamente dal sistema, vi mostriamo questo mese

quanto sia semplice aggiungere altri dispositivi al sistema realizzato utilizzando

come esempi un quadruplo convertitore A/D ed una memoria EEPROM.

HARDWARE74

HARDWARE

terza parte

zato anche in condizioni ope-rative difficili, risultando idea-le per conservare importantiinformazioni sui dispositivi aiquali è associato. Questa èproprio la funzione che rico-pre nello standard 1451.4,dove viene utilizzato per con-servare i dati relativi alla cali-brazione di un generico sen-sore analogico.

Il diagramma a blocchi in figura2, mostra le relazioni tra le prin-cipali sezioni di controllo ememoria del DS2433: la ROMcon il numero identificativo oindirizzo, lo Scratchpad di 256bits e la EEPROM a 4096 bits. IlDS2433 accetta 6 comandidiversi (ROM Function

Commands): Read ROM, MatchROM, Search ROM, Skip ROM,Overdrive-Skip ROM eOvedrive-Match ROM. Per noitutte queste funzioni sarannocompletamente trasparenti inquanto implementate dalOneWireViewer, (visto nella pun-tata precedente) semplicementecon un click.

Schema elettrico per laEEPROM (…si fa per dire)In figura 1 è mostrato il disposi-

rizzati non vengono perduti.Anche questo dispositivo, cometutti gli slaves 1-Wire, nonrichiede alimentazione e vieneconnesso al bus tramite due solifili, sebbene il chip presenti 8piedini (figura 1).

Tale tecnologia permette infattidi ridurre il controllo, l’indirizza-mento, i dati e l’alimentazionead un solo pin di comunicazio-ne. Queste memorie presentanoun certo interesse in quantovengono utilizzate per memoriz-zare i dati dei “sensori intelligen-ti” (vedere “I sensori intelligenti -

seconda parte” sul N°222 di FareElettronica), il cosiddetto TEDSo data-sheet elettronico, cheviene definito dall’emendamen-to IEEE1451.4, che è statoapprovato come standardrecentemente. Dal sito della rivi-sta potete anche scaricare ildata-sheet del DS2433, delquale leggiamo altre caratteristi-che, alcune delle quali comuni atutti i dispositivi 1-Wire (vedere“Il bus 1-Wire” sul N°224 di FareElettronica):

• Numero identificativo di 64bit (64-bit lasered ROM) chefornisce un’identità unica assi-curando che non esistano dis-positivi uguali sul bus.Ricordiamo che tale numeroidentificativo è composto da8 bit che indicano il codicedella famiglia a cui appartieneil dispositivo (es: la memoriaDS2433 appartiene alla fami-glia 23h, dove la h indica cheil valore è espresso in esadeci-male), 48 bit (=6 bytes) cherappresentano il numeroseriale proprio del dispositivo

e gli ultimi 8 bit contenenti ilCRC (Cyclic Redundancy

Check) per il test di correttalettura.

• La memoria di 4096 bits èpartizionata in 16 pagine i256 bits. È inoltre presente loScratchpad, una pagina ulte-riore che serve come memo-ria tampone (buffer) per lascrittura e lettura dallamemoria.

• Può essere connesso diretta-mente ad una singola portaI/O di un microprocessore ecomunicare con velocità di16.3kbps (migliaia di bit persecondo) oppure anche di142 kbps (in Overdrive Mode).Il microprocessore può esseresia il master che abbiamo rea-lizzato sia un comunissimoPICmicro® che implementa ilprotocollo 1-Wire. Sul sitodella Dallas/Maxim trovateanche il codice per utilizzareun PIC come Master 1-Wire.

• Infine vediamo che le opera-zioni di lettura e scrittura sonopossibili in un ampio range ditensioni che vanno da 2.8V a6V con la temperatura chepuò variare da -40°C a 85°C.Un dispositivo interessantequindi, che può essere utiliz-

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Figura 1: Il dispositivo DS2433 (memoria EEPROM) e la sua piedinatura

tivo DS2433 in versione SMD(Surface Mounting Device), cioè amontaggio superficiale, con larelativa piedinatura. Salta subitoagli occhi che ben sei degli ottopiedini non devono essere con-nessi. Pur avendo ormai capitoche i dispositivi 1-Wire necessi-tano di due sole connessioni,questo fatto suscita sempre unacerta perplessità. Anche lo sche-ma elettrico per l’utilizzo delDS2433, riportato in figura 3,risulta piuttosto curioso: nessunaltro componente è presente nelcircuito se non la memoria stes-sa e i due connettori.Questo ribadisce e sottolinea lecaratteristiche di semplicità diimplementazione di un sistema1-Wire, nonché della sofistica-tezza di tali dispositivi. Il secon-do connettore è stato inclusoper permettere la connessionein cascata (multidrop) di altrislaves.

Se siete stati in grado di realizza-re l’adattatore USB/1-Wire, que-sto “circuito”, che richiede solopoche saldature di componentiSMD, non può certo darvi alcunproblema (figura 6). Per il colle-gamento verso il master, utiliz-zate i cavi e le connessioni che viabbiamo descritto nei numeriprecedenti.

Software e test (…non dob-biamo davvero programmarenulla?)Come promesso, l’utilizzo diquesta memoria non richiederànessun intervento sul software.Sarà sufficiente connetterlaall’adattatore USB/1-Wire(anche in cascata ai termometriDS18S20 già visti, figura 7),

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Figura 2: Diagramma a blocchi del DS2433

Figura 4: Layout del circuito che ospita lamemoria EEPROM DS2433

Figura 5: Schema di montaggio dei dispositiviper il circuito relativo alla memoriaEEPROM DS2433

Figura 3: Schema elettrico del circuito per la connessione della memoria EEPROM DS2433

espressi in formato esadecimale.Sempre in questa finestra sonoriportate alcune caratteristichespecifiche della memoria 2433,come ad esempio la possibilitàdi riscrivere numerose volte idati (visto che è di tipoEEPROM) messo in evidenzadalla nota “IS WRITE-ONCE?

FALSE”, o la possibilità di utiliz-zare la memoria sia per opera-zioni di lettura che di scrittura“IS READ-WRITE? TRUE” e così

avviare il OneWireViewer edecco che nello schermo delvostro computer sarà visualizza-ta la finestra di gestione delsistema, dove i dispositivi con-nessi all’interfaccia USB-1WIREsono indicati nella parte sinistradella finestra (figura 8).

Nel nostro esempio sono ovvia-mente il termometro(xxxxxxxxxx DS1920) e lamemoria (xxxxxxxxxx DS1973),dove xxxxxxxxxx rappresental’indirizzo di 64 bits espresso inesadecimale (quindi 16 cifre)dei dispositivi. Notate le ultimedue cifre che corrispondono allafamiglia, 23 per la memoria e10 per il termometro. Nellaparte destra della finestra note-rete che nessun dispositivo èstato selezionato; utilizzando il

mouse, selezionate la memoria,e vedrete comparire nel riqua-dro grande la descrizione relati-va a questo componente (figura8). In particolare, le informazio-ni riportate sono quelle relativeal suo indirizzo, il nomeDS2433 e una breve descrizionedel dispositivo.Premendo sul TAB denominatoMemory (all’estremità superioredel riquadro principale), vienevisualizzata una diversa finestra(come potete osservare nellafigura 9) dove si possono legge-re e modificare i dati contenutisia nello Scratchpad sia quellidella Memoria principale (Main

Memory).

Quest’ultima è organizzata in 16pagine (Page0÷Page15) ciascu-na delle quali è di 256 bit,

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HARDWARE 77

Figura 6: La memoria EEPROM DS2433montata sulla scheda

Elenco componenti per il circuito della EEPROM DS2433

Sigla Valore Package

U1 DS2433 memoria EEPROM 4Kb 8/SO.208

J1, J2 Presa RJ-11 SMT per circuito stampato(6 contatti)

via. Per modificare un datomemorizzato in una delle 16pagine è sufficiente cliccare sulla

cifra esadecimale d’interesse,evidenziarla e scrivere il nuovovalore in esadecimale.

Premendo su “CommitChanges”, (in basso a destra) lamemoria sarà aggiornata assu-mendo il nuovo valore. Adessoanalizziamo l’ultimo “TAB”,quello contraddistinto dalla siglaFile, che abbiamo riportato nellafigura 10, visualizzato in questocaso come finestra separata(premendo sulla barra del menùprincipale “view” > “show tab innew window”).L’interfaccia che ci viene messaa disposizione consente di gesti-re la memoria organizzandola invarie directory e sottodirectory(come normalmente si fa per lagestione dei dati sull’hard-diskdel computer).Vediamo un esempio applicativodi scrittura nella memoria.Iniziamo con il creare una nuovadirectory che chiameremo“DIR1”; per far questo si deveselezionare la cartella principale,premere il tasto “create newdirectory” e digitare il nome chesi vuole assegnare a quella car-tella (che può essere al massimodi 4 caratteri) nella finestra checompare al centro dello scher-mo. La directory creata occupa28 bytes ed è indicata sull’inter-faccia OneWireViewer comeriportato nella figura 11.

Utilizzando una procedura simi-le creiamo un file (che chiame-remo banalmente “file”) all’in-terno di questa cartella; per farquesto selezionare “DIR1”, pre-mere su “create new file” e digi-tare il nome del file (sempre 4 icaratteri ammessi). L’estensionedel file è rappresentata da unnumero che aumenta in modoprogressivo (per esempio“file.0”, “file.1” e così via) se

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Figura 7: Esempio di connessione multidrop del termometro DS18S20 e memoria DS2433

Figura 8: Esempio della schermata del OneWireViewer quando è selezionato il dispositivo DS2433

Figura 9: Schermata di visualizzazione del contenuto della memoria diviso in 16 pagine

essere eseguita o in formato“esadecimale” o in “ASCII” tra-mite un apposito TAB riportatonella finestra. Selezionando que-st’ultima modalità di visualizza-zione, possiamo scrivere nel“file.0” dei dati tramite caratterialfanumerici (al massimo 28caratteri).Per memorizzare la stringa dicaratteri digitata (ad esempio“comprare fare elettronica224”) è sufficiente premere“Write File” (in basso). In talcaso i caratteri utilizzati sono 29,quindi la stringa sarà tagliata el’ultimo carattere (“4”) elimina-to, come riportato in figura 13.

Per evitare di perdere informa-zione è possibile eseguire il “resi-

ze” del file (mediante l’appositotasto in basso a destra). In que-sto modo si può estendere lacapacità del file ad una capienzadi 56 caratteri (è possibile sce-gliere la dimensione del file solocome multiplo di 28), e quindi sipuò scrivere una stringa piùlunga (figura 14).

Questo programma consenteanche di copiare il testo di unfile e salvarlo in un altro, sempli-cemente mediante “copia-incol-la” della stringa desiderata. Conle procedure descritte è possibi-le creare altre cartelle, sottocar-telle e file a piacere; l’unico vin-colo è quello di non superare lamassima capacità della memo-ria, ovvero 4096 bits.

ED ORA (DULCIS IN FUNDO)IL CONVERTITORE A/DQuesto dispositivo (figura 15) èsenz’altro uno dei più interes-santi che si possono aggiungere

non viene diversamente specifi-cata dall’utente. Il file generatonon viene visualizzato automati-camente; per visionarlo è neces-sario cliccare sul cerchietto asinistra della cartella “DIR1”.Selezionando ora “file.0” e pre-

mendo il tasto “Read File” (inbasso) è possibile visualizzare ilcontenuto di questo file (figura12), che per ora ovviamente èvuoto (tutti 0).

