Fare Elettronica - Fe 223 - 2004

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

TECNOLOGIE SPERIMENTALI

TUTORIAL

• PIC® MICROCONTROLLER BY EXAMPLE• VITAMINA C

BIOGRAFIA

• THOMAS ALVA EDISON

ROBOMANIA

• MANUALE SEMISERIO DI ROBOTICA

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HARDWARE

• FOTOFONO• PROIETTORI A LED PER AUTOMOBILI• SPICE: LA SIMULAZIONE DEI CIRCUITI

ELETTRICI ED ELETTRONICI

www.farelettronica.com

N° 223 - GENNAIO 2004 - ANNO 20 € 4,50 - Frs 9,00

ALL’INTERNO LE PAGINE DI:

• PROGETTIAMO UN RAZZO• I NASI ELETTRONICI

COSTO ZERO

• I PROGETTI DI COSTO ZERO:STAZIONE AD ARIA CALDA PERCOMPONENTI SMT

INTRODUZIONE ALLELOGICHE PROGRAMMABILI

BIOQUADRAPODUN ROBOT A QUATTRO GAMBE:

REALIZZAZIONE PRATICA

REGALO DI SAN VALENTINO

Tiziano [email protected]

Ricordo che quando sono arrivato in caserma per il mio primo giorno di militare, avevoappena compiuto 20 anni. Sono arrivato in quella sperduta caserma nei pressi di Trieste ed ilbenvenuto da parte di un militare più “anziano” (in seguito diventato un mio caro amico) èstato: “365 giorni… non ti passa più!”.Superato lo sconcerto iniziale, ho capito che in fondo un anno non è poi così lungo e chesarebbe passato in fretta, avevo 20 anni, tante speranze e tanti obbiettivi da raggiungere.Oggi, 20 anni dopo, alcuni di quelli obbiettivi li ho raggiunti altri no, ma un nuovo e rinno-vato entusiasmo mi spinge a cercarne sempre di nuovi.Come me allora, Fare elettronica compie 20 anni, come un giovane che si affaccia almondo degli adulti, è piena di entusiasmo e voglia di fare.Siete voi, cari lettori, con il vostro apprezzamento per il lavoro fino ad ora svolto e l’incorag-giamento a proseguire su questa strada che rendete indimenticabile il nostro compleanno edè a voi che continueremo a dedicare tutti i nostri sforzi.

Ad essere sincero, delle interminabili riunioni di redazione, la parte che preferisco è quellarelativa al piano editoriale, è sempre stimolante discutere e decidere su quello che faremo edè proprio per questo che vi voglio anticipavi alcune delle prossime iniziative:Un nuovo corso teorico/pratico sulla costruzione di piccoli robot e di tutti gli elementi che licompongono, una serie di articoli dedicati alle reti wireless e Bluetooth, un corso di elettroni-ca di base per principianti scritto in modo che sia semplice da capire e divertente da leggere,un corso dedicato alla optoelettronica con tanti esperimenti pratici, un corso dedicato almondo dell’amplificazione e dei diffusori acustici, inoltre, amplieremo la trattazioneteorico/pratica delle logiche programmabili, approfondiremo l’utilizzo dei linguaggi di pro-grammazione (come il Visual Basic) con particolare attenzione all’interfacciamento dei PCcon il mondo esterno, approfondiremo la conoscenza dei sistemi di automazione industrialecon particolare riguardo ai protocolli di comunicazione, affronteremo il mondo del GPS sia alivello teorico sia pratico, presenteremo una serie di progetti impieganti il riconoscimentovocale e molto altro ancora…Chiaramente non mancheranno tantissimi progetti pratici, dai più semplici dedicati ai princi-pianti ai più complessi riservati ai lettori più preparati, tutti in ogni caso molto interessanti edutili.Sul fronte della grande rete, abbiamo pronto il nuovo sito web che offrirà tutta una serie dinuovi ed interessanti servizi, compreso la tanto richiesta rivista in formato PDF, infatti, dare-mo la possibilità di scaricare i numeri arretrati in formato PDF. Infine presto sarà attiva lanewsletter che vi terrà informati sulla rivista ed il sito.Come potete notare le nuove iniziative sono talmente tante che due pagine non basterebbe-ro a descriverle tutte, ma spero di avervi trasmesso l’entusiasmo che spinge noi tutti lavorareper darvi ancora un altro entusiasmante anno di Fare Elettronica.

Siamo qui, con voi, davanti a questa bellissima torta intenti a cantare “tanti auguri a te”, maprima di spegnere le candeline lasciateci esprimere un desiderio… quale?Offrirvi una rivista divertente, interessante e sempre nuova che vi accompagni per tanti anniancora nel vostro hobby e lavoro.

Questi settemilatrecento giorni passati insieme sono stati memorabili, ma siamo ancora qui aguardare i prossimi venti anni con ottimismo, certi che di strada ne faremo ancora tanta.

Non c'è più spazio per introdurre come di consueto il nuovo numero, lascio quindi a voi ilpiacere di scoprirne il contenuto. Vi rinnovo l’appuntamento in edicola il prossimo mese e viauguro buona lettura.

7.300 GIORNI…

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DIRETTORE RESPONSABILE:GianCarmelo Moroni

DIRETTORE DI REDAZIONE:Tiziano Galizia ([email protected])

PROGETTO GRAFICO E IMPAGINAZIONE:Graficonsult - Milano ([email protected])

HANNO COLLABORATO:Andrea Corbari, Eugenio Cosolo, Nicola Ulivieri, Fabrizio Fazio,Agostino Rolando, Marco Fabbri, Sergio Tanzilli, Eugenio Cosolo,Simone Bernardi, Alice Vezzaro, Andrea Marani, Nico Grilloni, Luigi Carnevale

DIREZIONE - REDAZIONE - PUBBLICITÁINWARE srlVia Cadorna, 27/31 - 20032 Cormano (MI)Tel. 02.66504794 - 02.66504755 - Fax [email protected] - www.inware.it

STAMPA:ROTO 2000Via 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

UFFICIO ABBONAMENTIPARRINI & C. S.p.a. Servizio abbonamentiViale Forlanini, 23 - 20134 MilanoPer informazioni, sottoscrizione o rinnovo dell’abbonamento:Telefono: 02.66504794 - Fax: 02.66508225

Spedizione in abbonamento postale 45% art. 2 comma 20/Blegge 662/96 - Milano.Abbonamento per l’Italia: € 39,00Abbonamento per l’estero: € 78,00Per la sottoscrizione degli abbonamenti, utilizzare il modulo stampatoin ultima pagina.Gli arretrati potranno essere richiesti, per iscritto, al seguente costo:Numero singolo: € 7,50Numero doppio: € 9,00

Autorizzazione alla pubblicazione del Tribunale di Milano n. 647 del 17/11/2003 INWARE srl.© Tutti i diritti di riproduzione o di traduzione degli articoli pubblicati sono riser-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 circuitistampati. Conformemente alla legge sui Brevetti n.1127 del 29-6-39, i circuiti e glischemi pubblicati su Fare Elettronica possono essere realizzati solo ed esclusiva-mente per scopi privati o scientifici e comunque non commerciali. L'utilizzazionedegli schemi non comporta alcuna responsabilità da parte della Società editrice.La Società editrice è in diritto di tradurre e/o fare tradurre un articolo e di utiliz-zarlo per le sue diverse edizioni e attività, dietro compenso conforme alle tariffein 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

Artek 23-47A.R.I. Pompei 55Ascon 93Contrive 11Elettroshop IV copG.P.E. kit 87Grifo II copParsic 33-105Pianeta Elettronica 41Sandit 73Tanzilli 83

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, con 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 contattarciIl nostro indirizzo email:

[email protected] nostri numeri telefonici:

Tel 02.66504794 Fax 02.66508225Il nostro indirizzo postale:

Redazione di Fare ElettronicaINWARE srlVia Cadorna, 27/3120032 Cormano (MI)


SOMMARIO

tecnologie sperimentaliProgettiamo un razzo: sistema di rientro 48(paracadute) (Sesta parte)di Eugenio Cosolo

I nasi elettronici 68di Nicola Ulivieri

tutorialPIC® Microcontroller 22By Example (terza parte)di Tiziano Galizia e Sergio Tanzilli

Vitamina C (quinta parte) 80di Sergio Tanzilli

biografiaThomas Alva Edison 74di Alice Vezzaro

costo zero

hardwareIntroduzione alle logiche 16programmabili (seconda parte)di Simone Bernardi

Regalo di San Valentino 34di Fabrizio Fazio

Fotofono 42di Agostino Rolando

Proiettori a led per automobili 56di Andrea Marani

Spice: la simulazione dei circuiti 60elettrici ed elettronici (prima parte)di Nico Grilloni

rubricheMailbox 6

Mercati & Tecnologie 8

News 10

Le fiere e mostre mercato 77di Febbraio e Marzo 2004

In Vetrina:

Da Abacom un CAD per la progettazione 110elettronica, ideale per l’uso hobbistico

Casse & amplificatori 112

robomaniaBioquadrapod un robot a quattro 98gambe: realizzazione pratica (prima parte)di Luigi Carnevale

Manuale semiserio di robotica 106comunicare con il robot (terza parte)di Marco Fabbri

Costo zero (quarta parte) 88di Andrea Corbari

I progetti di costo zero:

Stazione ad aria calda per 91componenti SMTdi Alfredo Alfonsi

DIODI RADDRIZZATORICari signori, sto cercando di realizzare per il mio labora-torio un alimentatore stabilizzato ma non mi è chiara ladifferenza tra un raddrizzatore a due o a 4 diodi. Potetespiegarmelo?Colgo l’occasione per complimentarmi con voi per la ru-brica mailbox e spero che la mia richiesta venga soddi-sfatta.

Marco Caldara

Gli schemi del raddrizzatore a doppia se-mionda a 2 diodi e a 4 diodi (detto anche “a ponte diGraetz”) sono riportati rispettivamente nella figura se-guente.La prima differenza è che la soluzione a 2 diodi (A)comporta l’impiego di un trasformatore a presa cen-trale quindi più costoso.

La differenza sostanziale sta però nella tipologia deidiodi da impiegare.I diodi nello schema A funzionano in modo alternatoovvero durante la semionda positiva conduce D1 men-tre nella semionda negativa conduce D2. Il diodo inter-detto è sottoposto ad una tensione inversa pari al dop-

pio di quella di una singola uscita del trasformatore.Nello schema B, invece, i diodi si trovano in condu-zione a coppia: D1 e D2 durante la semionda posi-tiva, D3 e D4 in quella negativa. Per questo motivo idiodi interdetti sono sottoposti ad una tensione in-versa pari alla tensione di uscita del trasformatore (ov-vero la metà rispetto al caso precedente).Il consiglio è quello di utilizzare la soluzione B ancheperché i 4 diodi collegati a ponte di Graetz sono repe-ribili in commercio in forma integrata.

AMPLIFICATORE A COLLETTORE COMUNESpettabile redazione, leggendo un vostro articolo ho incon-trato una, purtroppo, troppo breve spiegazione di un am-plificatore a “collettore comune”. Potete spiegarmi quale èil suo impiego tipico?

Renato Barletta

L’amplificatore a collettore comune, il cuischema è riportato nella figura seguente, è caratteriz-zato da un fattore di amplificazione pressoché unitario,una resistenza di ingresso elevata ed una resistenza diuscita molto bassa.

Il fattore di amplificazione circa unitario, fa sì che il se-gnale applicato all’ingresso lo si ritrovi inalterato inuscita e per questo motivo tale circuito non può essereimpiegato come stadio amplificatore vero e proprio. Unsimile circuito trova invece largo impiego in tutte quelleapplicazioni in cui è necessario un adattamento di im-pedenza.

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 achiunque ci scriverà via email.

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A B

Si consideri un amplificatore audio: in teoria dovrebbeavere una resistenza di ingresso infinita affinché tutto ilsegnale applicato giunga all’amplificatore, un buon fat-tore di amplificazione ed una resistenza di uscita nullaper consentire a tutto il segnale amplificato di raggiun-gere il carico.Qualora un amplificatore sia caratterizzato da un ottimofattore di amplificazione, ma da valori non ottimali diresistenza di ingresso e di uscita, è possibile inserire unostadio adattatore di impedenza (come appunto il collet-tore comune) sia all’ingresso (in modo da aumentare laresistenza di ingresso), che all’uscita (in modo da abbas-sare la resistenza di uscita).

IMPEDENZA E RESISTENZASono un hobbista alle prime armi, il mondo dell’elettronicami affascina moltissimo, ma spesso mi trovo di fronte aproblemi per me insormontabili senza una spiegazione op-portuna, infatti, i miei studi sono di natura classica quindicapirete questa mia richiesta: Qual è la differenza tra “im-pedenza” e “resistenza”?

Mirko Pinna

Come esempio consideriamo un resistore di va-lore 1000 Ω. Questo valore rimarrà costante qualsiasi siala frequenza del segnale a cui il componente viene sot-toposto. 1000 Ω è il valore della “resistenza” del resi-store.Consideriamo ora un condensatore: essendo costituitoda due film metallici separati da un isolante, risulta evi-dente che se ne misuriamo la resistenza con un ohme-tro, leggeremo un valore infinito. Se però il condensa-tore viene sottoposto ad un segnale in corrente alter-nata, le cariche elettriche possono spostarsi da un’arma-tura all’altra più o meno liberamente, dando origine aduna corrente elettrica. Quindi in questo caso il conden-satore non presenta più una resistenza infinita. Tanto

più aumenta la frequenza del segnale tanto più le cari-che elettriche sono libere di muoversi per cui la correnteaumenta quindi la resistenza diminuisce.Si deduce allora che il condensatore presenta (indipen-dentemente dal valore della sua capacità) una resistenzache cambia al variare della frequenza del segnale a cui èsottoposto. In questo caso si parla allora di “impe-denza”.Discorso analogo vale per l’induttanza che presenta unaresistenza nulla in corrente continua ed una resistenzache aumenta linearmente con la frequenza del segnale.

FILTRO ADSLEgregi signori, tralasciando i complimenti di rito, arrivo su-bito al mio problema che spero mi aiutiate a risolvere. Daqualche giorno dispongo (finalmente) di una veloce lineaADSL, ma questa causa strani fischi e rumori casuali du-rante le mie telefonate. Un amico mi ha detto che esistonodei filtri che risolvono il problema, ma ho qualche difficoltàa reperirli, per questo arrivo alla domanda: qual è la fun-zione di un filtro ADSL e come fare per costruirne uno?Vi ringrazio per l’aiuto ed ancora complimenti per l’ottimarivista.

Massimiliano Monteni

Se avete attivato ADSL allora sulla vostra linea te-lefonica convivono due tipi di segnale: il segnale telefo-nico tradizionale ed il segnale dati ADSL.Il segnale telefonico è di tipo passa-basso con banda dicirca 8 KHz, ovvero, i segnali presenti sono caratterizzatida frequenze comprese tra 0 e 8000 Hz. Il segnaleADSL è invece caratterizzato da frequenze maggiori di26 KHz. Il filtro ADSL non è altro che un filtro passa-basso con banda 8 KHz che consente di eliminare il se-gnale ADSL per evitare che questo raggiunga l’apparec-chio telefonico. Il modem ADSL ha poi al suo interno unfiltro passa-alto che permette di escludere il segnale te-lefonico. Costruire un filtro ADSL da collegare all’appa-recchio telefonico è una cosa piuttosto semplice. Nellafigura seguente è riportato lo schema di un passa-bassopassivo del sesto ordine adatto allo scopo.Nel costruire il filtro abbiate l’accortezza di mantenerele induttanze sufficientemente distanti tra loro per evi-tare interferenze indesiderate.

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MERCATI & TECNOLOGIE8

È ormai noto a tutti il fatto che negli ultimi anni, e soprattutto dall'inizio del nuovo millennio, sia in attouna vera e propria rivoluzione tecnologica nel mercato del bianco (o mercato degli elettrodomestici).

di Dario Kubler

IL MERCATO DEL BIANCO

Ho avuto la possibilità di vivere in diretta questo feno-meno - nato nella prima metà degli anni 90 e svilup-patosi più concretamente negli anni a cavallo delnuovo millennio - e lo sforzo sviluppato per imporretale cambiamento al mercato da parte dei maggioricentri di ricerca del settore.

La mia professione di supporto tecnico prima, e diresponsabile vendite poi, mi ha portato, infatti, aconoscere a fondo il mondo del bianco in virtù dellaleadership che la nostra nazione vanta in questo mer-cato. Oggigiorno, infatti, più di un terzo degli elettro-domestici venduti in Europa è prodotto in Italia, men-tre Germania, Francia, Spagna e Turchia seguono aduna certa distanza; ma se consideriamo anche lo stu-dio e la progettazione degli stessi, la percentuale cre-sce fino a superare il 50%.

Ho anche assistito al lungo conflitto di idee che hacontrapposto, per anni, gli ingegneri ed i progettisti diapparati elettronici a quelli di estrazione meccanica edelettromeccanica. Questi ultimi, oltremodo prudentinel valutare l'impatto delle cosiddette “nuove tecnolo-gie” su un apparato tradizionalmente robusto comeuna lavatrice o un frigorifero, in cui il contenuto mec-canico la fa da padrone, erano profondamente con-vinti che l'elettronica non fosse nata per controllare unciclo di lavaggio o per gestire l'attivazione di un com-pressore. Inoltre, l'elettronica era considerata comesoluzione di gran lunga meno affidabile rispetto all'u-tilizzo della meccanica o dell'elettromeccanica e che,in ogni caso, la sensazione (anche tattile) di robustez-za fornita da un bel timer rotativo non sarebbe maistato soppiantata da una pulsantiera digitale.

Il conflitto è stato alla fine vinto dai microchip, dalcosto sempre più basso ma dalle capacità illimitate.Anzi, col senno di poi, si potrebbe perfino dire che l'e-sito della battaglia fosse scontato. Infatti l'avvento deicellulari - cresciuti con ritmo esponenziale a partiredalla seconda metà degli anni '90 - nella nostra vita

quotidiana, la proliferazione di telecomandi, deivideoregistratori e di altri dispositivi con interfacciautente sofisticata all'interno delle nostre case, nonchéla massiccia integrazione dell'elettronica nell'automo-bile (trascinata ad esempio dalle esaltanti prestazionidelle centraline elettroniche e dei sistemi di cambioautomatico nel mondo della Formula 1) hanno di fattoimposto che anche la vecchia, squadrata lavatricevenisse gestita con LED luminosi o display ad icone.

Si può dire che, nel settore dell'elettrodomestico, oggisi assiste alla medesima rivoluzione elettronica checoinvolse il mondo dell'automobile a partire dagli anni

90. Così come è accadutonelle autovetture, anche nelbianco la penetrazione del-l'elettronica è stata gradualema inesorabile. Basti pensa-re, ad esempio, alla conver-sione del controllo del

lavaggio, nato da un ambito prettamente elettromec-canico (un timer a spazzole, selezionato manualmen-te, che determina le tempistiche delle varie fasi delciclo) ad uno basato sull'esecuzione di un programmaall'interno di un microcontrollore (tipicamente unamacchina ad 8-bit) i cui parametri sono definiti edimpostati durante l'assemblaggio della lavatrice, equindi memorizzati, mediante una codifica ad hoc, inuna memoria non volatile (tipicamente una EEPROMseriale con densità di memoria da 4 a 32 kbit).

Ma la presenza dell'elettronica non si limita a control-lare e ad aggiungere flessibilità al solo ciclo di lavag-gio. Infatti con l'avvento della connettività - ovvero lapossibilità che più moduli all'interno dell'elettrodome-stico hanno di scambiarsi delle informazioni - si èpotuta accrescere la qualità del controllo del dispositi-vo stesso, riducendo, al stesso tempo, tanto i costi rea-lizzativi quanto alcuni effetti indesiderati: consumoenergetico, inquinamento e rumorosità. Ad esempio,all'interno delle lavatrici elettroniche di ultima genera-zione, possiamo trovare diversi microcontrollori. Apartire dal modulo di controllo e di gestione del pro-gramma di lavaggio (scheda timer) gestito tipicamen-

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te da un microcontrollore ad8-bit con memoria di pro-gramma Flash da 8 a 32Kbytefino alla scheda che gestisce ilpilotaggio del motore su piùfasi e in grado di variare la suavelocità in funzione del caricoe del ciclo selezionato; daimoduli specifici corredati disensori di pressione e di tem-peratura dell'acqua fino aisensori di resistività e di torbi-dità dell'acqua di risciacquo, iquali forniscono all'unità cen-trale preziose informazionisulla concentrazione ionica esul grado di sporco del buca-to. Fra i protocolli più getto-nati per questa importantefunzione di colloquio all'inter-no della lavatrice, troviamo ibus seriali asincroni (standard RS232/485), quelli sin-croni (SPI e IIC), e quelli di prossima generazione diderivazione automotive, fra cui il bus LIN - LocalInterconnection Network -.

Oggigiorno, in ogni centro di ricerca che si rispetti, inItalia come nel resto del mondo, si stanno sviluppan-do dei nuovi motori elettrici per la gestione degli elet-trodomestici. Ci riferiamo ai motori trifase ad induzio-ne utilizzati per le lavatrici della prossima generazione;o anche ai motori brushless (senza spazzole) in cor-rente continua per il pilotaggio dei compressori dei fri-goriferi. Lo scopo principale di tali motori sarà quellodi abbattere il consumo di energia elettrica - aderendoalle nuove direttive internazionali previste dagli accor-di di Kyoto - e di incrementare l'efficienza elettrica deldispositivo, a vantaggio della qualità del lavaggio edabbattendo allo stesso tempo il rumore acustico equello elettromagnetico generato dal motore duranteil suo funzionamento.

Non va infine sottaciuta l'interfaccia utente. A partire

dai semplici indicatori luminosi a LED fino ai displayLCD o VF - a fluorescenza, più comuni nei forni a causadelle elevate temperature raggiunte - oggi i nostri elet-trodomestici sono in grado di colloquiare con noi inmaniera semplice ed immediata, avvisandoci in antici-po se qualcosa non sta andando per il verso giusto e(in qualche caso lo fanno già) arrivando perfino a pre-allertare, mediante l'invio di un messaggio SMS, il cen-tro di assistenza della casa produttrice con cui è statostipulato contratto di garanzia. Ma c'è di più: nellesoluzioni più sofisticate il frigorifero o il nuovo fornoelettrico potranno essere corredati perfino da unmonitor, in grado di connettersi ad internet e di sco-vare, nella vastità della rete, le ultime ricette disponi-bili o quelle più adatte al piatto che si desidera cuci-nare.

Non è una sorpresa, quindi, che da una recente stati-stica risulti che nell'anno in corso il 40% dei frigoriferimessi in vendita in Europa conterrà almeno un micro-controllore. Percentuale destinata a salire per gli altrisettori del mercato del bianco: la cottura ed il lavag-gio; mentre si avrà la piena copertura del mercatodella lavastoviglie, tradizionalmente il dispositivo piùsofisticato del settore.

Come avevo anticipato inpremessa, attraversiamouna autentica rivoluzionenel mondo del bianco equello che accadrà neiprossimi anni sarà sola-mente limitato dalla fanta-sia dei progettisti di oggi edi quelli di domani. Ciattende una nuova modali-tà di interazione con il

mondo che ci circonda ed in modo particolare con glielettrodomestici della casa del futuro. Anzi, per uncerto verso, una parte di questo futuro è già presenteanche ai nostri giorni: si pensi alla possibilità offerta dauna nota azienda del settore che offre, per la funzionedi aspirazione, un piccolo robot in grado di pulire inpiena autonomia tutta la superficie di un appartamen-to per poi ricaricarsi automaticamente, una voltaentrato in riserva. Si intravedono le nuove strade aper-te verso un mondo in cui le attività di routine sono affi-date a "maggiordomi" silenziosi e di poche pretese. Etutto ciò grazie all'elettronica, alla sua affidabilità esoprattutto alla creatività che un progettista program-matore può esprimere anche attraverso un piccolo,semplice chip.

Dario Kubler è sposato con Michela, e papà di Riccardo e Filippo. Da poco traguardati isuoi primi quarant'anni, si è laureato, in Ingegneria Elettronica al Politecnico di Milanocon una tesi sulla comunicazione coerente in fibra ottica sviluppata presso i laborato-ri milanesi della Società Pirelli Cavi. Dopo un periodo che lo ha visto impegnato nellaricerca e progettazione in Bticino di un sistema di comunicazione in ambito domesti-co, ha iniziato la carriera nel mondo dei semiconduttori presso la società MicrochipTechnology, leader nel settore delle applicazioni embedded, operando come sopportotecnico e poi come responsabile vendite.

I messaggi per Dario Kubler potranno essere indirizzati a [email protected]

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nato Dspcentric. Incor-pora componenti analogi-ci che ottimizzano il cam-pionamento real timemigliorando le prestazionidinamiche. Il risultato èun sistema professionaledi acquisizione e analisidalle specifiche ecceziona-li, dal rapporto segnalerumore di rilievo e da unadistorsione armonica tota-le al vertice. La sua archi-tettura consente di espan-dere il proprio analizzato-re fino a realizzare un sot-tosistema da 32 canali,che a sua volta può essereintrodotto in un networkdi sottosistemi fino a for-mare un sistema fino a1024 canali.

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RIFERIMENTI DITENSIONI DERIVATEAnalog Devices ha recen-temente rilasciato unafamiglia di Ic di riferimen-to di tensioni derivate adalte prestazioni, ognunoracchiuso in packageSc70. Si tratta della serieAdr5xx (Adr520, Adr525,Adr530, Adr540, Adr545,Adr550), che vanta rumo-re picco-picco di appena 4microV e un coefficiente dimassima temperatura disoltanto 20 ppm/gradi C.Particolarmente facile dautilizzare, non necessita dicondensatori esterni perrisultare stabilizzata, rima-nendo tuttavia completa-mente stabile quandopiloti carichi capacitivi.Assorbendo una correntedi esercizio di solo 60microA, è adatta per appli-cazioni a bassa potenza

NEWS410

Questo spazio è gentilmen-te offerto da EONews, ilQuindicinale di notizie ecommenti per l’industriaelettronica di VNU BusinessPublications Italia.

IDEE DI PROGETTO: LANUOVA INIZIATIVA SULWEB DI ELETTRONICAOGGI

“Idee di progetto – DesignIdeas” è la nuova rubrica diElettronica Oggi che è statalanciata dal mese diSettembre 2003. Caratteri-stica saliente di questa nuo-va iniziativa è che sarà com-pletamente ed esclusivamen-te on line ed accessibile dalsito www.ilb2b.it.L’obbiettivo principale è crea-re una vera e propria libreriadi idee alla quale tutti coloroche operano in maniera pro-fessionale nel mondo dell’elet-tronica possano “catturare”informazioni e suggerimentiutili per il loro lavoro quotidia-no. Questo nuovo strumentovi permette di scaricare, conun solo click, tutte le risorsenecessarie per risolvere velo-cemente qualsiasi problemae, in ultima analisi, minimiz-zare il time to market.

CONDENSATORI AL TAN-TALIO PER AUTOMOTIVE

Le applicazioni automoti-ve hanno richieste sem-pre più sofisticate in fattodi compatibilità termicadei componenti. Di con-seguenza c’è la tendenzaalla decentralizzazione,quindi sempre più vicino eall’interno di hot spotcome motore o cambio. L’aumentare della densitàdi integrazione comportadei problemi per elimina-re la dissipazione di calo-re. EPCOS ha progettatodi specificare l’interagamma automotive (serieperformance) di con-densatori al tantalio persopportare temperaturefino a 175 gradi C.I condensatori sono statiadattati in modo specificoal settore automotive cherichiede non soltantoun’elevata stabilità termi-ca, ma anche un’estremaaffidabilità.In condizioni di riferimen-to la frequenza di guasti diquesto spettro di prodottiè minore di 2,5 FIT (failu-res in time), laddove 1 FITcorrisponde a 1 guastoogni 109 ore di funziona-mento per componente. Attualmente sono dispo-nibili campioni dei tipi47F/10V e 10F/35V,

entrambi in custodia D.


TENSIONE DI BORDOSOTTO CONTROLLOEPCOS, oltre ai varistoridella serie AUTO per ten-sioni di bordo di 12 e 24 Vgià in commercio, ha svi-luppato anche la seriePowerNet 42V adatta perimpiego nei futuri alimen-tatori per auto da 42 V. Inuovi varistori sarannodisponibili nei size 7, 1014 e 20 mm. In funzionedel loro diametro possonoresistere a transienti di250 A (7 mm) fino a 2000A (20 mm). Il range ditemperatura va da -40 a+125 gradi C. Un’altracaratteristica è rappresen-tata dall’elevata stabilitàalle variazioni di tempera-tura (1000 cicli), un requi-sito essenziale per l’impie-go nei veicoli. I nuovi vari-stori ostacolano l’insorge-re di picchi di tensionegenerati da carichi indut-tivi come motori per tergi-cristalli, alzacristalli, venti-latori, tettucci apribili ecc.


ANALIZZATORE DISEGNALI DINAMICI

Abacus di Acal Italia è unanalizzatore modularebasato su un processoread alta velocità denomi-

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dove lo spazio su schedasia scarso e il minimorumore fondamentale.


OPTOACCOPPIATORICON TRANSISTOR ADALTA VELOCITÀ

Fairchild Semiconductorha annunciato il rilasciodei dispositivi FODM452e FODM453, i primi pro-dotti di una nuova fami-

glia d’optoaccoppiatoricon transistor ad alta velo-cità che forniscono lamiglior reiezione ai distur-bi di modo comune oggidisponibile, oltre ad avereil package col profilo piùbasso. La particolare co-struzione complanare per-mette a questi optoaccop-piatori d’offrire una CMRche è il 30% superiore aiprodotti similari; inoltre, illoro contenitore MFP(Mini-Flat Packaging) a 5pin riduce il volume delpackage del 35% rispettoa quelli in contenitoreSOIC ad 8 pin comune-mente usati. Gli altri benefici dei nuoviFODM452 e FODM453includono l’elevata lar-

ghezza di banda (1Mb/s)e la commutazione veloce( t u r n - o n / t u r n - o f f<1micros). Prestazioniavanzate e ridotta dimen-sione del package di que-sti nuovi optoaccoppiatorili rendono ideali per appli-cazioni quali ricevitori dilinea, interfacce d’uscitaverso CMOS-LSTTL-TTL,rimpiazzo di trasformatorid’impulsi e accoppiamen-ti analogici a larga bandapassante.


IC DRIVER PER DIODILASERI nuovi dispositivi Atr0807e Atr0808 di Atmel sonoIc driver per diodi laser a

tre canali con due usciteselezionabili. Le due usciteidentiche possono essereutilizzate per l’uso di diodilaser Dvd o Cd-Rw.Ognuna supporta correntifino a 500 mA. I tempi disalita e discesa sono infe-riori a 0,8 ns, consenten-do di sviluppare unitàDvd/Cd con velocità discrittura da 4 a 8 volte perDvd e fino a 52 volte perCd. Possono inoltre essereutilizzati per tutte le altreapplicazioni supportantidue diodi laser differenti.Sono supportati tutti gliattuali standard Dvdcome Dvd-R, Dvd+R,Dvd+Rw e Dvd-Rw.


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PIATTAFORMA PERSISTEMI EMBEDDED

Actel ha introdotto lanuova piattaforma inte-grata Platform 8051.La soluzione inizialmentesarà costituita da sei core,tra le più popolari proprie-tà intellettuali (IP) pre-integrate e pre-verificate.Ottimizzata per l’uso congli FPGA di Actel, la solu-zione offerta da Plat-form8051 consente flessi-bilità e efficienza di costoper applicazioni altamen-te integrate per gliambienti consumer, tele-comunicazioni, industria-le, automotive, militare eaerospaziale. I progettistipossono specificare qual-siasi configurazione deicore IP standard in-dustriali, compreso ilnuovo Core8051 di Actel,un microcontrollore(MCU) ad 8 bit, e unaserie di periferiche, eentro un giorno ricevere ifile di progetto della piat-taforma con un sistema diconsegna basato sul Web.Actel ha anche annuncia-to la disponibilità del kit disviluppo per la Plat-form8051 che include icore IP, gli strumenti soft-ware e il silicio targetnecessario per realizzarequesta unica soluzione dipiattaforma.


DIVISORI DI CLOCKPROGRAMMABILISono stati realizzati daMicrel sei nuovi divisori diclock programmabili Lvsde Lvpecl per soddisfare irequisiti di disallineamen-to e tremolio ultrabassi neisistemi di comunicazioneSonet/Sdh, applicazioni dirouter e server enterprisedi fascia alta e sistemi diprova e misura e Ate adalta velocità.Si tratta dei dispositiviSy89871/2/3/4/5/6 dotatidi un esclusivo stadio diingresso, in attesa di bre-vetto, che comprende ter-minazione interna e lacapacità di accettare qual-siasi sorgente di ingressidifferenziali.Indipendentemente dalfatto che i segnali diingresso siano accoppiatiAc o Dc, non sono neces-sari componenti esterninel percorso dei segnaliper interfacciarsi con i dis-positivi. Inoltre, i terminalirisultanti associati con retidi terminazione esistentivengono eliminati, preser-vando così l’integrità deisegnali.