La visualizzazione dei dati può

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Figura 10: Finestra per la gestione della memoria con i file commands

Figura 11: Creazione di una directory

al nostro bus in quanto ci con-sente di trasformare un genericosegnale di tensione in un valorenumerico che possiamo acquisi-re ed elaborare con il PC.Questo componente può accet-tare segnali di ingresso variabili

nel range 0-2.56V o in quello 0-5.12V, mentre la risoluzionedella conversione può essereselezionata e può variare da 1 a16 bit.Come possiamo notare anchedallo schema a blocchi riportato

in figura 16, gli ingressi analogi-ci sono 4, anche se il convertito-re è unico e le operazioni di con-versione, che possono essereeseguite su un solo canale o supiù canali contemporaneamen-te, sono comandate da un mul-tiplexer. Il convertitore utilizzatoè di tipo SAR, ovvero ad appros-simazione successive.

I registri interni del convertitoreDS2450 sono organizzati comeuna memoria lineare compostada 24 byte adiacenti, organizza-ti in 3 pagine, ciascuna di 8byte. La prima pagina“Conversion read-out” (tabel-la1) rappresenta l’area dimemoria in cui il chip memoriz-za il risultato di una conversionee che il dispositivo master puòleggere; ciascun canale disponedi uno spazio di 16 bit per poterimmagazzinare il risultato dellaconversione. Il bit più significati-vo (MSB) occupa sempre la stes-sa posizione, (bit 7) mentrequello meno significativo (LSB)si trova in una posizione diversain funzione della risoluzione uti-lizzata nella fase di conversione:se la risoluzione è di 16 bit, LSBè il bit 0, altrimenti è in unaposizione diversa e tutti i bitrestanti sono a livello basso.La seconda pagina di memoria“Control/Status Data” è ripor-tata nella tabella2 e mette adisposizione anch’essa 16 bitper ciascun canale. Vediamonel dettaglio i campi che com-pongono questa pagina dimemoria.

I bit RC3-RC0 consentono diselezionare con quale risoluzio-ne si vuole eseguire la conver-

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Figura 12: Visualizzazione del contenuto di un file in esadecimale

Figura 13: Visualizzazione del contenuto di un file con caratteri ASCII

pagina (di 8 byte) della memo-ria (tabella 3). Questi flag sonoentrambi lunghi 8 bit e assumo-no come valori di soglia didefault 00 (in esadecimale) perla soglia bassa e FF per quellaalta.Il bit POR viene automaticamen-te settato a livello 1 quando ildispositivo viene connesso alsistema e poi il master lo pone azero dopo la procedura di“Conditional Search”.Tutti gli altri campi che sonoindicati con valore 0 non sonoutilizzati per nessuna funzione. Un’altra porzione di memoria(individuabile nel range di indi-rizzi 18-1F) viene utilizzata perimmagazzinare le informazionirelative alla calibrazione del dis-positivo; qualora si modificasse-ro tali valori il dispositivo nonpotrebbe più funzionare inmodo corretto fino a quando ilmaster non fa ripartire la proce-dura di “power-on reset”.La conversione viene eseguita inun tempo variabile da 60 a 80microsecondi (µs) per ogni bit.

Questo significa che se stiamoutilizzando contemporanea-mente 4 canali con una risolu-zione di 12 bit su ciascuno diessi il tempo totale che dobbia-mo attendere prima di poterleggere i dati convertiti è:4x12x80=3840 µs.A questi dobbiamo aggiungereun tempo di offset che può almassimo arrivare a 160 µs.Quindi al massimo in 4 ms (mil-lisecondi) la conversione è ter-minata su tutti e 4 i canali.

Schema elettrico per il DS2450Questo dispositivo presenta una

sione che come già detto puòvariare da 1 fino a 16 bit (0000per la conversione a 16 bit,0001 per risoluzione di 1bit ecosi via fino a 1111 per risolu-zione 15 bit). I bit OC (output

control) e OE (output enable) ser-vono per settare i canali o comeingressi o come uscite. Per il fun-zionamento come ingressi ana-logici OE è a livello basso mentreOC può assumere qualsiasi valo-re. Per settare i canali come usci-te OE=1 e OC = al valore logicoche vogliamo assegnare all’usci-ta. In tal caso però, è necessariocollegare una resistenza di pull-up dal canale verso i 5V (vedere

data-sheet per dettagli). Il bit IRconsente di selezionare il rangedi fondo scala variabile tra 0 e2.55V (IR=0) oppure tra 0-5.10V(IR=1). Il bit AEL consente di abi-litare l’allarme per un livellobasso, mentre AEH per un livelloalto. Qualora non si verifichinessun valore dall’allarmedurante l’ultima conversioneeffettuata questi bit rimangonoentrambi a zero. Le tensioni disoglia per l’allarme a livello altoe basso possono essere selezio-nate secondo le proprie esigen-ze tramite i flag di allarme,rispettivamente AFL e AFH chesono organizzati nella terza

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Figura 14: Visualizzazione del contenuto di un file di 56 caratteri

Figura 15: Il dispositivo DS2450 (quadruplo convertitore A/D) e la sua piedinatura

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Address bit 7 bit 6 bit 5 bit 4 bit 3 bit 2 bit 1 bit 0

00 A A A A A A A LSBITA

01 MSBITA A A A A A A A

02 B B B B B B B LSBITB

03 MSBITB B B B B B B B

04 C C C C C C C LSBITC

05 MSBITC C C C C C C C

06 D D D D D D D LSBITD

07 MSBITD D D D D D D D

Tabella 1: Memory map page 0, conversion read-out

Figura 16: Schema a blocchi del DS2450

piccola eccezione rispetto allostandard 1-Wire. Per assicurarela conversione è infatti necessa-rio alimentare il DS2450 con 5Vesterni ed è questo il motivo percui nell’interfaccia USB, presen-tata nella prima puntata, abbia-mo previsto il collegamento dei5V forniti dalla USB al filo 6 delbus che ora potrà quindi essereutilizzato allo scopo risparmian-doci l’impiego di un alimentato-re esterno. Se collegassimo ilconvertitore A/D direttamenteal bus, funzionerebbe solo ilriconoscimento automatico del

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10 MSBL-A A A A A A A LSBL-A

11 MSBH-A A A A A A A LSBH-A

12 MSBL-B B B B B B B LSBL-B

13 MSBH-B B B B B B B LSBH-B

14 MSBL-C C C C C C C LSBL-C

15 MSBH-C C C C C C C LSBH-C

16 MSBL-D D D D D D D LSBL-D

17 MSBH-D D D D D D D LSBH-D

Tabella 3: Memory map page 2, alarm settings

Figura 17: Schema elettrico del circuito per il convertitore A/D DS2450


08 OE-A OC-A 0 0 RC3-A RC1-A RC2-A RC0-A

09 POR 0 AFH-A AFL-A AEH-A AEL-A 0 IR-A

0A OE-B OC-B 0 0 RC3-B RC1-B RC2-B RC0-B

0B POR 0 AFH-B AFL-B AEH-B AEL-B 0 IR-B

0C OE-C OC-C 0 0 RC3-C RC1-C RC2-C RC0-C

0D POR 0 AFH-C AFL-C AEH-C AEL-C 0 IR-C

0E OE-D OC-D 0 0 RC3-D RC1-D RC2-D RC0-D

0F POR 0 AFH-D AFL-D AEH-D AEL-D 0 IR-D

Tabella 2: Memory map page 1, control/status data

dispositivo ma verrebbe inibitala conversione. In realtà, conl’uso di un circuito particolare,

che implementa e potenzia ilprincipio della “parasite power”utilizzata nel 1-Wire, sarebbe

quelle relative al suo indirizzo, alnome, al nome alternativoDS2450 e una breve descrizionedel dispositivo.

Oltre a quello appena descritto,sono presenti altri due TAB, “A toD” e “Memory”.Premendo sul TAB “A to D” vienevisualizzata la finestra riportata infigura 22.

Nel settaggio di default la conver-sione è abilitata su tutti e 4 i cana-li (infatti la casella “Include in poll”è spuntata per tutti). Nel nostroesempio invece abbiamo desele-zionato i canali 1 e 3 (cioè il

possibile evitare l’alimentazioneesterna ma, visto che per noinon rappresenta nessun proble-ma e la soluzione che vi propo-niamo semplifica le cose… fac-ciamo così. Anche questo circui-to non presenta nessuna sorpre-sa; oltre al componente princi-pale troviamo infatti solo unacapacità di filtro sull’alimenta-zione e niente altro, come pos-siamo vedere nella figura 17.

Il software per l’A/D…lo stesso degli altriCome per tutti gli altri moduli uti-

lizzati fino a questo punto, ancheper il convertitore il software checonsente il funzionamento e lagestione è ancora l’interfacciaOneWireViewer. I dispositivi con-nessi all’interfaccia USB/1-Wiresono indicati nella parte sinistradella finestra, e tra questi possia-mo notare anche quello di nostrointeresse contraddistinto dallasigla “xxxxxxxxxx DS2450”.Selezionando questo elemento,con il mouse, nella parte destradella finestra vedrete comparire ilTAB “Description” che riporta ladescrizione relativa a questo com-ponente (figura 21). In particola-re, le informazioni riportate sono

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Elenco componenti per il circuito del convertitoreA/D DS2450AD

Sigla Valore Package

U1 DS2450AD convertitore A/D 8/SO.208

C1 0.1 µF 50V ceramico multistrato 1206

JP1 Connettore striscia passo 2.54

J1, J2 Presa RJ-11 SMT per circuito stampato (6 contatti)

Figura 18: Layout del circuito che ospita ilconvertitore A/D DS2450

Figura 19: Schema di montaggio dei dispositiviper il circuito relativo al convertitoreA/D DS2450

Figura 20: Il convertitore A/D DS2450 montato sulla scheda

secondo e il quarto), pertanto laconversione avviene solamentesulle altre due linee, alle qualiabbiamo connesso rispettivamen-te le tensioni di 1.97V e 2.15V. Peresaminare la precisione con cuilavora il convertitore, abbiamomisurato tramite un multimetrodigitale da banco (con visualizza-zione a 6 cifre e 1/2) la tensionefornita al Canale 0, che comepotete verificare osservando la

figura 23, è risultata pari a1.9631V. L’errore commessorispetto ad uno strumento profes-sionale (e molto costoso) è quindipiuttosto piccolo, circa 7 mV.

Premendo sul TAB “Memory” èpossibile notare che sono presentialtri 4 menu:“Control and Status”,“Convertion read-out”, “AlarmSetting” e “Calibration”.

Queste finestre consentono diprogrammare il dispositivo secon-do le proprie esigenze, agendo suiregistri per la scelta del range incui possono variare i segnali iningresso, scegliendo i bit di risolu-zione desiderati su ogni canale ecosi via, in base alle specifichedescritte precedentemente.

CONCLUSIONIEd eccoci alla fine. Sebbene idispositivi per il sistema 1-Wiredescritti siano stati solo tre, oraavete tutti i mezzi per continua-re da soli la sperimentazione diquesto sistema. Coloro che inve-ce fossero interessati a sviluppa-re software per applicazioni spe-cifiche, possono contattare gliautori oppure fare richiesta, allaredazione della rivista, di unapubblicazione sull’argomento.