FOTOSENSORE PER LALUCE NEGLI AMBIENTI

Agilent Technologies haintrodotto il fotosensoreAgilent (Hsdl-9000) per laluce negli ambienti che

rivela la quantità di luce inun dato momento e inviaun segnale per regolarel’illuminazione di fondocome richiesto in unoschermo mobile o in unatastierina numerica. Se c’èluce sufficiente nell’am-biente, l’illuminazione difondo non viene accesa; siha quindi un prolunga-mento della durata dellabatteria nei dispositivielettronici mobili cometelefonini cellulari, Pda elaptop computer. Superale soluzioni della rivelazio-ne della luce con fotodio-do al silicone, perché lasua risposta spettrale rag-giunge la stessa frequenza(550 nm) dell’occhioumano. Predice in modopreciso, quando è neces-saria un’illuminazione difondo per essere in gradodi vedere chiaramente undisplay, specialmente condiverse fonti di luce comefluorescente ed alogena.


SERIE DI AC/DC

La nuova serie Lp, Ac/Dc da150 a 450 W di Mieltecoffre un’eccezionale flessibi-lità avendo da 1 a 5 usciteisolate che possono essereconfigurate in Xp su richie-sta del cliente in un rangeda 1,8 fino a 53 V di uscita.La serie Lp incontra tutte lenormative internazionalimentre la serie Lp-Md è

qualificata anche per appli-cazioni medicali secondo lanorma En60601-1.Temperatura operativa da 0a 70 gradi C, altezza 1U,uscite configurabili secon-do le esigenze, range d’in-gresso da 90 a 264 Vac conPfc, remote-sense e le pro-tezioni di over-voltage,over-current e current-share, la rendono interes-santi in molti applicazioni.


DRIVER PER MOTORI CC

Il nuovo controllore Mosfetdi potenza a ponte HA3940 di AllegroMicroSystems (Cefra) èspecificatamente progetta-to per pilotare motori Cc inapplicazioni automobilisti-che. Incorpora quattrouscite di pilotaggio deigate ad alta corrente ingrado di azionare una vastagamma di Mosfet a canaleN di potenza. Funzionacon tensioni di carico da-0,6 a +40 V e presentaun intervallo di tensioni diI/O logiche da -0,3 a +6,5 V.Sono previsti terminali diingresso ‘Phase’ e ‘Enable’per controllare la velocità ela direzione di un motore

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Cc con segnali di controlloPwm applicati esternamen-te. Condensatori bootstrapvengono utilizzati per for-nire la tensione sopra labatteria necessaria per pilo-tare i Fet a canale N. Unapompa di carica interna auso del lato alto consentefunzionamenti Cc (dutycyle 100%) del ponte.


SENSORI PLUG&PLAYSensotec (distribuito daBurster Italia) ha lanciato ilsistema Plug & play dellatecnologia di identifica-zione per i suoi sensori eunità di condizionamen-to. Il sistema è conformeallo standard IEEE 1451.4per la connessione deisensori e dei relativi condi-zionatori. Il TEDS (tran-sducer electronic datasheet) cioè il foglio relati-vo alle specifiche del sen-sore, ai dati di calibrazio-ne e alle informazioni utiliper l’utilizzatore, che disolito viene fornito insie-me al sensore, è memoriz-zato all’interno del sen-sore stesso. Quando ilsensore viene collegatoall’unità SC2000 o a qual-siasi unità di condiziona-mento conforme alla spe-cifica IEEE1451.4, il senso-re viene interrogato sulleinformazioni TEDS e auto-maticamente il condizio-natore viene calibrato conil sensore. I sensori e isistemi conformi allaIEEE1451.4 sono pensatiper rivoluzionare il merca-to del test e della misura.L’utilizzatore non dovràmai più cercare i fogli rela-

tivi alla calibrazione delsensore né preoccuparsidel cablaggio del cavo edel connettore. I datisaranno memorizzati nelsensore e automaticamen-te riconosciuti quando l’u-nità di valutazione saràaccesa.


FRAMER CHIPLa nuova famiglia di Icmulti-rate framer So-net/Sdh Tethys di InfineonTechnologies fornisce, inun chip, funzioni che sonocruciali per l’impiego delleapparecchiature di net-working ottiche della pros-sima generazione in appli-cazioni quali add/dropmultiplexer e digital cross-connect switch.Consente di aumentare lacapacità e il numero delleporte delle schede di lineadiminuendo nel contempola potenza e il costo perporta e di configurare ilprogetto di una singolascheda di linea per l’uso divelocità dati multiplecambiando semplicemen-te i moduli ottici a essacollegati.


IC DI TERMINAZIONE DCCpc1465 di Clare(C.L.A.R.E.) è un Ic di ter-minazione Dc per applica-zioni Shdsl e Isdn/Idsl, cheoffre la funzionalità di ter-minazione Dc necessariaper fornire un percorsoper la corrente bagnanterichiesta dalla norma Itu-TG.991.2. Rende disponibi-le una terminazione Dc

insensibile alla polarizza-zione per la correntebagnante e una firmariconoscibile per i sistemiMlt.È provvisto di eccellentelinearità per minimizzarela distorsione armonicaassociata alla propriaimpedenza Ac e di carat-teristiche di accen-sione/spegnimento bencontrollate per ridurre alminimo gli impulsi dirumore e l’eventuale ener-gia del segnale in bandanel canale Dsl. È classifica-to per oltre 300 V.


ASIC STRUTTURATICaratterizzata da oltredue milioni di porte logi-che completamente pro-grammabili e dalla pre-senza di blocchi dimemoria, la nuova versio-ne a più alta densità (Xpa-Hd) della famiglia di pro-dotti Asic strutturatiXpressArray incrementadi oltre il 40% la densitàrispetto ai dispositiviXpressArray attualmenteofferti da Ami Semicon-ductor. Offre velocità diclock di sistema che arri-vano fino a 200 MHz e diclock locale fino a 350MHz. È disponibile opzional-mente montata in varietipologie di contenitore.Presenta un numero diporte logiche compresotra 64 K e 2,6 M e includefino a 200 K di registriinterni e sino a 1,4 Mbitdi memoria incorporata.


DISPOSITIVIRIPRISTINABILIUna novità di TtiElectronics è la serie Lvr didispositivi ripristinabiliPolySwitch di RaychemCircuit Protection, “busi-ness unit” di TycoElectronics. Progettati perl’impiego nelle applicazio-ni di tensione in linea, idispositivi Pptc (coeffi-ciente di temperaturapositiva polimerica) dellaserie Lvr, che sono classifi-cati per 240 Vca, permet-tono tensioni massimefino a 265 Vca e sono dis-ponibili con corrente diritenuta da 50 a 400 mA.


CONVERTITORESTEP DOWNL’elevata corrente d’usci-ta di 6 A e l’accuratezzadell’1% del convertitorestep down Max1945 diMaxim Integrated Pro-ducts (Esco Italiana) sonoideali per l’alimentazionedegli I/O e del core diDsp, Fpga, Asic e micro-processori. L’intero circui-to richiede uno spazio disoli 1,93/cm2. La tensio-ne di funzionamento ècompresa tra 2,6 e 5,5 Vmentre l’uscita può esse-re regolata fino a un valo-re minimo di 0,8 V. Se èdisponibile un’alimenta-zione di polarizzazionecompresa tra 3 e 5,5 V, èpossibile utilizzare unatensione minima di 2,25V. La frequenza di com-mutazione selezionabiledi 500 kHz o 1 MHz per-mette di ridurre le dimen-sioni e i costi dei disposi-

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tivi esterni. Può essereutilizzato con condensa-tori sia ceramici sia elet-trolitici.


SENSORIOPTO-ELETTRONICIA RAGGI INFRAROSSIEsecuzioni per pressionifino a 500 bar e tempera-ture fino a 400 gradi Crientrano negli standardcostruttivi dei sensoriopto-elettronici a raggiinfrarossi Phönix (Innova-tive Instruments).Adatti per misure sia dilivello che di interfaccia diliquidi diversi, sono capacidi discriminare chiara-mente la presenza dischiuma dai liquidi. Ilgrande vantaggio di que-sta soluzione è la nondipendenza dalla proprie-tà dei liquidi quali la den-sità, la viscosità, la costan-te dielettrica, la conduci-bilità, il colore o eventualisporcizie e impurità pre-senti nel liquido.L’unica condizione è che ilfluido di misura sia traspa-rente ai raggi infrarossi.Approvati e certificati asicurezza intrinseca Eex“zona 1” e “zona 0” inaccordo alle normativeAtex e omologati secondole normative Ped per ser-batoi in pressione.


IC DI CONVERSIONEDELLA POTENZAPower Integrations haannunciato una nuovaaggiunta a minor costoalla propria famiglia

LinkSwitch. Si tratta diLnk500, un Ic di conver-sione della potenzamonolitico ad alta tensio-ne, che sfrutta completa-mente i vantaggi dellacaratteristica di correntedi uscita singola dellamaggior parte dei proget-ti di trasformatori linearidi fascia bassa. Con appe-na 14 componenti, utiliz-zante la tecnologiaEcoSmart dell’azienda,permette di ottenere unalimentatore a commuta-zione delle uscite a tensio-ni/correnti o a tensionicostanti, a ingressi univer-sali (da 85 a 265 Vac),protetto contro i guastisoddisfacente gli standarddi rendimento energeticomondiali.


SLICE PREINTEGRATIRapidChip Xtreme eRapidChip Integratorsono i nomi di due nuovefamiglie di slice preinte-grati presentate da LsiLogic.La prima è ottimizzataper applicazioni a elevateprestazioni e ad ampialarghezza di banda speci-fiche del mercato, adesempio comunicazioni,storage e computing; laseconda, oltre a questisettori, è destinata anchea mercati come elettroni-ca di consumo, industria

e sicurezza, strumenta-zione, imaging e altri.Entrambe sono basatesulla tecnologia di pro-cesso a 0,11 micron, for-nendo soluzioni di logicapersonalizzata veloci,prevedibili e accessibili.


FOTOACCOPPIATORI

I fotoaccoppiatori seriePs29 (Ps2911-1, Ps2913-1,Ps2915-1, Ps2932-1/Ps2933-1) di NecElectronics, racchiusi inpackage “mini-flat”, offro-no un considerevole rispar-mio di spazio sul Pcb,anche in confronto con gliaccoppiatori alloggiati inpackage Ssop, della seriePs28 di Nec stessa. Hannouna tensione di isolamentodi 2500 V e una distanzainterna di isolamento di0,4 mm, rispondendo cosìin modo completo alle esi-genze degli standardBs/En60950 e Iec950. Varicertificati internazionali disicurezza sono disponibili.Sono ideali per powerpack e sistemi di controlloindustriale come anche perapplicazioni nelle teleco-municazioni e nel settoreconsumer.


CONVERTITOREMONOLITICOData Device Corporation

(Microelit) ha annunciatol’introduzione di unanuova opzione di conver-titore monolitico a bassocosto da resolver a digita-le Rd-19230Fx con unaprecisione angolare di 1minuto, superiore a quellafornita da qualsiasi pro-dotto simile. Il convertito-re in questione disponeinoltre di funzioni qualirisoluzione programmabi-le a 10, 12, 14 e 16 bit, 2larghezze di banda e 2velocità di inseguimento,alimentazioni di soli 5 V,sintesi del segnale di riferi-mento ed emulazione disegnali encoder A quad B.Le applicazioni tipichecomprendono controllodi motori, posizionamen-to di antenne radar, robo-tica e gestione di processi.È disponibile in duegamme di temperatura dilavoro da -40 a +85 gradiC (Rd-19230Fx-205) e da0 a +70 gradi C (Rd-19230Fx-305); il conteni-tore è un quad flat plasti-co con dimensioni 10 x10 mm a 64 pin.


CONTROLLORIQUADRUPLIPROGRAMMABILIÈ stata annunciata daSupertex (Kevin Schurter)l’introduzione di due con-trollori per la messa in

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sequenza dell’alimenta-zione che permettono aiprogettisti di programma-re la sequenza di accen-sione di quattro (o più)convertitori Cc/Cc, circuitiintegrati o sottosistemiricorrendo a un numeroestremamente limitato dicomponenti esterni.Soluzioni ideali per appli-cazioni nei settori delletelecomunicazioni, delnetworking, dello storagee dell’automotive dovesono presenti tensionicomprese tra +/- 10 e +/-90 V, i nuovi Ps10 (statoattivo alto) e Psi 11 (statoattivo basso) possonoessere anche impiegatiper la sequenzializzazionedi driver di circuiti Mems edi display ad alta tensione.


SENSORI CMOS PERVIDEO E IMMAGINIOmniVision Technologies,fornitore indipendente disensori CMOS Camera-ChipTM per applicazioniin settori immagini evideo, annuncia la dispo-nibilità dei seguenti senso-ri: OV7648 e OV2610.Entrambi i sensori sonodistribuiti in Italia daDimacRed. OV7648 è unsensore con risoluzioneVGA, 640x480, in un pac-kage adatto all’integrazio-ne in telefoni cellulari,PDA (palmari) e web-cam;con una dimensionedimezzata rispetto ai pre-cedenti è disponibile in unpackage BGA a 22 pin(4,93 x 4,76 mm2), operaa 2,5V e consuma menodi 40 mW quando lavora

a 30 fps in risoluzioneVGA. Il sensore inoltrecancella il Fixed PatternNoise, elimina lo smea-ring e riduce il blooming,aumentando allo stessotempo la qualità dell’im-magine ed eliminando ilbisogno di elaborazioniaddizionali sulle im-magini. OV2610 è un sen-sore CMOS CameraChipda 2 Mega-Pixel, disponi-bile in un package LCC a48 pin, di dimensioni paria 0,56 inch2 e possiederisoluzione UXGA, 1600 x1200 pixels; non avendo ilimiti di capacità di pro-duzione dei tradizionalisensori CCD, è stato pro-gettato per rimpiazzarequesti ultimi in prodottidove l’alta qualità e ilbasso consumo sonoimportanti.


PRODOTTI PER SISTEMIBLUETOOTHRoyal Philips Electronicsha annunciato due pro-dotti per il proprio portfo-lio di soluzioni di sistemiBluetooth. Si tratta deinuovi radio SiP Bgb102 eData Rom Blueberry(Pcf87852), che formanouna completa soluzioneconforme a Bluetooth.Unitamente a uno stacksoftware di standard indu-striale reso disponibilesempre da Philips, rappre-sentano una soluzione disistema competitiva perapplicazioni quali telefonicellulari, cuffie, kit auto-mobilistici e pda.


TRASDUTTORIDI PRESSIONEKulite ha commercializza-to una nuova generazionedi trasduttori di pressionein miniatura Is, serie Etm-624. Appositamente con-cepita per gli ambientiseveri, la sua robusta pro-gettazione assicura lacompatibilità con prodottipiù corrosivi e conduttori.È ideale per le applicazioniin alta temperatura, pre-sentando una gamma ditemperature di funziona-mento compresa tra -55 e+185 gradi C. L’elettroni-ca incapsulata nel corpodel trasduttore permette ilfunzionamento partendoda un’alimentazione nonregolata da 8 a 16 Vcc efornisce un output di 5 V.Può supportare alte pres-sioni. Sono disponibili duemodelli diversi: la serieEtm-24-312 (5/16-24Unf-2A o M 8 x 1) e laserie Etm-624-375 (3/8-24 Unjf-3A o M 10 x 1).


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SOLUZIONE PERCOMUNICAZIONI RFMONODIREZIONALI ACORTO RAGGIOMicrochip offre una solu-zione completa di sistemaper comunicazioni Rfmonodirezionali short-range. È basata su tre mi-crocontroller dotati di tra-smettitori integrati e didue ricevitori: questi nuovidispositivi mettono a dis-posizione una soluzioneper il supporto di bande difrequenza da 260 a 930MHz. Grazie alla combina-zione tra il microcontrol-ler/transmitter rfPic12F675e i ricevitori rfRxd0420 orfRxd0920, è possibiledare vita a un link dicomunicazione wirelessmonodirezionale per ap-plicazioni di controlloembedded. I ricevitoripossono essere combinaticon i dispositivi MicrochiprfPic e con gli encoderKeeloq per remote sensinggià in commercio.


COME OTTENERE MAGGIORI INFORMAZIONI

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INTRODUZIONE ALLELOGICHE PROGRAMMABILI INTRODUZIONE ALLELOGICHE PROGRAMMABILI di Simone [email protected]

LE CPLD ALTERA IN PLCC44(44 GATTI, IN FILA PER…)La scelta del package è determinan-te perché questo rappresenta ilprimo ostacolo per chi vuole affron-tare queste tecnologie, soprattuttose lo fa per hobby; meglio dunquetralasciare i dispositivi in SMD o inBGA con centinaia di connessioni.Da qui in avanti ci occuperemo spe-cificatamente delle CPLD in packagePLCC44, che sono visibili in figura 1.