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Figura 23: Foto del multimetro che riporta lamisura della tensione in ingresso alCH1 del DS2450

Figura 22: Schermata del OneWireViewer del dispositivo DS2450, TAB “A to D”

BIBLIOGRAFIA

[1] Dallas/Maxim web page:http://www.maxim-ic.com/1-Wire.cfm

Figura 21: Esempio della schermata del OneWireViewer quando è selezionato il dispositivo DS2450

GLI STABILIZZATORI DI TENSIONE

Si è già osservato che ai conven-zionali regolatori integrati a treo più terminali, è sempre neces-sario applicare, per il loro corret-to funzionamento, una tensioneVi di ingresso che sia di 2 o 3 voltmaggiore della Vo voluta in usci-ta. Il valore da attribuire alla Vi

rispetto alla Vo è, in genere,esplicitato dal costruttore, ma,in ogni caso, il ∆V = Vi – Vo nondeve essere inferiore ai 2 V affin-ché il regolatore non perda lesue capacità stabilizzatrici.Nel precedente articolo si è giàaccennato al circuito regolatoreLP2950 che, contrariamente,appunto, ai regolatori classici a treo più terminali, presenta una cadu-ta di tensione fra ingresso e uscitadi soli 400 mV e assorbe a riposouna corrente inferiore a 70 µA.

I REGOLATORI A BASSADROPOUTL’LP2950 appartiene ad unarecente famiglia di circuiti inte-

grati regolatori il cui pregio,oltre alla minima corrente diriposo, consiste proprio nel pre-sentare una differenza ∆V = Vi –

Vo notevolmente bassa. Da quila definizione di regolatori abassa dropout (LDO = LowDropOut). Che si prestano adapplicazioni generali di stabiliz-zazione di tensione ma, proprioper l’esigua ∆V, anche ad appli-cazioni particolari. Fra queste,va ricordata l’alimentazionemista – da rete e da batteria –delle apparecchiature portatili(PC in genere, calcolatrici, gio-chi elettronici, cellulari, stru-menti di misura, tele e fotoca-mere digitali, ecc.). In queste, latensione della batteria vieneusualmente addotta tramite unostadio stabilizzatore. La bassadropout di questo prolungheràl’autonomia del sistema quandosarà chiamato a lavorare con ali-mentazione autonoma.Un esempio: una data apparec-

chiatura, alimentata tramite sta-bilizzatore con tensione Vi = 15V, sia in grado di funzionare finoa quando la tensione di uscitadal medesimo non scenda al disotto di 10 V. Nell’ipotesi di unregolatore a ∆V pari, ad esem-pio, a 3 V, la batteria manderà inOFF l’apparecchiatura già quan-do la sua tensione, nel processodi scarica, sarà di poco inferiorea 13 V (13 – 3 = 10). Se invece ilregolatore ha una ∆V di 1 V (o,meglio ancora di 0,5 V), l’appa-recchiatura andrà in OFF soloquando la tensione della batte-ria sarà scesa al di sotto di 11 V(o al di sotto di 10,5 V). In commercio vi sono oggi deiregolatori con dropout di 0,15 Vper correnti di carico dell’ordinedi 50 mA, con dropout di 0,23 Vper correnti dell’ordine dei 200mA, con dropout di 0,35 V percorrenti dell’ordine di 0,5 A, condropout di 0,5 V con correnti di1 A, e con dropout di 0,7 V per

GLI STABILIZZATORI DI TENSIONE

I REGOLATORILOW DROPOUTI REGOLATORILOW DROPOUTdi Nico Grilloni

[email protected]

Una recente serie di circuiti integrati regolatori a cui fare ricorso per impieghi

generali ma ancor più nell’alimentazione delle sempre più numerose

apparecchiature portatili, consente irrilevanti cadute di tensione input-output.

quinta parte

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appunto, di 5 A, applicando iningresso soltanto 5,7 V. Ciòsignifica che la massima c. d. t.(Vi – Vo), è pari a 0,7 V.Un così basso ∆V può ottenersisolo a condizione che sianomolto basse sia la VCE1 che la VBE1

del BJT Q1 che sarà un transistordi potenza ad elevato guadagnostatico (hFE), e possibilmente algermanio (dal momento chequesti BJT hanno una tensionedi saturazione di qualche milli-volt inferiore ai BJT al silicio euna VBE dell’ordine di 0,2 V); il2N4277 va benissimo per que-sta applicazione.Poiché nella resistenza R1 devecircolare, anche in assenza dicarico, una corrente IR1 compre-sa fra 40 µA e 100 µA, e la d. d.p. fra il pin out e il pin ADJ,ovvero ai capi della stessa R1,coincide con la tensione di riferi-mento Vref, il valore della R1 sitroverà con l’espressione:

R1 = Vref / (40 ÷ 100) µA [1]

Ponendo, per esempio, IR1 = 45µA, essendo Vref = 1,2 V, si haquindi:R1 = 1,2 / (45 x 10–6) = 26,7 kΩ

⇒ R1 = 27 kΩ

Poiché la tensione di uscita èfornita dall’espressione:Vo = Vref · [(R1 + R2) / R1] +IADJ · R2 [2]

trascurando il secondo terminedel secondo membro dalmomento che la corrente IADJ –corrente che esce dal pin ADJ –è di circa 1 µA, per R2 si ha:

R2 = (R1 / Vref) · (Vo – Vref) [3]

ovvero:R2 = (27000 / 1,2) x (5 – 1,2) =

85,5 kΩ

correnti anche superiori a 2 A.Un confronto chiarisce ulterior-mente l’efficacia di una bassadropout: come si è già illustratonel precedente articolo, la fami-glia degli IC regolatori LM117,oggi considerati come integratistabilizzatori convenzionali,deve avere una caduta di tensio-ne fra ingresso e uscita non infe-riore a 2V per una corrente di 2A. Alla stesso valore di corrente,l’LM1085 ha una tensione didropout inferiore a 1 V. Gli integrati regolatori a bassadropout si trovano oggi in com-mercio in grande varietà [dalmomento che sono realizzati dallaquasi totalità delle Case (National,Maxim, IR, Analog Design, ecc.)],e sia per tensioni fisse (positive enegative) che per tensioni variabi-li (ma questa distinzione è spessodi comodo potendosi dai primiricavare i secondi con soltantodue resistenze), a tre pin o a piùpin a secondo delle funzioni dasvolgere.Molti hanno, infatti, solo i pin diingresso, di uscita e di massa; altri,oltre a questi tre pin, possonoavere: il pin ON/OFF che consen-

te l’abilitazione dello stadio sol-tanto ponendo a massa questoterminale o inviando a questo pinun opportuno segnale; il pin direset che riabilita il regolatore solodopo che è stata rimossa la causache lo ha portato in OFF; il pindelay al quale, in genere, va colle-gato un condensatore la cui capa-cità fissa il tempo di reset (il valo-re della capacità si calcola attra-verso semplici espressioni aritme-tiche fornite dal costruttore); il pindi stand-by che consente di averedue uscite, una per la Vo e una,appunto, di stand-by, necessarianei sistemi che richiedano un’ali-mentazione continuativa (i circuitidi memoria, per esempio), ecc.La figura 1 riporta uno stabilizza-tore con regolatore LM2931 cheè in grado, senza il transistoresterno Q1, di fornire una corren-te di 100 mA con soltanto 0,6 Vdi ∆V, mentre per una corrente dicarico di 10 mA, la caduta di ten-sione input-output scende a 0,2V. La presenza di Q1 nel circuitodella figura 1, consente una cor-rente di carico di 5 A.Lo stadio in oggetto fornisceuna Vo di 5 V, alla corrente,

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Figura 1: Stabilizzatore di tensione con soltanto 0,7 V di caduta fra ingresso e uscita alla corrente di 5 A.

Quindi, per Vo, tramite la [2], siricava:Vo = 1,2 x [(85500 + 27000) /

27000] = 5 V

Volendo ottenere una tensionedi uscita variabile fra circa 4 V e26 V, sarà sufficiente porre, alposto della R2, una resistenza da56 kΩ in serie a un potenziome-tro Rp da 500 kΩ e portare latensione Vi di ingresso a 27 V.Per Rp in cortocircuito si ha infat-ti, dall’espressione [2]:Vo = 1,2 x [(56000 + 27000) /

27000] =3,68 V

mentre, sempre dalla [2], con ilpotenziometro Rp tutto inserito,si avrà:Vo = 1,2 x [(556000 + 27000) /

27000] = 25,9 V

Per questo stadio è interessantenotare la funzione del transistorQ2 il cui collettore è connesso alpin ON/OFF dell’IC, e la cuibase, attraverso la resistenza R5,è connessa all’uscita. Q2 è pola-rizzato dal partitore costituitodalle resistenze R5 e R6 in mododa essere normalmente nellostato di saturazione; il pinON/OFF può, pertanto, consi-derarsi a massa e questa condi-zione corrisponde allo stato ONdell’IC. Quando la corrente dicarico IL va oltre il limite consen-tito, la tensione Vo decresce e lastessa escursione viene subitadal partitore R5, R6. Non appenala d. d. p. ai capi della resistenzaR6 – coincidente con la VBE di Q2

– scende al di sotto della sogliadi conduzione del transistor,questo, dallo stato di saturazio-ne passa in interdizione, scolle-gando praticamente da massa il

pin ON/OFF dell’IC che, in que-ste condizioni, si pone in stand-by. Non appena la corrente IL

rientra nei limiti, Q2 torna insaturazione e il regolatoreriprende le sue funzioni.

Un altro IC regolatore a bassadropout degno di nota è

l’LM1084 disponibile per tensio-ni fisse di uscita di 3,3 V, 5 V e12 V, ma anche per tensionivariabili. Presenta una tensionedi riferimento Vref = 1,25 V e una∆V inferiore a 1 V per IL = 1A, einferiore a 1,4 V per IL = 5 A.La figura 2 riporta un esempioapplicativo dell’LM1084. In que-

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Figura 2: Stabilizzatore di tensione con regoltore a tre terminali e comando TTL di off.

Figura 3a: Tensione minima di uscita dello stablizzatore della figura 9.2 all’attivazione del comando di OFF.

Figura 3b: Tensione di uscita dello stabilizzatore della figura 9.2 in assenza di segnalesulla base del BJT (disattivazione del comando di OFF).

cuiti stabilizzatori per diversetensioni ma per correnti di qual-che centinaio di mA e ciòpotrebbe far pensare che labassa ∆V sia essenzialmentedeterminata dalla basse correntidi carico. Ma non è così. Senzaaddentraci nell’argomento (marestando comunque a disposi-zione del Lettore che volessesaperne di più), diciamo soltan-to che la bassa tensione di dro-pout è ottenuta attraverso l’evo-luzione della tecnologia Cmosche consente di avere a disposi-zione regolatori LDO anche percorrenti elevate.Un primo esempio è costituitodalla serie LM2940 che con soli0,5 V di caduta input-outputpuò erogare fino a 1 A di cor-rente. La configurazione è quel-la classica dei regolatori a 3 ter-minali. L’LM2940 è fornito pertensioni fisse di 5 V, 8 V, 9 V , 10V, 12 V, 15 V.L’LM2941 è specifico per Vo impo-stabili nella gamma 5 V ÷ 20 V ealla corrente di carico di 1 A pre-senta una caduta di tensione ∆V

di 0,5 V (e non superiore a 1 V fra0° e 125 °C). L’LM2941 presenta5 terminali. Oltre ai tre convenzio-nali (input, output e massa) hainfatti il pin ON/OFF (TTL compa-tibile) e il pin ADJ che, così come

sta configurazione l’integratoregolatore va in OFF quando unsegnale positivo rispetto amassa e di opportuna ampiezza,viene applicato alla base deltransistor Q (input TTL). Dalmomento che la tensione diuscita è fornita dall’espressione:Vo = 1,25 · [(R1 + R2) / R1] [4]il transistor, normalmente in inter-dizione, all’applicazione delsegnale passa in saturazione. La d.d. p. VCE scende a pochi millivoltcortocircuitando la resistenza R2 eportando la tensione di uscita alvalore [VCE(sat) +Vref] = 0,041 +1,25 = 1,29 V. Questo tipo diinterdizione dell’alimentazione èdefinito shutdown. La figura 3 a

riporta la tensione di uscita con Qin saturazione (si legge, infatti: Yc =1,3 V), mentre la figura 3 b riportala stessa Vo ma con Q in interdizio-ne (si legge, infatti: Yc = 5,05V).Il dimensionamento dello stabiliz-zatore con IC LM1084, consistenel calcolo delle due resistenze R1

e R2 per il quale valgono le espres-sioni [1] e [3], tenendo peròconto che la corrente nella resi-stenza R1 dev’essere compresa fra5 mA e 10 mA.Un altro interessante IC regolatoredi tensione di tipo LDO è l’LP2966che, per le sue caratteristiche siaelettriche che fisiche (misura 3

mm _ 3 mm e, montato su circui-to stampato, ha un’altezza di 1,04mm), trova ampia applicazionenell’alimentazione dei telefoni cel-lulari e nei sistemi wireless in gene-re, nonché nell’alimentazione dilaptop e palmtop, e, quindi, nellamaggior parte delle apparecchia-ture portatili. Presenta – figura 4 –due differenti tensioni di uscita deltutto indipendenti. Alla correntedi 150 mA, ha una c. d. t. ∆V di135 mV per tensioni di uscita fra1,8 V e 5 V (e tensioni di ingressofra 2,7 V e 7 V). I due pin ER1/2forniscono un segnale logico alivello 0 quando, o per una dimi-nuzione della Vi, o per l’interventodel limitatore di corrente o delloshutdown termico, una qualun-que delle due Vo dovesse andare aldi sotto del 10 % del valore nomi-nale. Nel caso non se ne faccia uso,i due pin saranno connessi a massa.I pin SD1/2, sono i pin che con-sentono di pilotare in OFF una oentrambe le uscite, tramite unsegnale logico addotto attraver-so una resistenza da 100 kΩ. Nelcaso si lascino inattivi, i relativipin andranno connessi al pind’ingresso.

REGOLATORI LDO PER ALTECORRENTIFinora si sono esposti alcuni cir-

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Figura 4: Stabilizzatore di tensione con regolatore LM2996 a bassa dropout,in grado di fornire in uscita due tensioni indipendenti.

Figura 5: Applicazione del regolatore LM2941 che consente di ottenere unaqualunque tensione di uscita nella gamma 5 V ÷ 20 V.

si è visto per il convenzionaleLM117, va connesso fra le dueresistenze R1 e R2. Agendo sulla R2

si ottiene una qualunque Vo com-presa fra 5 V e 20 V. Lo schemaricalca quindi quello esposto nellafigura 1 per l’LM2931. Come tuttii regolatori di questa serie è dota-to di protezione contro il cortocir-cuito e altresì di protezione sull’in-versione di polarità dell’alimenta-zione primaria Vi.La serie LPXX della National è pre-vista per la realizzazione di stadiregolatori che, con l’ausilio di unMosfet esterno di potenza, con-sente di pervenire a correnti dicarico notevoli. Un esempio appli-cativo è riportato nel circuito dicui alla figura 6 dove il regolatoreintegrato è un LP2975 la cui usci-ta, connessa al gate del Mosfet acanale 2, è in grado di erogarecorrenti fino a 5 A. In questo casola caduta di tensione input-outputè fornita dall’espressione:∆V = (RDS(ON)+ Rsc) · IL

dove RDS(ON) è la resistenza drain-source del FET per una definitatensione gate-source, e IL è la cor-rente richiamata dal carico. Il pinCL (Currente Limiter) è utile per lalimitazione della corrente in caso

di sovraccarico. Pertanto la resi-stenza Rsc va dimensionata, in fun-zione della corrente ILsc di caricoalla quale si desidera l’interventodella protezione, tramite l’espres-sione:Rsc = (57 x 10–3) / ILsc

dove (57 x 10–3) è il valore disoglia della tensione VCL. La versatilità di questo regolato-re è evidenziata dal fatto che,fornito per tensioni Vo di 12 V, 5V e 3,3 V, consente di ricavarediversi valori della tensione diuscita attraverso la configurazio-ne di cui alla figura 7, ossia sem-plicemente agendo sui valoridelle resistenze R1 e R2. Si hainfatti:

Ma essendo Req = (24000 x R2) /(R2 + 24000), per la tensione diuscita si ha infine:

La resistenza Req è infatti il paralle-lo della R2 con una resistenzainterna all’IC di valore pari a 24kΩ. La Casa indica per R2 un valo-re non superiore a 1,2 kΩ e per-

tanto, fissato R2 = 1,2 kΩ si ricave-rà il valore del parallelo Req = 1,2kΩ//24kΩ =11,42 kΩ, e quindi sicalcolerà il valore da attribuire allaresistenza R1 con l’espressione:

Fondamentale importanza, e ciòvale per la stabilità di funziona-mento di tutti gli integrati rego-latori LDO, è la giusta scelta deicondensatori e, in particolare, delcondensatore di uscita chedev’essere elettrolitico al tantaliocon un ESR né troppo basso nétroppo alto. Valori della capacitàfra 1 µF e 150 µF, e anche più ele-vati, sono in genere usuali; nor-malmente il Costruttore fornisceo i valori appropriati degli elet-trolitici (compreso il relativo ESR)o appositi diagrammi che ripor-tano una gamma di valoridell’ESR in funzione della corren-te di carico.

NOTE PER IL LETTOREI diagrammi delle figure 3 a e 3 bsono stati ricavati al computer colsoftware di simulazione SPICE(Simulation Program of Integrated

Circuits Emphasis) – CircuitMaker –della Microcode Engineering Inc.

HARDWARE

HARDWARE92

Figura 6: Applicazione del regolatore LM2975 che presenta, con una tensionedi dropout di 1,7 V, una Vo di 3,3 V per una corrente di carico di 5 A.

Figura 7: Configurazione circuitale di uno stadio stabilizzatore con LM2975che consente, agendo sul valore della resistenza R1, di avere inuscita un’ampia gamma di tensioni.

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VITAMINA C

Abbiamo concluso la scorsa puntata con unesempio apparentemente un po’ complesso,riservandoci di dare maggiori spiegazioni inseguito. Nell’esempio veniva utilizzata la funzio-ne malloc, della libreria stdlib.h, per allocareun’area di memoria che poi veniva utilizzatacome se fosse un normale array. Se quella stranacommistione di blocchi di memoria, puntatoried array aveva generato in voi qualche confusio-ne, niente paura, cercheremo in questa puntatadi approfondire proprio questi argomenti.Vedremo come, grazie all’utilizzo dei puntatori,sia possibile mettere in pratica una serie di tecni-che che permettono di gestire i dati in manieraabbastanza avanzata e versatile, senza perderetuttavia il contatto con l’hardware, come accadecon linguaggi a più alto livello di astrazione.Chiariremo inoltre che relazione c’è tra gli arrayed i puntatori.

I PUNTATORIAbbiamo conosciuto i puntatori parlando delpassaggio dei parametri alle funzioni per riferi-mento. Come già detto i puntatori non sonoaltro che variabili che contengono gli indirizzi dimemoria di altre variabili. Per chi è abituato aprogrammare in assembler questo non risulteràuna grossa novità, è abbastanza frequente infat-ti in questi casi avere a che fare con modi di indi-rizzamento indiretti o indicizzati, oppure utilizza-re esplicitamente degli indirizzi di memoria notiper memorizzare le variabili. Il concetto è esatta-mente lo stesso, ma in questo caso buona parte

dei meccanismi a più basso livello sono gestitidal compilatore (e quindi sono trasparenti per ilprogrammatore). Il potere conoscere la locazio-ne di memoria di una variabile in C risulta moltoimportante in diverse situazioni, la più ovvia èquella in cui si vuole che una funzione modifichila variabile stessa anziché restituire semplice-mente un valore. Questo è quello che abbiamochiamato passaggio di variabili “per riferimen-to”. Estendendo questo concetto si può intuireche i puntatori possono essere utilizzati ancheper permettere ad una funzione di restituire piùdi una variabile alla volta, come nell’esempioseguente:

#include <stdio.h>

/* Funzione divisione */

void Divisione( int dd, int ds, int *q,

int *r)

/* Calcolo quozionete */

*q = dd / ds;

/* Calcolo resto */

*r = dd % ds;

main()

int dividendo, divisore, quoziente,

resto;

VITAMINA C

di Antonio Di Stefano

[email protected]

In questa puntata analizzeremo con maggiore dettaglio uno degli argomenti

meno intuitivi, ma al tempo stesso più interessanti del linguaggio C: i puntatori.

Come vedremo una buona comprensione di questo strumento ed il suo corretto

utilizzo può ampliare notevolmente le possibilità dei nostri programmi.

dodicesima parte

I PUNTATORII PUNTATORI

TUTORIAL94

TUTORIAL

dividendo = 10;

divisore = 4;

Divisione(dividendo, divisore,

&quoziente, &resto);

printf(“%d / %d = %d \n Resto = %d”,

dividendo, divisore, quoziente, resto);

La funzione Divisione prende in ingresso duenumeri interi (il divisore ed il dividendo) e duepuntatori alle variabili in cui verranno memoriz-zati i risultati (il quoziente ed il resto). Come sivede per passare l’indirizzo delle variabili vieneutilizzato l’operatore & posto prima del nomedella variabile stessa (come già visto a propositodella funzione scanf), mentre quando si ha a dis-posizione un puntatore e si vuole indicare il con-tenuto della locazione di memoria puntata si uti-lizza l’operatore *. Le variabili q ed r all’internodella funzione Divisione conterranno gli indirizzidi memoria delle variabili quoziente e resto utiliz-zate nel main, ed andranno utilizzate come pun-tatori.Lo stesso meccanismo si può utilizzare anche nelcaso di variabili di tipo strutturato, il funziona-mento è identico, ma è possibile utilizzare inquesto caso una notazione semplificata per indi-care il contenuto di un campo particolare, comemostrato nell’esempio seguente:

[…]

typedef struct

int ora;

int minuti;

int secondi;

tempo;

[…]

void Resetta(tempo *t);

/* la notazione estesa sarebbe:

(*t).ora = 0;

...