Abbiamo già visto una tabella rias-suntiva riguardante le caratteristichegenerali delle CPLD MAX3000 e7000 nella scorsa puntata; la tabella1 riporta in particolare quelle deichip in PLCC44, in termini di tensio-ne di alimentazione, numero diporte logiche, di macrocelle e di pindi I/O disponibili.

Qualunque dispositivo scegliate tra i

quattro elencati, la quantità di logi-ca e il numero di pin di I/O disponi-bili sono largamente sufficienti perla maggior parte delle applicazionihobbistiche, e anche per qualcos’al-tro. Ovviamene, nel caso vogliatelavorare su CPLD della famiglia MAXrealizzate con package diversi e connumero di I/O più elevati, tuttoquanto leggerete di qui in avanti

non perde di validità.A parte le caratteristiche elencate, ledifferenze tra le due famiglie si limi-tano essenzialmente al costo: a pari-tà di celle logiche disponibili, leMAX7000 hanno prezzi di circa il40% più elevati delle sorelleMAX3000. Da qui in poi, quindi,non distingueremo tra le due fami-glie tranne dove necessario.

IL NOME DI UNA MAX (SULLEPRIME SEMBRA XXXXYX…)Vale la pena di dedicare qualche rigaal formato del nome commercialedelle CPLD della famiglia MAX;vediamo due esempi:

Dopo la panoramica introduttiva della prima puntata, è il momento di prendersile giuste responsabilità. Mettere mano al saldatore, insomma. Il panorama delleCPLD è molto vasto; oltre alla presenza sul mercato di numerosi produttori, Lattice,Altera, Xilinx, Cypress per citarne alcuni, sono disponibili per ognuno di essi svariatetipologie di logiche programmabili. La scelta del chip da parte del progettista dipendeda molti fattori: velocità, numero di porte disponibili, tecnologia di processo, tensionedi alimentazione e così via. Per i nostri scopi gli elementi più importanti sono lasemplicità di programmazione, la maneggiabilità del package e il costo. Dunque,sgombriamo il tavolo da una così vasto numero di alternative e cominciamo da qui.

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Figura 1: Lo zoccolo PLCC da 44 pin edue MAX3000

seconda parte

EPM 7 032 S LC44 - 10

EPM 3 032 A LC44 - 10

Tabella 2: Formato del nome delle CPLD Altera

• Il primo campo identifica la fami-glia di riferimento, “EPM” per leMAX, “EP” per le vecchie Classic,“EP1C” per le FPGA Cyclone e cosìvia.

• Il secondo campo identifica lafamiglia di riferimento, “3” per3000, “7” per 7000

• Il terzo campo identifica il numerodi macrocelle (o Logic Elements,LE) presenti

• Il quarto campo identifica la ten-sione di alimentazione, “A” sta per3.3V, mentre “S” per 5V. Dunque,ci limiteremo a considerare leMAX7000S e le max3000A (leMAX3000 a 5V non esistono)

• Il quinto campo identifica il packa-ge, il campo di temperatura difunzionamento e il numero di pin

• L’ultimo campo identifica loSpeed Grade, ovvero il tempo dipropagazione nominale della sin-gola porta, in ns. La frequenza difunzionamento si ottiene facendo-ne l’inverso.

Dunque una MAX7000 in PLCC44,con tensione di funzionamento a5V, con 64 macrocelle e SpeedGrade di 10 nS, si identifica con ilnome EPM7064SLC44-10. UnaMAX3000, con le stesse caratteristi-che, tranne l’alimentazione a 3.3Vsarà marcata EPM3064ALC44-10.

PIN DI I/OLa configurazione di pinout delleMAX7000 e MAX3000 in PLCC44 èriportata in figura 2; ogni pin mar-cato come I/O può essere configura-to indipendentemente dagli altricome ingresso, come uscita o comepin bidirezionale. Per i pin configu-rati come uscita, sono possibili ulte-riori opzioni, quali:

• Open drain option, che permettedi configurare l’uscita a collettoreaperto, in modo da interfacciarsicon dispositivi a tensioni diverseda quelle delle CPLD.

• Tristate, che permette di utilizzareun pin in modalità bidirezionale.

• Slew rate control, che permette diridurre lo slew rate, se le specifichedi funzionamento lo permettono,diminuendo così l’incidenza deidisturbi di commutazione deglielementi logici.

I dispositivi MAX in package diversida quelli a 44 pin, hanno pin di ali-mentazione della logica interna edei buffer d’ingresso (VCCINT)separati da quelli di alimentazionedei buffer di uscita (VCCIO), inmodo da implementare l’interfacciaMultivolt. Chi fosse interessato puòapprofondire questo aspetto speci-fico utilizzando i link citati in biblio-grafia. Le MAX a 44 pin, invece,hanno un’unica alimentazione posi-tiva, indicata con vcc. Nonostantele diverse alimentazioni che, ripe-

tiamo, sono di 5V per le MAX7000Se di 3.3V per le MAX3000, i duedispositivi presentano livelli diingresso e uscita TTL compatibili.Alcuni pin possono essere riservatiper le linee globali, ovvero pindedicati alle funzioni di outputenable (GLOE), clear (GLCLR) e diclock (GLCLK) per i registri. Se lelinee globali sono utilizzate, isegnali vengono collegati a tutti iregistri presenti nel progetto dacompilare; di fatto si tratta di lineedi connessione ottimizzate in ter-mini di capacità di carico e tempidi propagazione. Queste funziona-lità possono essere utili a chi hauna certa preparazione teorica allespalle e pensa di implementaresulle MAX funzioni logiche avanza-te (per esempio progetti sincroni);tutti gli altri possono benissimotrascurarle.

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Figura 2: Pinout delle MAX in PLCC da 44 pin

Dispositivo Vcc Celle logicheelementari Macrocelle Pin di I/O

EPM3032A 3.3V 600 32 34

EPM3064A 3.3V 1250 64 34

EPM7032S 5V 600 32 36

EPM7064S 5V 1250 64 36

Tabella 1: Caratteristiche delle MAX in PLCC da 44 pin

LA STRUTTURA DI UNAMACROCELLAPer usare questi dispositivi non ènecessario sapere in dettaglio comesono fatti; questo paragrafo, quindi,viene aggiunto come approfondi-mento. Come si vede dalla figura 3una macrocella è composta innanzi-tutto da un certo numero di porteelementari, che permettono la sinte-si di funzioni combinatorie fino acinque livelli di logica. Sono inoltrepresenti un blocco denominato sha-red logic expanders, che permettel’estensione fino a 32 livelli di logicaattraverso feedback sulle porte dellastessa macrocella, ed un bloccodenominato parallel logic expan-ders, che opera in modo analogoma con termini sintetizzati sullemacrocelle adiacenti. L’uscita può essere registrata o menoattraverso un flip flop dedicato. Sonoinoltre presenti una serie di selettori(multiplexer) che consentono di uti-lizzare le linee globali di clear e clock;un altro selettore permette di acce-dere al flip flop in modo diretto (fastinput) senza passare per la rete logi-ca precedente.È bene ripetere che non è necessarioconoscere in dettaglio questa strut-ture, poiché sarà il compilatore adadattare ad esse il circuito che vorre-mo realizzare sulla logica program-

mabile. Tuttavia, sapere quali sonogli elementi a disposizione può sicu-ramente aiutare in caso di difficoltà.

PROGRAMMABILITÀ IN CIRCUIT(IL CONIGLIO NEL CAPPELLO…)La programmabilità In Circuit rap-presenta per questi dispositivi unodei punti di maggior forza; semplici-tà e potenzialità in un acronimo ditre lettere: ICP (In CircuitProgrammable, oppure ISP, InSystem Programmable). La pro-grammazione avviene a livelli di ten-sioni identici a quelli di alimentazio-ne, ovvero 5V per le MAX7000S e3.3V per le MAX3000A, tramite uncavo a 4 fili. La porta di program-mazione è denominata JTAG (JoinTest Action Group) e rappresentauno standard internazionale; i quat-tro segnali di programmazione sonodenominati TCK, TDO, TDI e TMS.

La decodifica dei dati di program-mazione in arrivo sulla porta JTAG èinterna al chip come interna è la cir-cuiteria che genera l’alta tensionenecessaria per la programmazionedelle celle EEPROM. La programma-zione, dunque, è quanto di più sem-plice si possa pensare. Ma nonbasta: il chip può essere program-mato a bordo della scheda definiti-va, senza doverlo rimuovere e senzascollegare le linee di I/O dal restodel circuito. Infatti, non appena ilchip viene posto in modalità pro-grammazione, questo pone in trista-te tutti i pin di I/O, inserendo inoltreuna resistenza di pull-up interna-mente, per evitare conflitti sullascheda; in pratica il chip si scollegaautomaticamente dal resto del cir-cuito, per poi ripristinare i collega-menti originari a programmazioneterminata. Le possibilità offerte dallaprogrammabilità In Circuit sononumerose, basti citare la semplicitàdi debug, l’aggiornamento del firm-ware in maniera immediata, la rapi-dità di prototipazione.L’unico accorgimento in fase di rea-lizzazione del circuito che ospita laCPLD è quello di prevedere due resi-stenze di pull-up e una di pull-downsulle linee della porta JTAG, per evi-tare che il chip entri in modalità pro-grammazione quando non voluto(figura 4). Una volta programmato ilchip, i pin TCK, TDO, TDI e TMSpossono essere utilizzati come pin diI/O ma questo deve essere comuni-cato alla MAX alla fine della fase diprogrammazione, in modo da dis-connettere la circuiteria della portaJTAG. Ovviamente questo impediscela successiva riprogrammazione ISPdel dispositivo. Se decidete di lascia-re attiva la porta JTAG per successivemodifiche, i quattro pin di program-mazione non potranno essere utiliz-zati come pin di I/O.

TIPS & TRICKSIn questa sezione vengono elencati

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Figura 3: Schema elettrico di una macrocella

Figura 4: Pull-up e pull-down sulla porta JTAG

una serie di accorgimenti necessari amontare con successo la nostraCPLD su una scheda. Le voci elenca-te sono state scelte sulla base dell’e-sperienza; ciò significa che all’autoreoppure alle persone a lui vicine, ècapitato di sbatterci il naso.Linee di alimentazione. In riferi-mento alla figura 2, ogni piedinodenominato con gnd va connessofisicamente a massa, così comeogni piedino denominato vcc vaconnesso all’alimentazione positi-va. Notare che le MAX3000 hannodue pin di massa in più, ovvero ilpin 17 e il pin 36, rispetto alleMAX7000. Per limitare i disturbi dicommutazione, tra ognuno dei pindi alimentazione positiva e lamassa, e quanto più possibile vici-no ad essi, devono essere saldatidei condensatori di bypass, da 100-330 nF, soprattutto se utilizzerete laCPLD con clock superiori a qualcheKHz. In questo tipo di chip, infatti,può capitare il caso che blocchicomposti da decine di flip flopcommutino nello stesso fronte diclock, provocando correnti impulsi-ve elevate; senza i condensatori dibypass, questi impulsi di correntetendono a provocare dei “saltella-menti” del valore di tensione dimassa (ground bounching) conrisultati facilmente immaginabili.I pin della CPLD non utilizzati dalprogetto vengono connessi a massainternamente al chip, in modo auto-matico. Tali pin devono esserelasciati flottanti.Linee di ingresso. Come abbiamoripetuto più volte, la tecnologiadelle CPLD MAX permette di accet-tare in ingresso tensioni a livelli logi-ci TTL, anche se alimentate a 3.3V,grazie ad opportuni diodi di prote-zione facenti parte dello stadio diingresso. A parte questo, la correnteassorbita da tali stadi, essendo laCPLD realizzata in tecnologiaCMOS, è irrisoria, sia in condizionistatiche che dinamiche, raggiun-

gendo al massimo pochi microam-per; quindi, se vi accorgete che unpin di ingresso assorbe corrente,significa che per errore è configura-to come uscita!Ricordate di inserire un opportunaresistenza di pull-up o di pull-downsulle linee di ingresso, per evitareche restino flottanti. Un esempiotipico è quello di un pulsante nor-malmente aperto, collegato tra unpin di ingresso e vcc. Quando il pul-sante è chiuso, la linea di ingressovede un livello alto, ma quando ilpulsante è aperto, in assenza di unopportuno pull-down, il pin puòanche continuare a vedere un livelloalto, oppure un livello logico inter-medio, provocando errori di funzio-namento. Per i valori delle resistenzedi pull-up e pull-down (non fateconfusione, o l’una, o l’altra!), pote-te considerare in prima approssima-zione 33 Kohm.Linee di uscita. La corrente massimache in pin configurato come uscitapuò sostenere è di ±25 mA, tuttaviaè bene limitare il carico a ±10 mA,per ovvie ragioni di prudenza; inu-tile aggiungere che in caso di cortocircuito con la massa o con l’ali-mentazione positiva, il circuito delbuffer di uscita può danneggiarsiirreparabilmente. Fate inoltre atten-zione nel caso che un pin di uscitadella MAX sia connesso a linee diingresso provviste di pull-up: ancheuna debole corrente inversa, ovveroin ingresso ai pin configurati comeuscita, può provocare malfunziona-menti. In questi casi, è sufficienteinserire una resistenza (da 100 ohma qualche kohm) in serie all’uscita,a cavallo tra la MAX e gli altri dis-positivi.Consumo e dissipazione di potenza.Il consumo di corrente e dunque lapotenza dissipata nei dispositivi alogica programmabile varia linear-mente con la frequenza, a parità dicarico statico applicato ai pin diuscita. Nei link citati in bibliografia

troverete i documenti che riportanoin dettaglio i grafici della potenza infunzione della frequenza.Ma come diavolo la tolgo dallo zoc-colo? Non è un problema. Per que-sto tipo di package esistono degliappositi estrattori come quello rap-presentato nella foto qui sotto;comunque, essendo il PLCC44 piut-tosto piccolo e compatto, è suffi-ciente inserire nelle due fessure ailati dello zoccolo la lama di due pic-coli giravite e fare forza con entram-bi, delicatamente.

LA SCHEDA DI PROGRAMMA-ZIONE: BYTEBLASTERMVCome detto nella puntata prece-dente, i produttori di logiche pro-grammabili fanno di tutto per met-tere i possibili clienti in condizionedi programmare i propri chip inmaniera semplice e al minor costopossibile. Per quanto riguardaAltera, non solo l’hardware necessa-rio alla programmazione delle CPLDè di una semplicità elementare, mala compagnia rende disponibile gra-tuitamente tutta la documentazionenecessaria a costruirselo da soli. Tragli schemi documentati nella lette-ratura Altera, abbiamo deciso diproporre il circuito denominatoByteblasterMV che è costituitosemplicemente da un buffer tipo74xx e da una manciata di resisten-ze. Questa scheda si connette allaporta parallela di un PC e consentedi programmare attraverso un con-nettore apposito, tutte le MAX sia a5V che a 3.3V (il suffisso MV sta per

HARDWARE

HARDWARE 19

Figura 5: Estrattore per PLCC

MultiVolt), oltre che CPLD di altrefamiglie. Tutta la documentazionerelativa alla ByteblasterMV è reperi-

bile nei link in bibliografia. Lo sche-ma elettrico è riportato in figura 6.Come si vede, a partire dal connet-

tore D-SUB a 25 poli, i segnali da everso la MAX vengono bufferizzatidal chip 74HC244N; completano ilcircuito le resistenze di limitazionedella corrente (da R7 a R19) e dipull-up (da R1 a R6). L’unico ele-mento critico della scheda è il bufferche deve essere necessariamente ditipo “HC” e funzionante in un rangedi tensione esteso verso il basso finoa 3.3V. A tal fine, io ho impiegato ilchip in tecnologia CMOSMM74HC244N della Fairchild; seuserete un 74LS244 probabilmenteil circuito non funzionerà.

Attenzione al “verso” del masterriportato in figura 7: per essere sicu-ri che sia riportato sul rame inmaniera corretta fate attenzione chela scritta LR (Lato Rame) venga inci-sa con l’orientamento corretto. Ilcircuito stampato è stato sviluppatoin modo da permettere l’alloggia-mento della ByteblasterMV all’inter-no di un contenitore appositamentecostruito per schede di espansioneper porta parallela; lo spazio all’in-terno di questo contenitore è limita-to a 35 mm di larghezza e questorestringe un po’ lo spazio per la dis-posizione dei componenti.