*/

/* notazione compatta: */

t->ora = 0;

t->minuti = 0;

t->secondi = 0;

Un altro caso in cui l’uso dei puntatori è indi-spensabile è quello in cui una funzione ha loscopo di creare una variabile o allocare dellamemoria, e deve quindi restituire un’indicazioneprecisa sulla locazione in questione. Un esempioè la funzione malloc utilizzata nella scorsa punta-ta, che alloca un blocco di memoria e ne resti-tuisce un puntatore.L’esempio riportato di seguito invece mostra unafunzione che restituisce una stringa scelta a casotra alcune possibili:

char *Stringa(void)

char *str[4] = “Messaggio 1”,

“Messaggio 2”,

“Messaggio 3”,

“Messaggio 4”;

return str[rand()&3];

Viene dapprima dichiarato ed inizializzato unarray di 4 stringhe (che in pratica è un array di 4puntatori, ciascuno riferito ad una stringa diver-sa), ed in seguito viene restituito uno dei 4 pun-tatori scelto a caso dall’array, utilizzando la fun-zione rand della libreria stdlib.h.

Come si può intuire da questo e dai precedentiesempi, i puntatori richiedono un’attenzione unpo’ maggiore rispetto alle normali variabili, infat-ti può capitare di commettere degli errori chepiù che in altri casi risultano poco intuitivi e pocovisibili. Consideriamo ad esempio il codiceseguente:

main()

/* dichiarazione intero */

int a;

/* dichiarazione puntatori */

int *f, *g;

TUTORIAL 95

TUTORIAL

a=5;

f=&a;

g=f;

*g=2;

printf(“a vale: %d”, a);

Leggendo il codice sareste in grado di dire qualè il valore finale di a? Contrariamente a quelloche si potrebbe pensare ad una lettura superfi-ciale, alla fine a vale 2! Questo perché ponendog = f si fa puntare a g la stessa locazione di f, cioèquella in cui si trova il valore di a. Modificando ilcontenuto della locazione puntata da g, in realtàsi modifica proprio a! Altri errori comuni consi-stono nel passare una variabile ad una funzioneanziché il suo indirizzo (quindi dimenticare dianteporre l’&), oppure utilizzare all’interno dellafunzione un puntatore come se fosse una varia-bile. La probabilità di commettere questi erroriaumenta notevolmente quando si ha a che farecon puntatori doppi o comunque multipli (unpuntatore doppio è tale quando punta ad unavariabile che è a sua volta un puntatore, comenell’esempio delle stringhe mostrato prima).

Consideriamo adesso un altro aspetto: cosaavremmo ottenuto se avessimo visualizzato ilvalore di g o f anziché a? Avremo ottenuto unnumero, apparentemente senza significato. Quelnumero è proprio l’indirizzo di memoria in cui sitrova la variabile a! Le caratteristiche di questonumero dipendono da quelle del sistema per cuiabbiamo compilato il programma, e dal modellodi memoria utilizzato, ma si tratta in ogni caso diun indirizzo vero e proprio. Che succede se locambiamo manualmente? Anziché leggere ilvalore di a, leggeremo il valore di un’altra loca-zione di memoria. Questo particolare, apparen-temente privo di importanza si rivela invece fon-damentale nel caso di programmazione di picco-li sistemi, dove la gestione della memoria è pres-soché manuale: il linguaggio C ci permette inquesto modo di leggere e scrivere in locazioni dimemoria a piacere, semplicemente attribuendomanualmente il valore ad un puntatore. Il pro-

gramma che segue ad esempio legge il contenu-to di 20 locazioni di memoria consecutive, a par-tire da un indirizzo specificato in una macro(0x0000).

#include <stdio.h>

#define BASE_ADDR 0x0000

main()

int i;

char *punt;

for(i = 0; i<20; i++)

punt = BASE_ADDR + i;

printf(“%X: %X\n”, punt, *punt);

Questo test non è molto significatvo se eseguitosu un recente PC, in quanto la complessa gestio-ne della memoria (sia delle macchine x86 chedel sistema operativo), nascondono o falsano unpo’ i risultati (l’utilizzo di queste tecnichepotrebbe portare anche a bloccare il sistema!).Su sistemi un po’ più piccoli invece il test puòrisultare molto più utile e significativo, infatti inmodo simile è possibile per esempio assegnaread un puntatore l’indirizzo di una porta di I/O, escrivere e leggere quella porta semplicementeleggendo e scrivendo la variabile associata,come nell’esempio che segue:

[…]

main()

/* dichiarazione puntatore */

char *porta;

/* assegnazione indirizzo al

puntatore */

porta = (char *) 0xFF00;

/* scrittura valore 4 nella porta */

*porta = 4;

/* lettura valore porta */

TUTORIAL96

TUTORIAL

printf(“Valore porta: %d”, *porta);

In questo caso abbiamo supposto che il nostrosistema abbia uno spazio di indirizzamento dellamemoria a 16 bit, e che le periferiche sianomappate su questo spazio. Sottolineo ancorache il valore dell’indirizzo è stato assegnato pro-prio al puntatore, non al contenuto della varia-bile puntata.

Un’ultima nota: ci si potrebbe chiedere per qualemotivo è necessario specificare un tipo di datiper i puntatori (char nell’esempio) dal momentoche essi rappresentano degli indirizzi, e quindidovrebbero avere un formato predefinito dipen-dente solo dalle caratteristiche della macchina. Ilmotivo risiede nel fatto che l’informazione sultipo di dati viene utilizzata quando si compionodelle operazioni aritmetiche sui puntatori: adesempio se i dati sono di tipo char, un incre-mento di 1 indica che anche l’indirizzo deveessere incrementato di 1 byte, se i dati sono ditipo long, l’incremento dovrebbe essere di 4byte! (Il tipo long in genere utilizza 32 bit perrappresentare un numero intero). Come vedre-mo questo accorgimento è indispensabile per lagestione degli array. Va ricordato comunque chesi possono dichiarare anche puntatori al tipovoid, che vengono in genere utilizzati per punta-re a tipi non definiti a priori, o quando il punta-tore serve per indicare un indirizzo ben preciso(e per questo indipendente dal tipo di dati).

GLI ARRAYNel linguaggio C è possibile creare delle matricidi elementi utilizzando gli array. L’utilizzo degliarray, come visto nelle scorse puntate è moltosemplice ed intuitivo, e non presenta particolaridifficoltà. Quello che non sempre si conosce, eche invece può essere molto utile, è il meccani-smo con cui sono implementati in C gli array.Quando viene dichiarato un array il compilatorealloca un’area di memoria di dimensione tale dacontenere tutti gli elementi richiesti. Gli elemen-ti dell’array saranno memorizzati in quest’aera insuccessione ordinata. La variabile associata all’ar-ray non è altro che un normale puntatore che

indica la locazione di memoria corrispondente alprimo elemento dell’array stesso. Le parentesiquadre [], utilizzate per racchiudere l’indice,sono un operatore che ha la funzione di somma-re all’indirizzo del primo elemento un offset pro-porzionale al valore dell’indice. In definitiva lascrittura nomearray[i] equivale all’espressione*(nomearray+i).Ora che sappiamo come stanno realmente lecose possiamo fare alcune considerazioni.Innanzi tutto dovrebbe risultare abbastanza evi-dente che è possibile utilizzare gli array ed i pun-tatori in maniera intercambiabile, a seconda dicosa sia più conveniente. Ad esempio per passa-re un array ad una funzione è sufficiente passareun puntatore, utilizzando nella chiamata il solonome dell’array. All’interno della funzione l’arraypotrà essere utilizzato nel modo consueto, comevisibile nell’esempio seguente:

[…]

void Azzera_Dati(float *d, int n)

int i;

for(i=0; i<n; i++)

d[i]=0;

main()

float dati[32];

Azzera_Dati(dati, 32);

[…]

Come si vede la funzione Azzera_Dati accetta unarray (sotto forma di puntatore) ed un intero cheindica da quanti elementi è composto l’array, ene azzera tutti gli elementi con un semplice ciclofor. La funzione è richiamata indicando sempli-cemente il nome dell’array come parametro.Questo esempio ci da modo di precisare unacosa importante: proprio per il fatto che un arrayè una zona di memoria allocata “al volo”, i sin-goli elementi contengono inizialmente i dati cheerano precedentemente presenti in tale area, per

TUTORIAL 97

TUTORIAL

cui quella di inizializzare il valore dell’array comenell’esempio (o almeno chiedersi se sia il caso difarlo) è una buona pratica, ed a volte permettedi evitare errori inaspettati ed apparentementeinspiegabili.Altre conseguenze di quanto detto fino ad orasono le seguenti:

1)Scrivere *variabile (contenuto della locazionepuntata) equivale a scrivere variabile[0].

2)Nel caso in cui occorra passare un puntatoreai vari elementi dell’array (per esempio per lafunzione scanf), anziché scrivere &(nomear-

ray[i]), si può scrivere semplicementenomearray + i.

3)È possibile creare dei “sotto-array” semplice-mente assegnando ad un puntatore l’indirizzodi un certo elemento dell’array: sottoarray =array + i. Il primo elemento di sottoarray saràl’i-esimo elemento di array. Questo particolarerisulta molto utile nelle funzioni che impiega-no tecniche di ricorsione.

4)Quando abbiamo un puntatore ad un’area dimemoria, è possibile utilizzare quell’area comese fosse un array, per leggerne o scriverne ilcontenuto. Questo è quello che abbiamo fattoad esempio con la funzione malloc nella scorsapuntata, o che si può fare nel caso di stringhe.

Ora che sappiamo qualcosa in più sulla naturadegli array è utile dare un’occhiata alle procedu-re per gestirli in maniera efficiente. Ad esempioesiste un modo semplice e veloce per inizializza-re un array? E per copiarne uno in un altro? Tuttequeste operazioni richiedono la manipolazionedi aree di memoria più o meno estese, per cuirichiedono necessariamente la scrittura e/o lalettura di tutte le locazioni coinvolte. Questo puòessere fatto manualmente, con un ciclo for,oppure si possono usare le funzioni che sonodisponibili a questo scopo nella libreria mem.h.Le funzioni più utili sono la funzione memset,che serve per inizializzare un’area di memoriacon un valore particolare, la funzione memmo-ve, che copia il contenuto di un blocco dimemoria in un altro, e la funzione memcmp,che confronta due blocchi di memoria. La sintas-si delle funzioni è la seguente:

void *memset( void *s, int c, size_t n);

void *memmove(void *dest, void *src,

size_t n);

int memcmp(void *s1, void *s2, size_t n);

La prima prende come parametro il puntatoreall’area di memoria s, il valore c con cui inizializ-zare l’area, e la lunghezza in byte n dell’areastessa. La seconda richiede il puntatore all’areadi destinazione dest, a quella sorgente src, e lalunghezza n in byte. La terza i puntatori alle duearee e la lunghezza (rispettivamente s1 e s2 edn), e restituisce il valore 0 solo se le due areesono uguali.Un’altra funzione utile è memchr, che permette diricercare un carattere in un blocco di memoria:

void *memchr( void *s, int c, size_t n);

La funzione richiede il puntatore al blocco dimemoria, il carattere da ricercare, e restituisce ilpuntatore alla locazione che contiene il primocarattere trovato, oppure NULL in caso di nessu-na occorrenza trovata.Concludiamo questo paragrafo dedicato agliarray ricordando che anche le stringhe sonodegli array! Questo implica che quanto detto aproposito dei puntatori si applica anche a loro,ed inoltre in alcuni casi è possibile utilizzare lefunzioni dedicate alla manipolazione degli arrayanche per le stringhe e viceversa, basta prestareattenzione al fatto che le stringhe devono sem-pre terminare con il carattere 0x00.