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HARDWARE20

Figura 6: Schema elettrico della scheda di programmazione ByteblasterMV

Figura 7: Circuito stampato della ByteblasterMV (scala 1:1 lato rame)

Elenco componenti

Sigla Valore

C1 100 nF poliestere

IC1 74HC244N

R1÷R6 2.2 KΩ 1/4 W

R7÷R19 100 Ω 1/4 W

X1 CONNETTORE SUB-D 25 poli maschio a 90° da c.s.

X2 CONNETTORE FLAT-CABLE PANDUIT 10 poli

Contenitore plastico PER SCHEDE PORTA PARALLELA CODICERS 257-0882

Tabella 3: Lista componenti della scheda ByteblasterMV

In ogni caso il montaggio è moltosemplice. Le resistenze sono tutte da1/4 W, l’unico condensatore presen-te è di tipo ceramico o poliestere.Come si vede dal piano di montag-gio in figura 8, avendo utilizzato uncircuito stampato a singola faccia,sono necessari una serie di ponticel-li, che potranno essere effettuati condel filo rigido da 0,25 mm. Il con-nettore JTAG è di tipo Panduit a 10poli e va crimpato su uno spezzonedi cavo piatto a 10 fili. La lunghezzadi questo cavo deve essere mante-nuta sui 30 centimetri circa; se avetebisogno di allontanare laByteblasterMV dal PC è consigliabileutilizzare una prolunga per portaparallela piuttosto che estendere ilcavo piatto di uscita. Dal lato del cir-cuito stampato, i fili del cavo piattovanno separati e spellati per circa 2mm uno ad uno. Fate attenzione anon invertire il verso di montaggiodel connettore Panduit a 10 poli; ilpiedino numero uno è marcato conun triangolo sulla plastica, mentresullo stampato della ByteblasterMVla piazzola corrispondente, che èquella vicina a R16, è marcata con ilnumero 1.

La ByteblasterMV viene alimentatadalla scheda che ospita la CPLD, enon dalla porta parallela del PC;dunque, una volta terminato l’as-semblaggio, assicuratevi che il pinnumero 4 del connettore JTAG siacorrettamente connesso ai pin di ali-mentazione numero 20 del74HC244.

Per finire, può essere di aiuto realiz-zare uno stampato come quello infigura 10 che ospita uno zoccoloPLCC44 e due strip maschio da 22pin per lato. La scheda permette laconnessione di ognuno dei pindella MAX a quelli delle strip, inmodo da costituire una specie diconvertitore “PLCC to DIP”. Sullaserigrafia è riportato un poligono

che servirà da riferimento per ilmontaggio dello zoccolo PLCC;sono inoltre incisi i numeri di riferi-mento dei pin 1, 22, 23, e 44.

NELLA PROSSIMA PUNTATA…La prossima volta ci occuperemo deltool software gratuito MAX II PLUSBaseline di Altera; seguiremo passopasso le procedure necessarie all’istal-lazione e per l’ottenimento della licen-za. Quindi realizzeremo interamente ildisegno, la simulazione e la compila-zione di un progetto completo.

Arrivederci a presto.

HARDWARE

HARDWARE 21

Figura 10: Il circuito adattatore PLCC to DIP

Figura 8: Disposizione componenti sulla scheda ByteblasterMV

Figura 9: La scheda ByteblasterMV alloggiatanel contenitore plastico

BIOGRAFIA

Altera Device Part Number Format:http://www.altera.com/products/devices/dev-format.html

ByteblasterMV: http://www.altera.com/literature/ds/dsbytemv.pdf

Max device In System Programmability:http://www.altera.com/literature/an/an095.pdf

MAX7000 devices: http://www.altera.com/literature/ds/m7000.pdf

MAX3000 devices: http://www.altera.com/literature/ds/m3000a.pdf

TUTORIAL22

GLI INTERRUPTCon il termine interrupt o interru-zione si indica una particolarecaratteristica presente neiPIC16F84, così come nella maggiorparte dei microprocessori, che con-sente di rilevare eventi esternimolto rapidi e di gestirli nel modopiù veloce possibile. La tecnicaconsiste nell'interrompere momen-taneamente l'esecuzione del pro-gramma in corso e lanciare in ese-cuzione una subroutine di gestioneapposita denominata interrupthandler per poi tornare a riprende-re la normale esecuzione del pro-gramma dal punto in cui era statointerrotto. Potremmo dire che l'in-terrupt rappresenta per il PIC,quello che per noi rappresenta, adesempio, la suoneria del telefono.Per poter ricevere telefonate, infat-ti, non dobbiamo preoccuparci dialzare continuamente la cornettaper vedere se c'è qualcuno chevuol parlare con noi ma, grazie allasuoneria, possiamo continuaretranquillamente a fare le nostre

faccende sicuri di essere avvisatiogni volta che qualcuno ci sta chia-mando. Appena sentiamo lo squil-lo, possiamo interrompere mo-mentaneamente le nostre faccen-de, rispondere al telefono e ripren-derle al termine della conversazio-ne dal punto in cui avevamo inter-rotto. Riportando i termini di que-sto paragone al PIC potremmo direche:

• Le nostre faccende corrispondo-no al programma in esecuzione.

• La chiamata da parte di qualcunocorrisponde all'evento da gestire.

• Lo squillo del telefono corrispon-de alla richiesta di interrupt.

• La nostra risposta al telefono cor-risponde all'interrupt handler.

Una alternativa molto meno effi-ciente all'interrupt è la verifica con-tinua, all'interno del programmaprincipale, del verificarsi di unevento. Questa modalità vieneindicata con il termine polling ecorrisponde, come efficienza, alvedere continuamente se c'è qual-cuno al telefono dell'esempio pre-cedente.

EVENTO E ABILITAZIONEIl PIC16F84 rileva fino a quattrodiversi eventi esterni. Vediamoquali:

1 Cambio di stato su RB0 (pin 6).2 Raggiungimento del fine del con-

teggio da parte del registroTMR0.

3 Cambiamento di stato su unadelle linee da RB4 a RB7.

4 Termine della scrittura su unalocazione EEPROM.

L’interrupt per ognuno di questieventi può essere indipendente-mente abilitata o disabilitata agen-do sui seguenti bit contenuti nelregistro INTCON:

• INTE (bit 4): se questo bit vienemesso a 1 viene abilitato l'inter-rupt sul cambiamento di statosulla linea RB0.

• T0IE (bit 5): se questo bit vienemesso a 1 viene abilitato l'inter-rupt sulla fine del conteggio delregistro TMR0.

• RBIE (bit 3): se questo bit vienemesso a 1 viene abilitato l'inter-rupt sul cambiamento di stato su

TUTORIAL

PIC® MICROCONTROLLERBY EXAMPLEPIC® MICROCONTROLLERBY EXAMPLEdi Tiziano Galizia ([email protected])

e Sergio Tanzilli ([email protected])

Eccoci alla terza puntata di PIC® Microcontroller By Example, nei moduli qui presentati(6 e 7), analizziamo il funzionamento degli interrupt, del Power Down Mode e delWatch Dog Timer.Come al solito non mancheranno gli esempi di codice e gli esperimenti pratici...

terza parte

MODULO 6

una delle linee da RB4 ad RB7.• EEIE (bit 6): se questo bit viene

messo a 1 si abilita l'interruptsulla fine della scrittura su unalocazione EEPROM.

• Esiste inoltre un bit di abilitazionegenerale degli interrupt il bit 7del registro INTCON denominatoGIE (Global Interrupt Enable).Per rendere effettivamente attivigli interrupt occorre che questobit venga messo ad 1.

VECTOR & HANDLERQualunque sia il tipo di evento abi-litato, al suo manifestarsi il PICinterrompe l'esecuzione del pro-gramma in corso e salta all'istruzio-ne presente nella locazione dimemoria 04H. Da questo puntoinizia la nostra routine di gestionedell'interrupt.

Potendo abilitare più interruptcontemporaneamente, uno deicompiti dell'interrupt handler è laverifica di quale, tra gli interruptabilitati, ha generato la richiesta equindi l'esecuzione della porzionedi codice relativo. Il controllo vaeseguito controllando lo statodegli Interrupt flag descritti diseguito.

INTERRUPT FLAGI flag di interrupt sono presenti nelregistro INTCON ed indicano qualeè l'evento che si è verificato:

• INTF (bit 1): se vale 1 l'interruptè stato generato dal cambiamen-to di stato sulla linea RB0.

• T0IF (bit 2): se vale 1 l'interrupt èstato generato al termine delconteggio del timer TMR0.

• RBIF (bit 0): se vale 1 l'interrupt èstato generato dal cambiamentodi stato di una delle linee da RB4a RB7.

L'interrupt relativo alla fine scrittu-ra su EEPROM non è segnalato daalcun flag per cui se nessun altroflag è attivo significa che l'interruptè stato generato proprio da questoevento. Una volta rilevato qualeflag è attivo, l'interrupt handlerdeve azzerarlo altrimenti non verràpiù generato l'interrupt corrispon-dente.

RITORNO DA HANDLERQuando viene rilevato un inter-rupt, il PIC disabilita automatica-mente il bit GIE (Global InterruptEnable) del registro INTCON e tuttigli altri interrupt mentre l'handler è

TUTORIAL 23

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in esecuzione. Ciò evita che vengainterrotto un interrupt handler erilanciato in esecuzione in occasio-ne del presentarsi di un nuovointerrupt.Perciò l'interrupt handler deveessere molto rapido a gestire l'e-vento esterno in modo da termina-re prima possibile ed essere nuova-mente disponibile. Per poterriprendere l'esecuzione del pro-gramma principale al termine del-l'interrupt handler si deve eseguirel'istruzione:RETFIE

la quale rispristina il valore del bitGIE e riprendere la normale esecu-zione del programma principale.

PASSIAMO ALLA PRATICAAnche se non abbiamo ancora ana-lizzato tutti gli aspetti teorici relati-vi alla gestione degli interrupt, pas-siamo subito ad un esempio prati-co. Ecco un esempio di gestionedegli interrupt utilizzando lo sche-ma presentato in figura 1 ed il sor-gente riportato nel Listato 1.Scopo dell'esempio è gestire unevento tramite interrupt mentre èin esecuzione un programma cheesegue altri compiti.Il programma principale è rappre-

sentato da un loop infinito che ini-zia dalla label MainLoop e che sioccupa, durante le sue iterazioni,di far lampeggiare il LED1. Nonappena premiamo un qualsiasi pul-sante viene generato un interruptdovuto alla variazione di stato suuna delle linee da RB4 a RB7.Questo determina l'esecuzioneimmediata dell'interrupt handlerche inizia alla locazione 04H ilquale provvede ad invertire lo statodel LED2 (da acceso a spento eviceversa).Analizziamo passo-passo il nostrosorgente e vediamo cosa accadeesattamente. All'inizio del pro-gramma ecco la solita direttivaORG 00H dove il PIC inizia adeseguire al reset. La prima istru-zione è:GOTO START

Lo scopo di questa istruzione è sal-tare la subroutine di gestione del-l'interrupt che deve essere necessa-riamente allocata a partire dall'indi-rizzo 04H. L'ORG successiva allalocazione 04H è necessaria quindiper allocare correttamente l'inter-rupt handler. Continuando ad ana-lizzare il nostro listato dalla labelStart vediamo che dopo la defini-zione delle linee di ingresso e usci-

ta e lo spegnimento iniziale deiLED collegati alle linee RB0 ed RB3vengono eseguite le istruzioni:

MOVLW 10001000BMOVWF INTCON

Con questa operazione viene inpratica messo a uno sia il bit GIE(bit 7) per l'abilitazione generaledegli interrupt, sia il bit INTE (bit4) per l'abilitazione dell'interruptsul cambio di stato sulle linee RB4ed RB7.Essendo i pulsanti collegati su que-ste linee, ad ogni pressione e rila-scio degli stessi verrà lanciata inesecuzione la subroutine memoriz-zata a partire dall'indirizzo 04H.Dopodiché il programma princi-pale entra in un loop infinito chefa lampeggiare il LED1. Appenaviene premuto un tasto, vienegenerato un interrupt e l'esecuzio-ne passa immediatamente allalocazione 04H.L'interrupt handler controlla se ilLED2 è spento o acceso e ne cam-bia lo stato. Quindi azzera il flagRBIF del registro INTCON per riabi-litare l'interrupt e quindi esce dal-l'interrupt handler con l'istruzioneRETFIE.

TUTORIAL24

TUTORIAL

LISTATO 1

;**************************************************; PIC Microcontroller By Example; INTRB.ASM: Esempio di gestione degli interrupt; (c) 2003, Sergio Tanzilli; http://www.picbyexample.com;**************************************************

PROCESSOR 16F84RADIX DECINCLUDE "P16F84.INC"

LED1 EQU 0LED2 EQU 1

ORG 0CH

Count RES 2 ;Registro utilizzato come contatore nella;subrountine di ritardo Delay

TUTORIAL 25

TUTORIAL

;Reset Vector;Punto di inizio del programma al reset della CPU

;Salta al corpo principale del programma. Questo jump è necessario;per evitare tutta la parte di codice per la gestione degli;interrupt.ORG 00Hgoto Start

;**********************************************************************; Interrupt handler;**********************************************************************

;Punto di inizio per tutte le subroutine di gestione degli interruptORG 04H

;Accende LED2 se spento, altrimenti lo spegnebtfss PORTB,LED2 ;Led acceso ?goto TurnOnLED2 ;No, lo accendegoto TurnOffLED2 ;Si, lo spegne

;Accende il LED2;Azzera nuovamente il flag RBIF;Ritorna al programma principale

TurnOnLED2bsf PORTB,LED2 ;Spegne LED2bcf INTCON,RBIFretfie

;Spegne il LED2;Azzera nuovamente il flag RBIF;Ritorna al programma principale

TurnOffLED2bcf PORTB,LED2 ;Spegne LED2bcf INTCON,RBIFretfie;**********************************************************************; Programma principale;**********************************************************************

Start:;Commuta sul secondo banco dei registri per accedere a TRISA e TRISBbsf STATUS,RP0

;Definizione delle linee di I/O (0=Uscita, 1=Ingresso);Definizione della porta Amovlw 00011111Bmovwf TRISA

;Definizione della porta B;Le linee da RB0 a RB3 vengono programmate in uscita;per essere collegate ai quattro led;Le linee da RB4 a RB7 vengono programmate in ingresso;per essere collegate ai quattro pulsantimovlw 11110000Bmovwf TRISB

CONSIDERAZIONIPer loro natura gli interrupt posso-no essere generati in qualsiasimomento durante l'esecuzione di

un programma, per cui nello scri-vere un interrupt handler occorrestare molto attenti a non modifica-re i registri di stato utilizzati dal

programma principale. Nel nostrosorgente, ad esempio, non abbia-mo modificato nessun registro,neanche l'accumulatore W. Se si

TUTORIAL26

TUTORIAL

;Commuta sul primo banco dei registribcf STATUS,RP0

;Spegne tutti i led collegati sulla porta Bbcf PORTB,LED1bcf PORTB,LED2

;Abilita l'interrupt sul cambiamento di stato delle linee RB4,5,6,7movlw 10001000Bmovwf INTCON

;**********************************************************************; Loop principale;**********************************************************************

MainLoopcall Delay ;Ritardo software

btfss PORTB,LED1 ;Led acceso ?goto TurnOnLED1 ;No, lo accendegoto TurnOffLED1 ;Si, lo spegne

;Accende LED1 e torna al Loop principaleTurnOnLED1

bsf PORTB,LED1goto MainLoop

;Spegne LED1 e torna al Loop principaleTurnOffLED1

bcf PORTB,LED1goto MainLoop

;**********************************************************************; Subroutine;**********************************************************************

;Subroutine di ritardo softwareDelay

clrf Countclrf Count+1

DelayLoopdecfsz Count,1goto DelayLoop

decfsz Count+1,1goto DelayLoop

return

END

deve utilizzare l'accumulatore, oqualsiasi altro registro condivisocon il programma principale,occorre prendere alcune precau-zioni per evitare l'insorgere di erro-ri di programma molto difficili daindividuare. Una di queste precau-zioni consiste nel salvare il conte-nuto di tutti i registri di uso comu-ne, da utilizzare anche all'internodel nostro interrupt handler.Nel prossimo modulo presentere-mo un esempio di interrupt hand-ler più complesso nel quale vedre-mo come prendere delle precau-zioni per salvare lo stato correntedel programma principale.

POWER DOWN MODEIl Power Down Mode o SleepMode è un particolare stato di fun-zionamento del PIC utilizzato per

ridurre il consumo di corrente neimomenti in cui il PIC non è utiliz-zato perché in attesa di un eventoesterno. Se prendiamo come esem-pio un telecomando per aprican-cello o per TV, vediamo che per lamaggior parte del tempo il PICrimane in attesa che qualcunoprema un tasto.Appena questo avviene, il PIC effet-tua una breve trasmissione e sirimette di nuovo in attesa dellaprossima pressione di un tasto. Iltempo di utilizzo effettivo dellaCPU del PIC è quindi limitato aipochi millisecondi necessari pereffettuare la trasmissione mentreper diverse ore non è richiesta nes-suna elaborazione particolare. Perevitare di consumare inutilmente lalimitata energia dalla batteria èpossibile spegnere buona parte deicircuiti di funzionamento del PIC eriaccenderli solo in corrispondenzadi un qualche evento esterno;

vediamo come ciò avviene.

L'ISTRUZIONE SLEEPL'istruzione SLEEP viene utilizzataper mettere il PIC in Power DownMode e ridurre di conseguenza lacorrente assorbita che passerà dacirca 2 mA (a 5 V con clock di fun-zionamento a 4 MHz) a circa 2 µA,ovvero 1000 volte di meno! Perentrare in Power Down Modebasta inserire questa istruzione inun punto qualsiasi del nostro pro-gramma:SLEEP

Qualsiasi istruzione presente dopola SLEEP non verrà eseguita dal PICche terminerà in questo punto lasua esecuzione, spegnerà tutti i cir-cuiti interni, tranne quelli necessaria mantenere lo stato delle porte diI/O (stato logico alto, basso o altaimpedenza) ed a rilevare le condi-zioni di "risveglio" di cui parleremodi seguito. Per ridurre il consumo

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TUTORIAL

Figura 1: Schema elettrico dell’esempio “gestione interrupt”

MODULO 6

di corrente in questo stato, nondevono esserci ovviamente circuiticollegati alle linee di uscita del PICche assorbano corrente, o meglio,questi circuiti devono essere pro-gettati in modo da limitare il loroassorbimento nelle condizioni diPower Down.Un altro accorgimento raccoman-dato dalla Microchip è quello dicollegare al positivo (Vdd) o alnegativo (Vss) di alimentazionetutte le linee in alta impedenza nonutilizzate compresa la lineaRA4/T0CKI (pin 3).

IL "RISVEGLIO" DEL PICPer risvegliare il PIC dal suo sonnopossono essere utilizzate diversetecniche:

1 Reset del PIC mettendo a 0 il ter-minale MCLR (pin 4).

2 Timeout del timer del Watchdog(se abilitato).

3 Verificarsi di una situazione diinterrupt (interrupt dal pinRB0/INT, cambio di stato sullaporta B, termine delle operazionidi scrittura su EEPROM).

Nei casi 1 e 2 il PIC viene resettatoe l'esecuzione ripresa dalla locazio-ne 0. Nel caso 3 il PIC si comportacome nella normale gestione di uninterrupt eseguendo per primo l'in-terrupt handler e quindi riprenden-do l'esecuzione dopo l'istruzioneSLEEP. Perché il PIC venga risveglia-to da un interrupt devono essereabilitati opportunamente i flag delregistro INTCON.

ESEMPIO DI POWERDOWN MODEVediamo ora un primo semplice

esempio di utilizzo del PowerDown Mode e di modalità di "risve-glio" del PIC. La modalità utilizzataè l'interrupt sul fronte di discesaapplicato al pin RB0/INT utilizzan-do un pulsante. Il sorgente utilizza-to è riportato nel Listato 2 mentreil relativo schema da realizzare èriportato in figura 1.In pratica, il LED D1 collegato allalinea RB2 lampeggerà ad indicarel'esecuzione del programma incorso; premendo il tasto SW2 ilprogramma eseguirà l'istruzioneSLEEP ponendo il PIC in PowerDown Mode. Il diodo LED D1rimarrà acceso o spento in base almomento scelto per premere SW2.Per causare l'uscita dal PowerDown Mode del PIC, basterà pre-mere SW1 per generare un inter-rupt e far riprendere l'esecuzionedel programma.

TUTORIAL28

TUTORIAL

LISTATO 2

;**************************************************; PIC Microcontroller By Example; PDM.ASM: Esempio di Power Down Mode; (c) 2003, Sergio Tanzilli; http://www.picbyexample.com;**************************************************


;Configurazione chip:;Watch Dog Timer disabilitato;Power Up Timer abilitato;XT oscillator;Code protect disabilitato

__CONFIG 3FF1H

SWITCH1 EQU 0SWITCH2 EQU 1LED1 EQU 2

ORG 0CH

;contatore a 16 bit usato nella subroutine delay

Count RES 2

TUTORIAL 29

TUTORIAL

;Reset Vector;punto di partenza al reset della CPUORG 00H

;salta al corpo principale del programmagoto Start

;**********************************************************************; Interrupt vector; Punto di partenza per ogni interrupt handler;**********************************************************************ORG 04H

;**********************************************************************; Interrupt handler;**********************************************************************bcf INTCON,INTF ;Reset INTF flagretfie ;Return to the main body

;**********************************************************************; Corpo principale del programma;**********************************************************************

Start:bsf STATUS,RP0 ;Swap to data bank 1

;Definizione delle linee I/O della porta A (0=output, 1=input)movlw 00011111B ;Definition of port amovwf TRISA & 0x7F;Definizione delle linee I/O della porta B (0=output, 1=input)bsf TRISB & 0x7F,SWITCH1 ;Switch 1bsf TRISB & 0x7F,SWITCH2 ;Switch 2bcf TRISB & 0x7F,LED1 ;Led 1

;Set a 0 il bit INTEDG del OPTION register;così da ottenere un interrupt sul fronte di discesa di RB0/INTbcf OPTION_REG & 0x7F,INTEDGbcf STATUS,RP0 ;Swap to data bank 0bsf INTCON,GIE ;Enables interruptsbsf INTCON,INTE ;Enables RB0/INT interruptbcf PORTB,LED1 ;Turn off LED1

;**********************************************************************; Main loop;**********************************************************************

MainLoop

btfss PORTB,SWITCH2 ;If switch2 is down enter insleep ;Power Down Modecall Delay ;Software delay

;If LED1 in on then turn it off and viceversabtfss PORTB,LED1 ;Led on ?goto TurnOnLed1 ;No, turn it ongoto TurnOffLed1 ;Yes, turn it off

;Turn LED1 on

IL WATCH DOG TIMERPassiamo ora al funzionamento delWatch Dog Timer (che tradotto initaliano potrebbe significareTemporizzatore Cane da Guardia)il cui scopo è quello di migliorarel'affidabilità dei nostri circuiti basa-ti sui PIC. Il Watch Dog Timer è inpratica un oscillatore interno alPIC, ma completamente indipen-dente dal resto della sua circuite-ria, il cui scopo è quello di rilevareeventuali blocchi della CPU delmicro e resettare il PIC per ripren-dere la normale esecuzione delprogramma.Per poter rilevare un eventualeblocco della CPU durante l'esecu-zione del programma principale,viene inserita all'interno di questo,una istruzione speciale, la:CLRWDT

(CLeaR Watch Dog Timer) la qualeazzera ad intervalli regolari ilWatch Dog Timer non consenten-dogli di terminare il suo conteggio.

Se la CPU non effettua questaistruzione prima del termine delconteggio, allora si assume che ilprogramma si è bloccato per qual-che motivo e si effettua il Resetdella CPU. Il periodo minimo rag-giunto il quale la CPU viene reset-tata è di circa 18 ms (dipende dallatemperatura e dalla tensione di ali-mentazione). È possibile però asse-gnare il PRESCALER al Watch DogTimer per ottenere ritardi più lun-ghi fino a 2,3 s. Per abilitare ilWatch Dog Timer occorre abilitarein fase di programmazione il flagWDTE della word di configurazio-ne. La modalità di attivazione diquesto flag dipende dal program-matore in uso.

ASSEGNAZIONE DELPRESCALER AL WDTAgendo sul bit PSA del registroOPTION_REG è possibile assegnareil prescaler al Watch Dog Timer perottenere dei tempi di ritardo di

intervento maggiori. Il bit PSA vasettato ad uno con l'istruzione:BSF OPTION_REG,PSA

In caso contrario il prescaler verràassegnato al TIMER 0. Ovviamenteassegnando il prescaler al WDT nonsarà possibile assegnarlo completa-mente al TIMER 0 e viceversa.Intervenendo sui valori dei bit PS0,PS1 e PS2 dello stesso registroOPTION_ REG potremmo ottenerediversi intervalli di ritardo. La sceltacorretta dovrà essere fatta tenendoconto del massimo ritardo cheriusciamo ad ottenere all'interno delnostro programma tra l'esecuzionedi due istruzioni CLRWDT successi-ve. Nella Tabella 1 è riportata la cor-rispondenza tra i valori di questi bite gli intervalli che otterremo.

ESEMPIO PRATICO DI USODEL WATCH DOG TIMERVediamo ora, come sempre, unesempio pratico di utilizzo delWatch Dog Timer.

TUTORIAL30

TUTORIAL

TurnOnLed1bsf PORTB,LED1goto MainLoop

;Spegne LED1TurnOffLed1


;**********************************************************************; Software delay

;**********************************************************************

Delayclrf Countclrf Count+1

DelayLoop

decfsz Count,1goto DelayLoop


return

END

Useremo sempre lo schema riporta-to in figura 1 ed il sorgente riporta-to nel listato 3. In pratica questoesempio non differisce molto dall'e-sempio già usato per il Power DownMode. Appena il programma entre-rà in esecuzione vedremo il LED 1lampeggiare.Durante il lampeggio viene eseguitacontinuamente l'istruzione CLRWDTper evitare che la CPU venga resetta-ta (a tale proposito bisogna ricordarsidi programmare il PIC con l'opzione

WDTE abilitata). Non appena premia-mo il tasto SW2 la CPU entra in unloop infinito (StopLoop) senza esegui-re la CLRWDT. Trascorsi circa 2,3secondi, il Watch Dog Timer effettuail reset della CPU ed il diodo LEDcomincia nuovamente a lampeggia-re. Proviamo ora a riprogrammare ilPIC16F84 con lo stesso programmama senza abilitare il WDTE con ilnostro programmatore. Noterete chepremendo il tasto SW2 il lampeggio siblocca e non si sblocca più.

CONCLUSIONINella prossima puntata analizzere-mo in dettaglio le direttive del com-pilatore MPASM e l’elenco delleistruzioni assembler.

TUTORIAL 31

TUTORIAL

LISTATO 3

;**************************************************; PIC Microcontroller By Example; WDT.ASM: Esempio di Watch dog timer; (c) 2003, Sergio Tanzilli; http://www.picbyexample.com;**************************************************


;Configurazione chip:;Watch Dog Timer abilitato;Power Up Timer abilitato;XT oscillator;Code protect disabilitato__CONFIG 3FF5H

SWITCH1 EQU 0SWITCH2 EQU 1LED1 EQU 2

ORG 0CH

;contatore a 16 bit usato nella subroutine delayCount RES 2

;Reset Vector;punto di partenza al reset della CPUORG 00H

;salta al corpo principale del programmagoto Start

;**********************************************************************; Interrupt vector; Punto di partenza per ogni interrupt handler;**********************************************************************ORG 04H


Dal sito di Fare Elettronica è possi-bile scaricare il codice sorgentedegli esempi riportati nel testo.

TUTORIAL32

TUTORIAL

;**********************************************************************; Interrupt handler;**********************************************************************bcf INTCON,INTF ;Reset INTF flagretfie ;Return to the main body

;**********************************************************************; Corpo principale del programma;**********************************************************************

Start:

bsf STATUS,RP0 ;Swap to data bank 1

;Definizione delle linee I/O della porta A (0=output, 1=input)movlw 00011111B ;Definition of port amovwf TRISA & 0x7F

;Definizione delle linee I/O della porta B (0=output, 1=input)bsf TRISB & 0x7F,SWITCH1 ;Switch 1bsf TRISB & 0x7F,SWITCH2 ;Switch 2bcf TRISB & 0x7F,LED1 ;Led 1

;Set a 0 il bit INTEDG del OPTION register;così da ottenere un interrupt sul fronte di discesa di RB0/INTbcf OPTION_REG & 0x7F,INTEDG

;Assegna il PRESCALER al Watch dog timerbsf OPTION_REG & 0x7F,PSA

;Set the PRESCALER to 1:128bsf OPTION_REG & 0x7F,PS0bsf OPTION_REG & 0x7F,PS1bsf OPTION_REG & 0x7F,PS2bcf STATUS,RP0 ;Punta al data bank 0bsf INTCON,GIE ;Abilita gli interruptsbsf INTCON,INTE ;Abilita l’interrupt RB0/INTbcf PORTB,LED1 ;Spegne LED1

;**********************************************************************; Main loop;**********************************************************************

MainLoopbtfss PORTB,SWITCH2 ;Se switch2 e’ premuto entra

StopLoopgoto StopLoop ;Loop che ferma la CPUclrwdt ;Azzera il whatch dog timercall Delay ;Software delay

;If LED1 in on then turn it off and viceversabtfss PORTB,LED1 ;Led acceso?goto TurnOnLed1 ;No, lo accendegoto TurnOffLed1 ;Yes, lo spegne

;Accende LED1TurnOnLed1

bsf PORTB,LED1

TUTORIAL 33

TUTORIAL

goto MainLoop

;Spegne LED1TurnOffLed1


;**********************************************************************; Software delay;**********************************************************************

Delayclrf Countclrf Count+1

DelayLoopdecfsz Count,1goto DelayLoop


return

END

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Il progetto qui presentato si com-pone di due schede:

1 La scheda di controllo, che costi-tuisce il vero e proprio circuito,che vediamo nella foto a sinistra.

2 La scheda display (nella foto adestra), che ospita i led e l'imma-gine del cuore e dell'eventualemessaggio personalizzato.

Esaminiamo lo schema elettrico,riportato in figura 1, iniziando coldire che la tensione di 9V fornitadalla batteria, tramite il diodo D1posto a protezione contro inversio-ni di polarità, alimenta gli stadirelativi agli inte-grati U2 ed U3(8,3V).Inoltre questa ali-menta lo stabilizza-tore U1 (LM78L05)utilizzato per for-nire la tensionestabilizzata di 5Vallo stadio di U4. Idiodi led sono gliunici ad essere ali-mentati diretta-mente, prima di D1, perchè hannobisogno della tensione di 9V.

L'apertura del pacco...Lo stadio formato da U2A serve adattivare il circuito nel momento incui il pacco viene aperto. Appenaciò avviene, la fotoresistenza FR1colpita anche dalla minima fonte diluce riduce la sua resistenza facen-do calare la tensione ai suoi capifino a far commutare a livello altol'uscita di U2A che è un semplicecomparatore.La tensione di riferimento è datadal partitore R2-R3, mentre R4provvede all'isteresi. Il circuito èdimensionato in modo che la com-mutazione del comparatore avven-ga quando la resistenza di FR1

oltrepassa la soglia dei 100 KΩcirca. Questo garantisce una com-

mutazione ottimale, infatti al buiocompleto il valore di FR1 superacertamente 1 MΩ, mentre allaminima fonte di luce scende sotto i50 KΩ.Dunque, appena la fotoresistenza"si accorge" che il pacco è statoaperto, il livello alto presente sull'u-scita di U2A manda in conduzioneT1, il quale provvede ad abilitare:

• L'accensione dei led.• La riproduzione del messaggio

vocale.

Il cuore che pulsa...Lo stadio formato da U2B ed U3

provvede all'ac-censione pulsantedei 12 led, chen a t u r a l m e n t esono collegaticontemporanea-mente in modoche si accendanotutti insieme.Lo stadio formatoda U2B è un sem-plice generatoredi onde quadre

che provvede a pilotare U3(CD4017) in modo tale che le

A San Valentino stupisci il tuo partner con questo originalissimo regalo! Dispone diun circuito stampato con serigrafia a colori che può essere personalizzata con unmessaggio che risulterà stampato sulla basetta stessa. Il dispositivo deve essere postoacceso all'interno di un pacco regalo, e all'apertura del pacco i led a forma di cuoreinizieranno a pulsare e l'altoparlante riprodurrà un messaggio preregistrato dall'utente...Cosa c'è di più sorprendente che aprire un pacco e sentirsi fare un bel messaggiod'amore (vocale), con tanto di cuore pulsante e messaggio scritto?