CONCLUSIONISe avete seguito il corso fino a questo puntoavrete un panorama relativamente completo diquello che può offrire il linguaggio C.Ovviamente per scrivere dei buoni programmiquesto non basta, occorre anche conosceremolti argomenti che non riguardano soltanto illinguaggio in se.Nella prossima puntata ci occuperemo di uno diquesti: lo “stile” di scrittura dei programmi in C,e vedremo, oltre ad un esempio completo, qualistrumenti mette a disposizione il linguaggio, equali accorgimenti conviene utilizzare permigliorare questo aspetto.

TUTORIAL98

TUTORIAL

FEBOTFEBOT

LA SCHEDA MADRELA SCHEDA MADREdi Maurizio Del Corso ([email protected])

e Tiziano Galizia ([email protected])

PERCHÉ LA SCHEDAMADRE?Come già illustrato nella presen-tazione del progetto FEbot, ilrobot sarà costituito da varimoduli ognuno dei quali saràprogettato per assolvere a speci-fiche funzioni. I moduli potrannointeragire tra loro comunicandosecondo il protocollo specificatonel numero scorso. In un sistemadistribuito, come sarà appunto ilFEbot, è opportuno disporre diun nodo mediante il quale siapossibile monitorare la situazionedel sistema, fornire l’alimentazio-ne e visualizzare lo stato dell’inte-ro sistema anche solo medianteLED. È questo il motivo per cui ènecessaria la scheda madre: tuttii moduli saranno connessi allascheda madre e risponderannoalle sue richieste in modo davisualizzare il corretto funziona-mento del robot.La filosofia del progetto è quella

di lasciare ampio spazio ai letto-ri per cui la scheda madre èridotta al minimo e, se avetemigliorie da proporre o nuovefunzioni da aggiungere, fatevisentire: il forum sul nostro sitoweb è il punto di riferimento. Inquesto numero ci occuperemodi illustrare la progettazionehardware della scheda madreillustrando e motivando le scelteeffettuate in modo che il FEbotnon abbia segreti. Prendetespunto da questa descrizionequando invierete i vostri proget-ti! Dedicheremo il prossimonumero all’analisi del firmwareillustrando tutte le routines con-tenute nella libreria che potreteusare nel vostro progetto.

COSA CONTIENE LASCHEDA MADRELe periferiche presenti sulla sche-da madre non sono molte e pos-sono essere riassunte in tre sezio-

ni principali: il circuito di alimen-tazione, l’interfaccia RS232 per ilcollegamento con un PC e laparte “intelligente” in grado digestire e monitorare le comuni-cazioni dei dati che transitanosui vari bus. Iniziamo dunque l’a-nalisi dell’hardware delle variesezioni della scheda madre.

L’alimentatoreIl circuito di alimentazione preve-de l’impiego di sei batterie alNichel/Cadmio che alimentanoun regolatore di tensione 7805 ilquale fornisce i 5 Volts alla circui-teria della scheda madre ed atutti i moduli eventualmenteconnessi. Lo schema è dunque ilclassico circuito applicativo del7805 riportato in figura 1. Poichéuna batteria al NiCd fornisce unatensione di 1,2 V, l’impiego di seibatterie in serie garantisce unatensione di 7,2V all’ingresso delregolatore. I condensatori C1, C2

ROBOMANIA100

seconda parte

ROBOMANIA

Eccoci al primo appuntamento tecnico con il FEbot.

In questo articolo verrà descritto dettagliatamente il progetto

hardware della scheda madre alla quale verranno poi collegati tutti i vostri

moduli. La descrizione è piuttosto dettagliata in modo da rendere comprensibili

le scelte e le soluzioni progettuali adottate. Salite a bordo: parte il progetto FEbot!

e C3 provvedono a filtrare versola massa eventuali disturbi ad altafrequenza, mentre l’interruttoreSW1 consente l’accensione e lospegnimento dell’intero appara-to. La resistenza R7 limita a circa8mA la corrente nel LED DL4 chenotifica la presenza dei 5V.Ricordiamo che le batterie NiCdsono affette dall’effetto memoriaper cui si consiglia di caricarlesolamente quando è necessario ecomunque scaricarle completa-mente almeno una volta al mese.Oltre al fatto di essere ricaricabili,il grande vantaggio di queste bat-terie è sopratutto la loro grandecapacità: per il nostro progetto siconsiglia di usare batterie da2100mAh, il che significa chepossono erogare 2,1A per un’ora.Se il consumo dell’intero robot èad esempio di 1A, potremo usar-lo senza problemi per almeno 2ore! È evidente che il consumodel robot dipende dai moduli chevengono impiegati.

Utilizzando batterie ricaricabili,sarà utile prevedere un circuito diricarica in modo da ricaricare lebatterie connettendo il robot allarete elettrica mediante un sempli-ce trasformatore 220/12Vac. Ilmodo più semplice per ricaricarele batterie NiCd è quello di farleattraversare da una correntecostante di verso contrario a quel-lo della corrente da esse generata.I sei elementi in serie dovrannoessere quindi attraversati da unacorrente costante che va dal ter-minale positivo a quello negativo.Il valore della corrente di ricarica ènormalmente pari a circa un deci-mo della capacità della batteriaquindi nel nostro caso dovrà esse-re di circa 200mA e, di conse-

guenza, il tempo di ricarica sarà dicirca 10-12 ore. In figura 2 èriportata la sezione relativa al cir-cuito di ricarica. Il nucleo è anco-ra un regolatore 7805 connessocome generatore di correntecostante grazie alla presenza dellaresistenza R1 ai capi della quale sitrovano i 5V di uscita del regola-tore. Il 7805 ha una tensione didrop-out (differenza tra tensionedi ingresso e tensione di uscita) dicirca 2V quindi per ricaricare Nbatterie in serie è necessaria unatensione di ingresso maggioredella somma della tensione didrop-out, della tensione nomina-le e della tensione delle batterie(N*1,2V):

Vin>Vdroput+Vnominale+N*1,2

Nel caso di sei elementi in serie, latensione di ingresso dovrà esseremaggiore di 14,2V. La tensione diingresso viene ricavata da un tra-sformatore in grado di abbassarela tensione di rete a 12Vac. Tale

tensione viene raddrizzata daldiodo D1 quindi livellata dal con-densatore C4. Ricordiamo che i12Vac in uscita al trasformatoresono in valore efficace, il chesignifica che il valore di picco del-l’onda di tensione vale12*1,414=16,9V. Poiché la cop-pia D1, C4 funziona come rivela-tore di picco, la Vin del 7805 saràsenz’altro maggiore dei 14,2Vrichiesti. In figura 3 sono riporta-te le forme d’onda relative a que-sta parte di circuito: in rosso latensione sinusoidale di ingresso ein blu la tensione ai capi del con-densatore. In verde è inveceriportata la tensione di uscita senon fosse presente il condensa-tore C4.

È opportuno che il trasformatoresia in grado di erogare una cor-rente pari almeno a 200mA.La resistenza R1 limita il valoredella corrente erogata secondo larelazione Iout=Ig+5/R1 dove Ig è lacorrente di polarizzazione del

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Figura 1: Il circuito di alimentazione

Figura 2: Il circuito caricabatterie

ROBOMANIA 101

regolatore che vale circa 8mA.Nel nostro caso occorre fissareuna corrente di carica di 200mAquindi si dovrà scegliereR1=27Ohm. Ovviamente se utiliz-zate batterie di diversa capacità

dovrete ricalcolare il valore di R1affinché la corrente di carica siaun decimo della capacità dellabatteria. La potenza dissipata datale resistenza è data dal prodottotra il valore della resistenza stessa

ed il quadrato della corrente chela attraversa, quindi nel peggioredei casi, vale 27*0,22=1W circa.L‘impiego di una resistenza da5W permette di evitare inutili sur-riscaldamenti in fase di ricarica.

Cerchiamo ora di capire in detta-glio se il 7805 del caricabatterianecessita o meno di una aletta diraffreddamento. Il caso peggioreè quello in cui il regolatore forni-sce all’uscita la sua tensioneminima (4,8V) e viene caricatauna sola batteria consideratacompletamente scarica (0,7V)con una Vin di 14V e, in questecondizioni, la potenza dissipatadal regolatore vale

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ROBOMANIA

Figura 3: Forme d’onda all’ingresso del generatore di corrente

Figura 4: L’interfaccia RS232

Pd=(Vin-Vout(min)-Vbat)*Imax == (14V-4,8V-0,7V)*0,2A=1,7W

Supponendo ora di operare in unambiente alla temperatura di50°C (effettivamente un po’caldo, ma è un valore plausibilenei dintorni del 7805 nella fase diricarica) e sapendo (dal data-sheet) che la massima temperatu-ra sopportabile è di 125°C, possia-mo calcolare la resistenza termicamassima tra giunzione e ambiente(nota col simbolo ϑja(MAX)) e con-frontarla con la ϑja=50°C/W speci-ficata nel datasheet per il 7805 incontenitore TO220:

ϑja(MAX) = (125°C-50°C)/1,7W == 44°C/W (circa)

Poiché questo valore è inferiore(anche se di poco) a quello speci-ficato nel datasheet, è consigliabi-le ancorare il 7805 ad una picco-la aletta di raffreddamento.Il diodo D2 fa in modo che la cor-rente erogata dalle batterie vada

ROBOMANIA 103

in ingresso ad IC1 e non verso IC2consentendo invece alla correntedi carica erogata da IC2 di rag-giungere le batterie.

L’interfaccia RS232Per poter interagire con un PC, il

ROBOMANIA

Figura 5: Il cavo RS232 per il collegamento con un PC

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FEbot è stato equipaggiato diuna porta di comunicazioneRS232. L’hardware che si occupadi questa funzione è riportato infigura 4.