HARDWARE

HARDWARE34

prime otto uscite (da Q0 a Q7)assumano livello logico alto a scor-rimento.Poiché la frequenza del segnalegenerato da U2B è di circa 7Hz,l'intero ciclo di scorrimento di U3dura circa un secondo.Con l'aiuto del grafico riportato

nelle pagine seguenti, esaminiamoil ciclo di accensione dei led, che èdiviso in "8 semiperiodi", corrispon-denti alle otto uscite suddette delCD4017. In ciascuno di tali semipe-riodi (tranne quello in cui Q4 è alivello alto), la base del transistorT2 viene pilotata con resistenze di

diverso valore (da R10 a R16). In questo modo otteniamo diverseluminosità di accensione dei led.Per l'esattezza, abbiamo quattropossibili livelli di luminosità dei led:

• ALTO: quando è attivo Q6.• MEDIO: quando è attivo Q0.

HARDWARE

HARDWARE 35

Figura 1: Schema elettrico

• BASSO: quando sono attivi Q1,Q2, Q3, Q5, Q7.

• SPENTO: quando è attivo Q4.

Il livello basso si ha nei quattro casiin cui l'uscita attiva è quella colle-gata a resistenze da 100 KΩ(appunto Q1, Q2, Q3, Q5, Q7). Glialtri livelli (alto, medio e spento) sihanno soltanto una volta durantetutto il ciclo.Sempre nel riquadro “Il ciclo diaccensione dei led”, vediamo il

risultato del ciclo di accensione deiled appena esposto. Il CD4017compie continuamente il suo ciclo,

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HARDWARE36

Figura 2: Circuito stampato della scheda di controllo (scala 1:1, lato rame)

Figura 3: Posizionamento dei componenti sulla scheda di controllo

Figura 4: La scheda di controllo completamenteassemblata

Elenco componentiScheda di controllo

Sigla Valore

R1÷R3 100 KΩ 1/8 W

R4 470 KΩ 1/8 W

R5 10 KΩ 1/8 W

R6÷R9 100 KΩ 1/8 W

R10 68 KΩ 1/8 W

R11÷R14 100 KΩ 1/8 W

R15 47 KΩ 1/8 W

R16 100 KΩ 1/8 W

R17÷R20 10 KΩ 1/8 W

R21 4,7 KΩ 1/8 W

R22 470 KΩ 1/8 W

R23 10 Ω 1/8 W

FR1Fotoresistenza VT90N1 oequivalente

AP1 Altoparlante 8 Ω 0,2W

C1÷C8 100 nF multistrato

C9 1 µF 16 V elettrolitico


C11 4,7 µF 16 V elettrolitico

D1 1N 4007

T1÷T2 BC337

U1 LM78L05

U2 LM358

U3 CD4017

U4 ISD1420P

N.1 capsula microfonicapreamplificata 2 pin.

N.1 zoccolo DIP 8N.1 zoccolo DIP 16N.1 zoccolo DIP 28N.1 snap per pila a 9VN.1 connettore strip-line

femmina a 4 poliN.1 connettore strip-line

maschio a 3 poliN.1 connettore strip-line

maschio a 2 poli

in quanto è sempre alimentato, mai led si accenderanno soltanto quan-do T1 è attivo, quindi al buio com-pleto i led non si accenderanno.Concludiamo osservando che ilsemiperiodo in cui i led sono spen-ti (Q4 di U3) non solo viene sfrut-tato per ottenere il ciclo di accen-sione che simula un cuore pulsante,ma è importante anche per assicu-rare che una volta posta la schedanel pacco, questa si disattivi.Infatti, se i led fossero sempre acce-si, la fotoresistenza potrebbe conti-nuare a "vedere" luce e non si spe-gnerebbe mai (a meno di non inse-rire la batteria al buio completo, emettere la scheda nel pacco sem-pre al buio... potrebbe essere unpo’ difficoltoso!).

Il messaggio vocale...Per riprodurre il messaggio vocale,abbiamo utilizzato un ISD1420.Tale circuito integrato possiede alsuo interno un registratore e ripro-duttore a stato solido che utilizzauna memoria EEPROM inclusa nel

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HARDWARE 37

Figura 7: La scheda “cuore” completamenteassemblata

Figura 5: Circuito stampato della scheda “cuore” (scala 1:1, lato rame)

Figura 6: Posizionamento dei componenti sulla scheda “cuore”

Elenco componentiScheda display

Sigla Valore

DL1÷DL12Diodo led circolare 3mm.ROSSO

N.2 connettore strip-linemaschio a 4 poli - 90°

N.1 circuito stampato PE253D

suo interno.Il segnale audio entrante al pin 17viene convertito in formato digitalee memorizzato nella EEPROM dovepuò essere conservato senza ali-mentazione per un periodo di 100anni (questo assicura la casamadre).Per registrare il messaggio è neces-sario inserire il ponticello del con-nettore a 3 poli nella posizione

RECORD. In questo modo il pin 27va a livello basso (ovviamente se T1è in conduzione, quindi se c'è lucenell'ambiente). Si hanno da questomomento 20 secondi di tempo perregistrare il messaggio, parlando almicrofono.Dopo la registrazione, il ponticellova posto nella posizione PLAY, inmodo tale che il pin 27 torni alto evada basso il pin 23 abilitando la

riproduzione del messaggio. In que-sto caso viene letto il contenutodella EEPROM e convertito in for-mato analogico, disponibile ai pin14 e 15 dove troviamo un piccoloaltoparlante (procedimento inversoa quello della registrazione).La riproduzione (ma anche la regi-strazione) è possibile soltantoquando c'è luce nell'ambiente, poi-ché, in caso contrario, il transistorT1, essendo interdetto, non con-sente al pin 23 o 27 di U4 di esserea livello basso.Per motivi di spazio, la capsulamicrofonica non è stata inserita sulcircuito stampato, in quanto servesoltanto per la registrazione, quindidovrà essere saldata provvisoria-mente nello spazio apposito, mapotrà anche restare collegata defini-tivamente, come spieghiamo nelcapitolo "Realizzazione".Ricordiamo che registrando unnuovo messaggio, quello preceden-temente registrato viene cancellatointeramente.Nella scheda è presente anche unconnettore a 2 poli (LOOP): inse-rendo qui il ponticello, il messag-gio registrato viene riprodottocontinuamente all'infinito; lascian-do invece il connettore libero, ilmessaggio viene riprodotto unasola volta.

REALIZZAZIONEInnanzitutto è necessario reperire ilmateriale riportato nell'elencocomponenti, e realizzare i circuitistampati. Dopodichè, i componen-

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HARDWARE38

Figura 8: Montaggio della fotoresistenza

Figura 9: Montaggio del connettore di collegamento schede

Figura 10: Assemblaggio delle schede

NOTAIl ponticello LOOP deve esseretolto o inserito prima di inserire ilponticello PLAY.Infatti, se il ponticello LOOP vieneinserito o tolto mentre la riprodu-zione è in corso, l'impostazioneLOOP non ha effetto, ed avrà effet-to soltanto dopo che il ponticelloPLAY sarà stato tolto e reinserito.

ti dovranno essere saldati sui circui-ti stampati. In particolare, per lascheda display sarà necessario rea-lizzare la serigrafia del cuore, chepuò esere effettuata utilizzando latecnica del trasfermineto a caldo,oppure con un foglio adesivo su cuiè stata preventivamente stampatal’immagine.Per far risaltare maggiormente icontorni del cuore, consigliamo ditracciare con un pennarello nero apunta spessa, sul lato piste, i con-torni del cuore che si vedono in tra-sparenza.

Assemblaggio della schedadi controlloUna volta in possesso del circuitostampato relativo alla scheda dicontrollo, si può procedere con lasaldatura dei componenti. Tutti icomponenti devono avere un'altez-za non superiore a 12 millimetridalla scheda, quindi occorre presta-re attenzione ad introdurre i trans-istor ed i condensatori in modo darispettare tale misura. Ecco l'ordinecon cui consigliamo di procedere:

• I due ponticelli.

• Le 23 resistenze (attenzione aicolori)

• Il diodo 1N4007 (attenzione allapolarità)

• I 3 zoccoli (attenzione alla taccadi riferimento).

• Gli 8 condensatori multistrato.• Il connettore a striscia femmina

da 4 poli (vedere "DISPLAY" sulpiano di cablaggio).

• I 2 transistor BC337 (attenzioneal verso giusto).

• L'integrato LM78L05 (attenzioneal verso giusto).

• I 3 condensatori elettrolitici(attenzione alla polarità).

• I 2 connettori a striscia LOOP eREC/PLAY

• La fotoresistenza (il suo corpodeve trovarsi a 10 millimetri dallascheda, come mostra la figura 8).

• Lo snap per la pila a 9V (facendopassare i fili nei appositi fori).

• L'altoparlante.

Per fissare l’altoparlante, procederein questo modo: saldare dei pezzidi filo rigido sui morsetti dell'alto-parlante, e le estremità di tali filisulla scheda (sono sufficienti duefili avanzati dal taglio di altri com-ponenti). L'altoparlante dovrà tro-varsi leggermente sollevato dallascheda (non più di un millimetro),per non farlo vibrare sulla basetta,senza per questo che sia necessariofissarlo in altro modo.

Assemblaggio dellascheda displaySul circuito stampato, dopo avertrasferito la serigrafia, occorre pra-ticare, oltre ai fori relativi ai led,anche i fori che vediamo in basso adestra e a sinistra. Questi dovrannoavere un diametro preferibilmentedi 3 millimetri, e comunque noninferiore a 2 millimetri. I fori didestra servono per l'altoparlante,mentre di quelli a sinistra ne servein realtà uno solo per la fotoresi-stenza, ma per estetica consigliamo

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HARDWARE 39

Figura 11: Modello per realizzare il cartoncino

Figura 12: Risultato finale

di farli tutti.Occorre quindi saldare i 12 led, chevanno introdotti fino in fondo neirelativi fori.Una volta montati i led, dovremosaldare il connettore a striscia da 4poli direttamente sul lato pistedella scheda. Nel compiere questaoperazione, dovremo fare attenzio-ne a saldarlo il più esattamentepossibile al centro delle piazzole,affinché i contatti combacino con ilconnettore della scheda di control-lo. Il connettore va saldato in modoche la parte verticale si trovi nelladirezione inferiore della scheda,come indicato nella figura 9.

Realizzazione del cartoncinoper i vaniQuando le due schede sono pron-te, prima di collegarle mediante ilconnettore centrale a 4 poli, ènecessario realizzare un cartoncinoper separare i diversi vani. Infatti lascheda di controllo va posta paral-lela alla scheda display, semplice-mente inserendo il relativo connet-tore, ma nella parte superiore dellascheda di controllo deve essereposta la batteria.Il cartoncino ha lo scopo di creare itre vani che vediamo nella figura10, isolandoli elettricamente nellostesso tempo.

Si tratta di un'operazione semplicis-sima, che si può compiere nei quat-tro passi di seguito descritti, su uncartoncino di cui riportiamo infigura 11 il modello:

1 Ritagliare il cartoncino lungo lelinee continue.

2 Piegarlo lungo le linee tratteggia-te, e nastrare o spillare insieme ledue parti piegate.

3 Con una forbice, asportare lazona nera.

4 A questo punto, porre il cartonci-no sulla scheda display e collega-re a quest'ultima la scheda di

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L’IMMAGINE PER LA SCHEDA DISPLAYQui vediamo un modello delll’immagine da serigrafare sul latocomponenti della scheda.Le due zone viola sono quelle in cui si trovano i fori per l'altopar-lante e la fotoresistenza. La zona bianca può essere utilizzata perinserire un messaggio personalizzato, come nel nostro prototipo.

IL CICLO DI ACCENSIONE DEI LEDCome spigato in queste pagine, il CD4017 nei suoi otto semiperio-di genera il seguente ciclo di livelli di luminosità dei led:

Il grafico seguente mostra visivamente alcuni cicli di accensione deiled:

Il ciclo da Q0 a Q7 infatti si ripete continuamente generando uneffetto pulsante, che ovviamente visto dal vivo è molto più realisti-co di quanto possa apparire da questo semplice grafico.

Luminosità Uscite di U3 Resistenza

Alta Q6 47 KΩ

Media Q0 68 KΩ

Bassa Q1, Q2, Q3, Q5, Q7 100 KΩ

Led spenti Q4 Infinita

controllo tramite il connettoreapposito.

REGISTRAZIONE DELMESSAGGIOSaldare la capsula microfonica sullesue piazzole rispettando la polarità,come visibile nel piano di cablag-gio (figura 3). Togliere il ponticello,se presente, nel connettoreREC/PLAY, quindi inserire la pila a9V nel suo snap, senza che la sche-da display sia collegata.A questo punto, per registrare il

messaggio, occorre inserire il pon-ticello nella posizione REC e parlarea circa 20 centimetri dal microfo-no. Al termine del messaggio,togliere il ponticello dalla posizioneREC ed inserirlo nella posizionePLAY per riascoltarlo subito.Se il messaggio deve essere ripetu-to ciclicamente, è bene lasciare unoo due secondi di silenzio, affinchéci sia una pausa tra una ripetizionee l'altra. In questo caso sarà anchenecessario inserire il ponticello nelconnettore LOOP.

Una volta sicuri del messaggio regi-strato, si può togliere la pila, quin-di scollegare la capsula microfonicae connettere la scheda display.

FUNZIONAMENTOCollegare la pila a 9V nel suo snap,e verificare che i led pulsino e che ilmessaggio sia riprodotto dall'alto-parlante. Spegnendo completa-mente le luci (buio completo) i leddevono spegnersi entro pochisecondi e l'altoparlante deve diven-tare muto. Illuminando di nuovol'ambiente, i led e l'altoparlante tor-nano nuovamente a fare il lorolavoro.A questo punto è tutto pronto: pre-parare il pacco poco prima che siascartato, inserendo al suo interno ilnostro "Regalo di San Valentino",ovviamente con la pila collegata.Alla chiusura del pacco i led si spe-gneranno e il consumo della pilasarà minimo, e resterà in attesa diessere scartato!

Per evitare brutte figure, accertarsidi inserire una pila ben carica.

Buon San Valentino!

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DUE PAROLE SULL’ALTOPARLANTEL'altoparlante da noi impiegato è molto piccolo (29 millimetri didiametro per appena 9 millimetri di spessore). Questo lo rendeideale per far rientrare tutto nello spazio da noi pianificato e nellostesso tempo ha una potenza sufficiente per il nostro scopo (infat-ti chi apre il pacco è a pochi centimetri di distanza, e non ènecessario un livello sonoro elevato).Chi desiderasse un maggior livello e qualità del suono, può benis-simo utilizzare un altoparlante della stessa impedenza e potenza(8 Ω - 0,2 W) di maggiore diametro (4-5 centimetri), che ovvia-mente andrebbe sistemato in maniera diversa.

L’INTEGRATO ISD1416L'integrato ISD1420 può essere sostituito con un ISD1416 che ha ilvantaggio di una qualità audio leggermente superiore, a spese deltempo di registrazione che è di 16 secondi anziché 20 secondi.

FOTOFONOFOTOFONOdi Agostino [email protected]

L’esperimento fu ispirato dall’ideadi trasmettere la voce per mezzo diun fascio luminoso, in seguito aibrillanti successi conseguiti con iltelefono (figura 1).

Per fare questo, Bell ideò un micro-fono (figura 2) costituito essenzial-mente da una membrana rifletten-te (M) su cui veniva fatto incidereun raggio di sole, che veniva con-vogliato per mezzo di uno spec-chio (S).La membrana era preceduta, abreve distanza, da un diaframma(D) contenente un gran numero dipiccoli forellini. La voce, immessaattraverso un tubo, metteva invibrazione la membrana; in questomodo il raggio di luce che ne veni-va riflesso veniva modulato dallelievi variazioni di distanza tra M eD e, a tutti gli effetti, trasportaval’informazione vocale sotto formadi variazione di intensità luminosa.

Come rivelatore, Bell impiegò unacella al selenio, su cui il fascio di

luce veniva focalizzato per mezzodi uno specchio concavo.

Le proprietà fotosensibili del sele-nio furono indagate molto accura-

L’invenzione del fotofono si deve ad Alexander Graham Bell , il quale nel 1880 riuscìcon questo sistema a trasmettere il primo messaggio vocale per mezzo della luce.