Come si può notare dal circuitodi figura 4, l’interfaccia RS232 ècostituita dall’oramai famosoMAX232. Questo circuito inte-grato ha il compito di trasforma-re i segnali provenienti dal micropresente sulla scheda in segnalicompatibili con lo standardRS232 e viceversa. I segnali delmicro sono infatti di tipo TTL,ovvero segnali digitali in cui lo“0” logico corrisponde ad unatensione di 0V, mentre l’ ”1” logi-co corrisponde ad una tensione

di 5V. Lo standard RS232 preve-de invece che i segnali digitalisiano rappresentati da tensioni di+12V e -12V rispettivamente peril livello logico “0” e per il livellologico “1”. Una cosa importanteda notare è il fatto che ilMAX232 riesce a generaresegnali di ±12V a partire da unatensione di alimentazione di 5V.Questo è possibile sfruttandouna tecnica nota come “pompadi carica” (charge pump) cheprevede il trasferimento di caricaelettrica attraverso una serie dicondensatori in modo che lasomma delle tensioni ai loro capisia maggiore della tensione di ali-mentazione stessa.Ovviamente, poiché niente si

crea e niente si distrugge (comediceva il buon vecchioLavoisier), i livelli di tensione di±12V non saranno in grado dierogare elevate correnti come irelativi livelli TTL.Le uscite Rx e Tx del MAX232sono collegate ad un connettoreDB9 femmina. Per collegare il cir-cuito ad un PC si dovrà utilizzareun cavo dritto con un connetto-re DB9 maschio ed uno femminaai due capi (si veda la figura 5).Al fine di monitorare visivamentel’attività di comunicazioneRS232, i segnali del MAX232vengono inviati anche a IC5 checontiene due amplificatori opera-zionali che useremo come com-paratori. Con riferimento alla

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ROBOMANIA

Figura 6: Le connessioni del PIC 16F876 sulla scheda madre

ROBOMANIA 105

ROBOMANIA

Figura 7: Schema completo della scheda madre del FEbot

figura 4 si vede infatti che la ten-sione di riferimento al morsettoinvertente è 0V per entrambi icomparatori. Per spiegarne il fun-zionamento si consideri la sezio-ne A di IC5 che pilota il led DL5in caso di segnali di trasmissioneda parte della scheda. Se la ten-sione Tx in uscita dal pin 14 delMAX232 è +12V allora il relativocomparatore avrà l’uscita alta(+5V) che consentirà l’accensio-ne di DL5. Viceversa se in ingres-so arrivano -12V l’uscita di IC5/Asarà 0V e DL5 risulterà spento.Gli amplificatori operazionalisono caratterizzati da una resi-stenza di ingresso molto alta,quindi l’impiego di IC5 consentedi monitorare i segnali RS232senza caricare i dispositivi che ligenerano. Le resistenze R4 ed R5limitano la corrente nei LEDquando questi sono accesi.

Il microcontrollore: unPIC16F876Il cuore della scheda madre delFEbot è un microcontrollorePICmicro 16F876. La scelta diquesto tipo di componente èstata dettata dalla facile reperibi-lità, il costo contenuto e la com-pletezza. Il 16F876 ha infatti unamemoria flash di 8K per il codice,368 byte di memoria dati e 256byte di EEPROM, oltre a tre timer,l’USART per la comunicazioneseriale, 13 interrupts e 5 canalianalogici per la conversione A/D.La sezione di circuito compren-dente il PIC, è riportata nella figu-ra 6. La PORT B del PIC è intera-mente dedicata ai dati e fa capodirettamente al connettore J1come da specifica. La PORT Cviene usata in parte per la comu-nicazione ed i segnali di control-

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ROBOMANIA

Figura 8: Circuito stampato in scala 1:1 (lato rame)

Figura 9: Piano di montaggio

lo relativi agli eventuali moduliconnessi, mentre RC6 ed RC7sono dedicati alla comunicazioneseriale, quindi sono collegati alMAX232. RC5 pilota il LED DL3che verrà acceso nel caso in cuivengano riscontrati errori nellacomunicazione con i vari moduli.I pin RB6 ed RB7 sono collegatianche al connettore J3 e, insiemeal segnale Vpp e GND, permet-tono la programmazione in-cir-cuit del PIC.La pressione del pulsante SW3provoca il reset del PIC ed il con-seguente riavvio del firmware. Ilreset è garantito automatica-mente anche all’accensione gra-zie alla rete formata da R6 e C5.All’accensione infatti C5 è scaricoquindi collega a massa il pin 1del PIC provocando il reset diquest’ultimo. Tuttavia C5 si cari-ca attraverso la resistenza R6 equando la tensione ai capi di C5viene riconosciuta come livello

logico “1”, ha inizio l’esecuzionedel programma caricato nel PIC.Il pin RA0 viene utilizzato comeingresso analogico e collegato alpositivo di alimentazione. In que-sto modo è possibile conoscereistante per istante il valore dellatensione di alimentazione esegnalare il basso livello dellatensione delle batterie attraversoil LED DL2 pilotato da RA1.

In figura 7 è riportato lo schemacompleto della scheda madrecomprendente tutte le sezionianalizzate precedentemente,mentre in figura 8 è riportato ilcircuito stampato realizzatosecondo le specifiche illustrate ilmese scorso.

CONCLUSIONIIl montaggio del circuito nonrichiede particolari indicazioni senon le solite raccomandazionisulla polarità dei condensatori

elettrolitici e dei diodi.Consigliamo di fissare il paccobatterie sulla parte inferiore dellaboard ancorandolo con unafascetta di plastica, del bi-adesivoo della colla a caldo.

Ovviamente, prima di testarel’hardware, dobbiamo program-mare il micro con l’opportunofirmware in modo da gestire tuttigli eventi previsti dalle specifiche.Il firmware merita di esseredescritto nei minimi dettagli, inquanto potrà essere riutilizzatose, nei vostri progetti, impiegateun PIC. L’idea è quella di costrui-re una libreria di routines daincludere nei propri progetti, evi-tando così di riscrivere ogni voltalo stesso codice. Per questo moti-vo il prossimo appuntamentocon il FEbot sarà interamentededicato al programma da inseri-re nel PIC, con la descrizione ditutte le funzioni utilizzate.

ROBOMANIA 107

ROBOMANIA

Elenco componenti

Sigla Valore Sigla Valore

R1 27 Ω 5 W C11 1 mF elettrolitico

R2, R3, R7 470 Ω 1/4 W C12 1 mF elettrolitico

R4, R5 330 Ω 1/4W D1, D2 1N4007

R6 10 KΩ 1/4 W DL1-DL3 LED rosso 3mm

R8 1,5 K Ω 1/4 W DL4 LED verde 3mm

C1 10 mF elettrolitico DL5, DL6 LED giallo 3mm

C2 100 nF elettrolitico IC1, IC2 LM7805

C3 100 nF ceramico IC3 PIC16F876

C4 1000 mF elettrolitico IC4 MAX232 o ICL232

C5 100 nF ceramico IC5 LM158 o MC1458

C6 22 pF ceramico XT1 Quarzo 4 MHz

C7 22 pF ceramico J1,J2,J3 Strip contatti passo 100 mils (2,54mm)

C8 1 mF elettrolitico J4 Connettore DB9 femmina

C9 1 mF elettrolitico SW1 Interruttore

C10 1 mF elettrolitico SW3 Pulsante n.a.

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ROBOMANIA

PIC16F876 – 28 pin Enhanced FLASH Microcontroller

MAX232 – +5V Powered Multichannel RS232 Transceiver

LM158 - Dual General Purpose Operational Amplifier

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ROBOMANIA

LM7805 – 3 Terminal Positive Regulator

UN NUOVO SISTEMADI SVILUPPO PERPICMICRO®

EASYPIC2: UNA SCHEDA DI SVILUPPO“TUTTO-IN-UNO”La scheda easyPIC2 consente lo sviluppo diapplicazioni impieganti PICmicro® a 8, 14, 18,28 e 40 pin.Tutti i jumper ed i componenti presenti sullascheda sono contrassegnati con un identificatoreper poter avere un riferimento diretto con loschema elettrico. easyPIC2 consente il testing diapplicazioni industriali come controllori di tem-peratura, contatori, timer e molte altre.

I dispositivi presentiCon riferimento alla figura 1, ecco cosa mette adisposizione la scheda:

1 Alimentatore. Fornisce i 5V ai dispositivi pre-senti sulla scheda. Può funzionare con tensio-ni di ingresso da 7V a 15V sia in corrente con-tinua che in alternata.

2 Questo jumper permette di selezionare lafonte di alimentazione tra una esterna o diret-tamente dal bus USB. In quest’ultimo casonon è necessario l’impiego di un alimentatoreesterno.

3 Programmatore USB caratterizzato da altavelocità e flessibilità. Può essere infatti pilota-to da un software che, se mantenuto aggior-nato, consente la programmazione dei micro

anche più recenti.4 Il sensore di temperatura DS1820 consente di

misurare temperature con un accuratezza di0,5°C.

5 Sezione di comunicazione RS232: è possibileselezionare su quali pin del micro indirizzare isegnali Rx e Tx.

6 I pin RA2 ed RA3 del micro sono collegati adue trimmer in modo da poter disporre didue ingressi analogici variabili da 0V a 5V.

7 La port A è connessa ad una rete di resistorimediante il dip switch SW1. Se SW1 non ènella posizione ON, alla port A non viene col-legato nessun pull-up o pull-down.

8 La funzione di pull-up o pull-down per le varieporte può essere selezionata mediante questijumper.

UN NUOVO SISTEMADI SVILUPPO PERPICMICRO®

in v

etrin

a

IN VETRINA110

MikroElektronika propone un nuovo sistema di sviluppo per

PICmicro® facile da usare, economico e dalle potenzialità veramente

grandi. Un compilatore Basic e una scheda esperimenti completa

di tutto: display 7 segmenti, switch, LED, potenziometri, porta

RS232 ed un programmatore USB direttamente on-board.

Figura 1: Una panoramica della scheda easyPIC2

9 Predisposizione per la connessione di un dis-play LCD compatibile con il controllerHD44780.

10 Area “millefori” per utilizzare specifici com-ponenti.

11 Supporto per i micro in package DIP8, DIP14,DIP18,DIP28 e DIP40. Questo consente di svi-luppare applicazioni per tutte le famiglie diPICmicro®.

12 32 pulsanti per pilotare gli ingressi del micro.13 È possibile scegliere se la pressione di un pul-

sante provochi il livello alto o il livello bassodel relativo ingresso.

14 LED connessi ad ogni pin del micro. Questopermette di monitorare lo stato dei segnalidigitali presenti sui pin.

15 Cifre a 7 segmenti per la visualizzazione deirisultati. Le quattro cifre sono pilotate inmodalità multiplex in modo da impiegare alminimo i pin di I/O del micro.

16 È possibile selezionare a quali porte sarannoconnessi i LED. È possibile anche selezionarequale delle quattro cifre dovrà essere abilitata.Questi dip switch consentono di scollegarefisicamente i led dai pin del micro.

17 È possibile regolare il contrasto del displayLCD eventualmente connesso alla scheda.

Il CDROM allegatoNella confezione della scheda easyPIC2 oltre aicavi ed al manuale, è contenuto un CD ricco didocumentazione veramente utile.È possibile trovare tutta la manualistica in forma-to pdf, i driver USB per il programmatore, le ver-sioni demo di MPLAB, MikroBasic eMikroPASCAL, due libri in formato elettronico daltitolo “PIC Microcontrollers” e “BASIC for PICmicrocontrollers” ed un gran numero di esempidi programmazione per il pilotaggio dei display7 segmenti in multiplex, la misura di temperatu-ra, interrupt, pilotaggio di display LCD, comuni-cazione seriale e molti altri ancora.

Le espansioniÈ possibile espandere le caratteristiche dellascheda easyPIC2 aggiungendo dei piccoli modu-li di espansione. Le possibilità sono molteplici:comunicazione a raggi infrarossi IrDA gestita dal

chip MCP2155, conversione A/D a 12 bit su 4canali, comunicazione RS485, comunicazionesecondo lo standard CAN con transceiverMCP2551, comunicazione CAN via SPI, interfac-cia con CompactFlash.

MIKROBASIC: UN COMPILATORE BASIC PERPICMICRO®

Per sviluppare tutto il firmware necessario allavostra applicazione, Mikroelektronika propone ilpacchetto MikroBASIC, un compilatore BASICper PICmicro®.Con MikroBASIC sarà possibile creare file sorgen-ti in Basic utilizzando il Code Editor integrato,compilare e linkare il codice, controllare il pro-gramma utilizzando il debugger, monitorare lostato delle variabili attraverso la Watch Window,ottenere un report degli errori di compilazioneed estrarre statistiche dettagliate sull’uso dellamemoria del PIC e molto altro.Il compilatore si presenta con una interfacciautente veramente intuitiva e facile da utilizzare(figura 3).

Scrivere il codice: Code EditorCode Editor è lo spazio per la stesura del codice

IN VETRINA 111

Figura 2: Le schede di espansione della easyPIC2

Figura 3: L’ambiente IDE di MikroBASIC

del programma. L’editor è di tipo intelligente eampiamente configurabile: può evidenziareerrori di sintassi ed eventualmente correggerliautomaticamente. Abilitando il Code Assistant èpossibile usufruire del completamento automa-tico della linea di codice semplicemente pre-mendo CTRL+SPACE.Con la stessa filosofia, il programma suggerisceanche i parametri caratteristici delle funzioniusate. È possibile scrivere il codice a partire damodelli predefiniti, oltre a poter inserire deisegnalibri (bookmark) e poter saltare a specifi-che linee di codice con un semplice comando.

Navigare nel codice: Code ExplorerLa finestra Code Explorer elenca tutte le dichiara-zioni fatte nella stesura del codice in modo dapoter risalire velocemente alle funzioni ed allevariabili dichiarate. Le costanti, le variabili, le fun-zioni e le etichette sono raggruppate in modo dafacilitare la lettura e la ricerca.

Controllare il codice: il DebuggerIl debugger consente di verificare il codice offren-do la possibilità di eseguire il programma riga perriga. Chiaramente, essendo un debugger a livellosorgente, non viene simulato il reale comporta-mento del PIC quindi non verranno aggiornati adesempio i timer ele perifericheinterne al micro.Mediante laWatch Window èpossibile monito-rare lo stato deiregistri del PICdurante tutta lafase di esecuzio-ne/debug delcodice.

Gestione degli errori: Error WindowNella finestra Error Window vengono elencati glieventuali errori riscontrati durante la fase di com-pilazione. Per ciascun errore viene fornita la suaposizione nel codice (linea e colonna), un codicedi errore e la relativa descrizione. Un doppio clicksu una particolare riga nella Error Window porta

immediatamente alla linea di codice alla qualel’errore è stato rilevato.

Assembly viewUna volta effettuata la compilazione del codiceBasic, è possibile, con il comando Assembly View,visualizzare il codice Assembler generato. Il codi-ce Assembler viene formattato in maniera estre-mamente comprensibile utilizzando i nomi sim-bolici dei registri. Nel caso in cui non sia ancorastata effettuata la compilazione, il comandoAssembly View avvia automaticamente la compi-lazione del codice proma di visualizzare il sor-gente in Assembler.

StatisticheSe il codice sorgente è stato compilato corretta-mente, è possibile accedere ad una serie di stati-stiche relative al programma appena compilato.Le statistiche possibili vanno dall’uso dellamemoria del PIC sia per l’intero codice, sia per lesingole routines, alla collocazione delle routinesnella memoria.

RIFERIMENTIPer ulteriori informazioni su easyPIC2 e sul com-pilatore MikroBASIC, è possibile consultare il sitowww.elettroshop.com da cui è possibile scarica-re la manualistica e la versione demo del compi-latore.

ElettroshopVia Cadorna, 27/31 – 20032 Cormano (MI)Tel. 02.66504794 Fax [email protected] – www.elettroshop.com

IN VETRINA112

Figura 4: La Watch Window

Figura 5: Un esempio di statistiche

Strumenti di misura

Oscilloscopio palmare

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12 MHz

Frequenza di campionamento: 2 x 240 Ms/s; canali: 2; bandapassante 2x30 MHz; impedenza di ingresso: 1 Mohm/20 pF, mas-simo livello di ingresso: 100 Vpeak (AC+DC), 200 Vpp (AC);accoppiamento di ingresso: AC / DC / GND (per calibrazione);risoluzione verticale: 8 bit; definizione LCD: 128 x 192 pixels conretroilluminazione a luce bianca; scala di misurazione RMS: da0,03 mV a 80 V (400 Vrms con sonda x10); gamma base deitempi: da 25 ns a 1 ora/div; sensibilità: da 1 mV a 20 V/div (10 mV- 200 V/div con sonda x10); alimentazione: 9V - 500 mA; paccobatterie incluso: 1800 mA NiMH.

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Frequenza di campionamento di 10MHz; banda passante superiore a 2MHz;

range di tensione da 5mV a 20V/div in 12 passi; base dei tempi regolabile da

200ns a 1hour/div in 32 passi; autosetup di tutti i parametri; trigger mode: run,

normal, once, roll, slope +/- ; possibilità di shiftare i cursori X e Y; lettura DVM

con opzione x10; calcolo della potenza audio (rms e peak); possibilità di misura-

re: dBm, dBV, DC, rms; signal markers per Volt e Time, lettura valore frequenza

riferita ai signal markers; funzione di registrazione (roll mode); funzione di memo-

rizzazione del segnale (2 memorie); LCD: 128x64 pixels/alto contrasto; autono-

mia maggiore di 20h con batterie alcaline. La confezione contiene l’unità HPS10,

il manuale d’istruzione e la sonda isolata x1/x10.

Frequenza di campionamento di 40MHz; sensibilità di 0.1mV; oltre

12 MHz di banda passante; range di tensioni da 5mV a 20V per

divisione in 12 steps; range di tempo da 50 ns a 1 ora per divisio-

ne in 34 steps; completo di autosetup; aggiustamento del segnale

sul display secondo due coordinate X e Y; lettura del DVM; calco-

lo della potenza del segnale audio in 2, 4, 8, 16 e 32 ohm; misura-

zione di dBm, dBv, DC, rms; visualizzazione della frequenza;

memorizzazione dei segnali; display LCD ad alta risoluzione

192x112 pixel; display LCD retroilluminato; output RS232 per PC;

alimentato con 5 batterie da 1,5V AA o con batterie ricaricabili

NiCd/NiMH. La confezione contiene l’unità HPS40, il manuale

d’istruzione e la sonda isolata x1/x10.

Generatore di funzioni per PC

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EURO 375 ,0 0

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EURO 49 5 ,0 0

PCG10 A

EURO 18 0 ,0 0

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EURO 225 ,0 0

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display a led con elementi a sette segmenti ad elevata luminosità; quattro possibili modalità d'uso:

frequenzimetro, contatore, contatore totale, autotest; basso consumo; compatto e leggero; segnale di ingresso regolabile.

Semplice e versatile generatore di funzioni in grado di fornire sette differenti forme d'onda:

sinusoidale, triangolare, quadra, impulsiva (positiva), impulsiva (negativa), rampa (positiva),

rampa (negativa). VCF (Voltage Controlled Frequency) interno o esterno, uscita di sincronismo

TTL /CMOS, simmetria dell'onda regolabile con possibilità di inversione, livello DC

regolabile con continuità. L'apparecchio dispone di un frequenzimetro digitale

che può essere utilizzato per visualizzare la frequenza generata o una frequenza esterna.

Oscilloscopio digitale che uti-

lizza il computer e il relativo

monitor per visualizzare le

forme d'onda. Tutte le informa-

zioni standard di un oscilloscopio digitale sono disponibili utilizzan-

do il programma di controllo allegato. L'interfaccia tra l'unità oscil-

loscopio ed il PC avviene tramite porta parallela: tutti i segnali ven-

gono optoisolati per evitare che il PC possa essere danneggiato da

disturbi o tensioni troppo elevate. Completo di sonda a coccodrillo e

alimentatore da rete.

Collegato ad un PC consente di visualizzare e memorizzare

qualsiasi forma d’onda. Utilizzabile anche come analizza-

tore di spettro e visualizzatore di stati logici. Tutte le impo-

stazioni e le regolazioni sono accessibili mediante un pan-

nello di controllo virtuale. Il collegamento al PC (completa-

mente optoisolato) è effettuato tramite la porta parallela.

Completo di software di gestione, cavo di collegamento al

PC, sonda a coccodrillo e alimentatore da rete.

Generatore di funzioni da abbinare ad un PC; il software in dotazione con-

sente di produrre forme d’onda sinusoidali, quadre e triangolari oltre ad

una serie di segnali campione presenti in un’apposita libreria. Possibilità di

creare un’onda definendone i punti significativi. Il collegamento al PC può

essere effettuato tramite la porta parallela che risulta optoisolata dal

PCG10A. Può essere impiegato unitamente all’oscilloscopio PCS500A nel

qual caso è possibile utilizzare un solo personal computer. Completo di

software di gestione, cavo di collegamento al PC, alimentatore da rete e

sonda a coccodrillo.Risposta in frequenza: 0Hz a 12MHz (± 3dB); canali: 1; impedenza

di ingresso: 1Mohm / 30pF; indicatori per tensione, tempo e frequen-

za; risoluzione verticale: 8 bit; funzione di autosetup; isolamente otti-

co tra lo strumento e il computer; registrazione e visualizzazione del

segnale e della data; alimentazione: 9 - 10Vdc / 500mA (alimentato-

re compreso); dimensioni: 230 x 165 x 45mm; Peso: 400g.

Sistema minimo richiesto: PC compatibile IBM; Windows 95, 98, ME,

(Win2000 or NT possibile); scheda video SVGA (min. 800x600);

mouse; porta parallela libera LPT1, LPT2 or LPT3; lettore CD Rom.

Risposta in frequenza: 50 MHz ±3dB; ingressi: 2 canali più

un ingresso di trigger esterno; campionamento max: 1

GHz; massima tensione in ingresso: 100 V; impedenza di

ingresso: 1 MOhm / 30pF; alimentazione: 9 ÷ 10 Vdc - 1 A;

dimensioni: 230 x 165 45 mm; peso: 490 g.

Frequenza generata: 0,01 Hz ÷ 1 MHz; distorsione sinusoidale: <0,08%;

linearità d’onda triangolare: 99%; tensione di uscita: 100m Vpp ÷ 10 Vpp;

impedenza di uscita: 50 Ohm; DDS: 32 Kbit; editor di forme d‘onda con libre-

ria; alimentazione: 9 ÷ 10 Vdc - 1000 mA; dimensioni: 235 x 165 x 47 mm.

Oscilloscopio digitale per PC

1 canale 12 MHzPCS10 0 A

EURO 18 5 ,0 0

2 MHzHPS10

EURO 18 5 ,0 0

Frequenzimetro digitale 1,3 GHz

Stesse caratteristiche del modello HPS10 ma con display blu con

retroilluminazione. L'oscilloscopio viene fornito con valigetta

di plastica rigida. La fornitura comprende anche la sonda

di misura isolata x1/x10.

HPS10 Special Edition

HPS10 SE

EURO 210 ,0 0

Generatore di funzioni 0,1 Hz - 2 MHz

ACCESSORI PER OSCILLOSCOPI:

PROBE6 0 S - Sonda X1/X10 isolataLarghezza di banda: 60MHz - Euro 28,00

BAGHPS - Custodia per oscilloscopi HPS10/HPS40 - Euro 18,00

Disponibili numerosi modelli di multimetri,palmari e da banco. Per caratteristiche

e prezzi visita la sezione Strumenti

del nostro sito www.futuranet.it

DVM20

EURO 29 0 ,0 0

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