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Figura 1: Esperimento di Bell

Figura 2: Principio di funzionamento del microfono luminoso

Figura 3: Schema di principio del fotofono a lampadina Figura 4: Fotofono a laser

tamente da Bell. Durante i primiaccertamenti, questo materialepresentava una resistenza elettrica

variabile, in funzione dell’esposi-zione alla luce, da alcuni MΩ aqualche centinaio di KΩ. In seguito

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Figura 5: Schema elettrico del trasmettitore

Figura 6: Master circuito stampato del trasmettitore in scala 1:1 (lato rame)

Elenco componentidel trasmettitore

Sigla Valore

R1 3.9 KΩ 1/4W

R2 150 Ω 1/4W

R3, R8 100 KΩ 1/4W

R4, R5 4.7 KΩ 1/4W

R6 12 KΩ 1/4W

R7 10KΩ 1/4W

R9, R10 3.3 KΩ 1/4W

R11 47 Ω 1/4W

RV1,RV2

Trimmer multigiri 50 KΩverticale

C1, C5 1 µF 50V ceramico

C2,C3, C6

4,7µF 50V elettrolitico

C4 10 µF 50V elettrolitico

TR1 2N2222

TR2,TR3

2N1711

IC1 TL082

M1Capsula microfonicapreamplificata

DL1 Diodo laser rosso 5 mW

SW1 Interruttore a slitta

Figura 7: Schema di montaggio dei componenti

agli studi condotti, lo scienziatoriuscì a produrre, tramite un parti-colare processo di lavorazione, unacella che offriva una resistenzarelativamente piccola (da 300 a150 Ω a seconda dell’intensitàdella luce incidente), tale quindida condurre correnti abbastanzaintense da essere percepibili incuffia.

Fu proprio questo il punto di par-tenza che portò all’ ideazione delFotofono.

Il rivelatore traduceva quindi ledeboli fluttuazioni di luce in varia-zioni di resistenza elettrica propor-zionali alle vibrazioni meccanicheoriginali.Il circuito di ricezione era costituitoda un collegamento in serie conte-nente la cella rivelatrice (R), le bat-terie di alimentazione (B) e la cuf-fia (C) per l’ ascolto.

In questo modo Bell e il suo assi-stente Tainter effettuarono laprima trasmissione telefonica“wireless” alla considerevoledistanza di 213 metri.Il trasmettitore era sistemato sultetto della scuola Franklin House(Washington) mentre il ricevitore si

trovava alla finestra del laboratorioprivato di Bell.

IL PROGETTOPer realizzare un fotofono inmaniera semplice si possono utiliz-zare diversi metodi.Senza mettere in gioco membranevibranti e raggi solari, si può utiliz-zare, ad esempio, una semplicelampadina a incandescenza. Macome si fa a “modulare” la lucedella lampadina?

Lo schema di principio del fotofo-no qui descritto è basato sull’im-piego di una capsula microfonica,il cui segnale viene amplificato equindi inviato ad uno stadiomodulatore di ampiezza a trans-istor, il cui carico può essere costi-tuito da una lampadina (figura 3).

La lampadina viene accesa legger-mente con una piccola tensionecontinua per poter allineare ilfascio di luce. Su questa compo-nente continua viene sovrappostoil segnale utile, costituito dalsegnale audio amplificato.Come ricevitore, si può utilizzareun fotodiodo, ad esempio il BPW34(figura 3), che presenta un’ampiasuperficie di captazione, oppure un

fototransistor, che andrà opportu-namente polarizzato.Naturalmente, questo apparato hauna portata modesta, di pochi cen-timetri. Ma, se si dispone di lentiopportune per concentrarne ilfascio, si può raggiungere tranquil-lamente un centinaio di metri didistanza. Inoltre, la banda passantedi questo sistema di trasmissione ècondizionata fortemente dall’iner-zia elettrica del filamento dellalampadina. Tuttavia, per segnali inbanda audio, si presta molto bene;ad esempio, con una lampadina da3,5 Volt, del tipo da torcia elettricatascabile, ho misurato una bandadi circa 20 Khz.

Anche un normale led può essereutilizzato al posto della lampadina.In questo caso la banda passante èmolto più estesa, ma la distanzautile si riduce considerevolmente,data la relativamente bassa intensi-tà di emissione.

FOTOFONO A LASERUn fotofono molto più efficiente eche non necessita di particolarilenti per la focalizzazione (poichécontiene già una piccola lente inte-grata) si può realizzare con uncomune laser da 5 mW, reperibileal costo di pochi Euro sulle banca-relle del mercatino cinese del quar-tiere, mentre, per il ricevitore, sipresta molto bene una cella foto-voltaica standard che si può trova-re nelle fiere dell’elettronica.Su questo tipo di apparato con-centriamo la nostra attenzione.Il fascio luminoso del laser si dis-perde molto poco; ad esempio, acirca 100 metri di distanza, ladimensione del cono di luce è diuna decina di centimetri di diame-tro, quindi rientra perfettamentenella superficie della cella fotovol-taica (figura 4).È importante fare attenzione anon puntare il laser in direzione

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HARDWARE44

Figura 8: Trasmettitore assemblato

del viso, poiché può arrecaredanni molto gravi alla retina del-l’occhio umano.

IL TRASMETTITORELo schema di principio, che abbia-mo già enunciato nel caso in cui si

utilizzi una lampadina, va beneanche per il laser, senza sostanzialimodifiche.Lo schema elettrico è descritto infigura 5.

Il segnale audio viene prelevato da

una capsula microfonica preampli-ficata (M1) e viene inviato ai duestadi in cascata dell'amplificatoreoperazionale IC1.

Il secondo stadio restituisce unsegnale di circa 3 Vpp di ampiezza,

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Figura 9: Schema elettrico del ricevitore

Figura 10: Master circuito stampato del ricevitore in scala 1:1 (lato rame)

Figura 11: Schema di montaggio dei componenti

Elenco componenti del ricevitore

Sigla Valore

R1 100 KΩ 1/4W

R2 1,5 KΩ 1/4W

R3 33 Ω 1/4W

R4 10 Ω 1/4W

RV1Trimmer 50 KΩorizzontale

C1, C6 10 µF 50V elettrolitico

C2, C3 4.7 µF 50V elettrolitico

C4 47 pF 50V ceramico

C5 2.2 µF 50V elettrolitico

C7 0.1 µF 50V ceramico

C8 47 µF 50V elettrolitico

TR1 2N2222

IC1 LM380N

F1 Cella fotovoltaica

SPK1 Altoparlante 8 Ω

SW1 Interruttore a slitta

tale da poter pilotare adeguata-mente lo stadio modulatore, costi-tuito dai transistor TR1, TR2, TR3.Questo stadio ha guadagno di ten-sione sostanzialmente unitario ebassa impedenza di uscita.Consente quindi di pilotare il laserseguendo le variazioni del segnaleaudio in ingresso.

Il trimmer RV2 ha la funzione diregolare l'offset della modulazione,cioè permette di stabilire un livellominimo d’illuminazione-base per illaser per poter effettuare il punta-mento; su questo offset si andrà asovrapporre la componente alter-nata rappresentata dal segnalemodulante.Per evitare distorsioni, è bene chel’offset abbia un’ampiezza minimatale da supportare le escursioni del

segnale modulante.Il trimmer RV1 ha lo scopo di rego-lare il guadagno del secondo sta-dio di IC1.Dal punto di vista operativo, laregolazione finale dei trimmer èconveniente che venga effettuatasolo dopo aver realizzato anche ilricevitore.

L’alimentazione è fornita da unabatteria da 9V, che può fornireun’autonomia di alcune decine diminuti. Per una installazione fissa,è più conveniente utilizzare un ali-mentatore stabilizzato.In figura 6 viene riportato il masterdel circuito stampato e in figura 7lo schema di montaggio.

RICEVITOREIl circuito di ricezione (figura 9)

impiega come sensore la cella foto-voltaica F1, su cui l' immagine rice-vuta va necessariamente proiettatacon precisione per avere un segna-le efficace.Segue il transistor TR1 in funzionedi preamplificatore.Dal trimmer RV1 (regolatore divolume) il segnale viene prelevatoed amplificato dall' integrato IC1,che lo restituisce in altoparlante alivello udibile.

Anche in questo caso l’alimenta-zione al sistema è fornita da unabatteria da 9V.Il master del circuito stampato èriportato in figura 10.

CONSIGLI PRATICIPer la realizzazione del fotofono alaser è conveniente montare il tra-smettitore e il ricevitore su deitreppiedi del tipo da macchinafotografica, in modo da poter col-locare il tutto anche in luogo aper-to; la stabilità meccanica del siste-ma è fondamentale per poterregolare con precisione l’allinea-mento del fascio.

Per il collaudo è utile disporre diun generatore di segnale affidabi-le; si può ad esempio prelevare l’u-scita audio di un walkman e inviar-la direttamente in ingresso allabase del transistor TR1 del trasmet-titore, avendo cura di disaccoppia-re il segnale con un condensatoredi capacità pari a quella di C3 e discollegare temporaneamente lostesso C3.

Dapprima si dispongano trasmetti-tore e ricevitore a breve distanza, siaccenda il tutto e si regoli l’offsetdel laser in modo che sia accesoquanto basta per essere visibile.Una volta puntato il laser verso lacella rivelatrice, si regoli l’amplifica-zione del trasmettitore e del ricevi-tore in modo da percepire l’audio

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Figura 12: Ricevitore assemblato

Figura 13: I circuiti integrati utilizzati nel progetto

in altoparlante senza distorsioni.Per chi dispone della strumentazio-ne adeguata (generatore di segna-le e oscilloscopio) il collaudo puòessere condotto in maniera moltopiù efficace.

Dopo aver effettuato le verifichedel sistema fotofonico a brevedistanza, si potranno sistemare iltrasmettitore e il ricevitore a uncentinaio di metri l’uno dall’altro.

Con l’aiuto di un collaboratore, epreferibilmente muniti di telefonicellulari, si potrà quindi procederealla verifica su lunga distanza.

Infine, il walkman potrà esserescollegato per passare all’ utilizzodefinitivo del microfono.

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RIFERIMENTI BIBLIOGRAFICI

Alexander Graham Bell, "On theProduction and Reproduction ofSound by Light", American Journalof Sciences, Third Series, vol. XX,n°118, Oct. 1880, pp. 305- 324."The Photophone", Appletons'journal: a magazine of general lite-rature, Volume 10, Issue 56, D.Appleton and Company, New York,February 1881, pp. 181-182Prof. Graham BELL, "On Methodsof Preparing Selenium and otherSubstances for PhotophonicExperiments", Proccedings of theRoyal Society of London, Nov. 251880, p.72."Bell's photophone", ScientificAmerican, 44(1), 1 January 1881,pp.1-2.

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Figura 15: Fotofono di Bell e Tainter conservatoallo Smithsonian Museum diWashington

Figura 14: Brevetto del fotofono(14 Dicembre 1880)

PROGETTIAMO UN RAZZO

SISTEMA DI RIENTRO(PARACADUTE)

PROGETTIAMO UN RAZZO

SISTEMA DI RIENTRO(PARACADUTE)di Eugenio [email protected]

PERCHÉ L’IMPIEGO DI SISTEMIDI RECUPEROOgni razzo amatoriale deve assolu-tamente avere un sistema di recu-pero. I motivi sono semplici:Innanzitutto la sicurezza: unoggetto che raggiunga altezze piùo meno elevate, ad un certopunto, a causa dell’esaurimentodella carica propulsiva e dell’attra-zione gravitazionale terrestre, rica-drà con l’accelerazione di gravità(9.81 m/s*s), il che vuol dire chepiù in alto sale, più veloce saràl’impatto al suolo.Ad esempio, un oggetto in cadutalibera da una quota di soli 100metri di altezza, toccherà terra apiù di 100 Km/ora. Potete benimmaginare i danni che potrebbecausare, seppur vengano usatimateriali leggerissimi.All’inizio della sperimentazionemissilistica, così come nei primitempi della missilistica amatoriale

da parte di appassionati, coloroche costruivano razzi non usavanoalcun tipo di sistema di recupero. Ilrazzo dopo il decollo iniziava unatraiettoria parabolica che termina-va ineluttabilmente in uno schian-to a terra con la distruzione totale,o nella migliore delle ipotesi, lofaceva conficcare abbastanza inprofondità.Recuperarlo, voleva dire raccoglie-re i pezzi sparsi nel campo. Forsepiù che la sicurezza, fu l’idea direcuperare tutto e ripristinarlo perun nuovo lancio a farsi strada nellatesta degli sperimentatori ed arri-vare a sistemi il più affidabili possi-bile. Il sistema di recupero è sicura-mente uno delle parti più impor-tanti di un razzo. Senza di essotutto il lavoro fatto per garantireun lancio di successo andrebbeperduto.Il metodo più usato per rallentare ladiscesa di un razzo è il paracadute.

ESPULSIONE CON SISTEMAPIROTECNICOSe si utilizza un motore commer-ciale di piccola-media potenza, sisfrutta la sua carica di espulsionetemporizzata da un grain di ritar-do. Questa carica andrà a pressu-rizzare il vano che contiene il dis-positivo di recupero, di solito la

Tema di questa puntata è quello di guidare lo sperimentatore nella scelta ecostruzione del sistema di recupero che dovrà essere realizzato su misura dellecaratteristiche del razzo. Ad esempio un paracadute, per svolgere il proprio lavorocorrettamente, dovrà essere calibrato sul peso complessivo del razzo, così che ilrecupero venga fatto nelle immediate vicinanze e senza che alcun danno possaaccadere nell’impatto al suolo del rientro.


TECNOLOGIE SPERIMENTALI48

sesta parte

zona sotto l’ogiva, che una voltaespulsa trascina con sé il paracadu-te. Di solito il ritardo impiegato ètale da assicurare che la caricavenga attivata nel momento in cuiil razzo si trova in prossimità dell’a-pogeo, così che non ci siano strap-pi eccessivi al cavetto che tienelegato il dispositivo, che altrimentipotrebbe spezzarsi sotto il contrac-colpo del paracadute aperto inpieno flusso d’aria causato dall’altavelocità della caduta libera. Lostesso contraccolpo può causarsianche se l’estrazione del dispositi-vo di recupero avviene durante laspinta del motore o durante la faseinerziale.Usando motori di piccolo diametroè più semplice utilizzare cariche dipropellente che brucino con unritardo predefinito per poi attivarela carica di espulsione. Questi ritar-di funzionano abbastanza benecon un buon livello di precisione esono molto economici.Ciò che deve fare un grano di ritar-do, è accendersi insieme al propel-lente e bruciare in un periodo ditempo più lungo; a questo punto,la fiamma presente nella camera dicombustione raggiunge la caricapirotecnica a base di polvere nera,che sviluppando molto gas, faespellere l’ogiva contenente il dis-positivo di recupero. Le risposte a cui si deve risponderenella progettazione del grain diritardo sono: “quale sarà la suadimensione per ottenere il ritardovoluto?” e conseguentemente,“quanto tempo ci vorrà per rag-giungere l’apogeo?”. A quest’ulti-ma domanda si risponde utilizzan-do un software di simulazione. Cene sono alcuni scaricabili da inter-net sia free che a pagamento, maanche la loro versione demo cipotrà essere molto utile. Una volta usato questo softwareCAD si otterrà un razzo virtuale, alquale dovrà essere aggiunto il

motore, creato da ulteriori routinesche partendo dalle sue caratteristi-che peculiari, come la curva carat-teristica della spinta, ovvero ungrafico che descrive l’andamentodella spinta nel tempo. Quindi dal-l’andamento del volo simulato,sapremo dopo quanto tempo, se idati immessi saranno corretti, ilrazzo raggiungerà l’apogeo.Di solito la fase iniziale più quellainerziale durano alcune decine disecondi.Ad esempio se la spinta dura 3secondi e l’apogeo si raggiungeràdopo 15 secondi dalla partenza,possiamo dedurre che il grain diritardo non dovrà avere una duratadi 12 secondi, ma di 15 in quantosi accenderà nello stesso momentoin cui si accende il grano di com-bustibile. La determinazione dellalunghezza del grano di delay èdivisa in due parti: la parte chebrucia durante la combustione delpropellente, e la parte che bruciadurante la fase successiva.Innanzitutto, la quantità del granodi ritardo consumato durante laprima fase è in diametro, quellomassimo all’interno del motore. Seil diametro interno è di 28 mmallora tale sarà sia il diametro delgrain che la sua lunghezza, di qual-siasi tipo sia il grano di propellen-te, forato o con uno “slot” a formadi C o di Luna o a stella.Da tener conto che sia il propellen-te che il delay devono avere la stes-sa formula di composizione nelcaso si stia trattando di propellenti

compositi. Per calcolare la lun-ghezza del grano consumato men-tre il razzo è nella fase inerziale, sideve conoscere il rateo di combu-stione del propellente usato per ilritardo alla pressione atmosferica.Per determinarlo, dobbiamo pren-dere un pezzo di propellente emetterlo in un tubo dello stessodiametro interno del motore,magari in PVC ovvero uno di queitubi che si usano in idraulica, dopoaverlo avvolto in un tubo di car-toncino che lo isoli dalle pareti(detto in gergo “liner”). Il tuttodovrebbe essere lungo circa 3 cen-timetri. Accenderlo ad una estre-mità e misurare il tempo in cui bru-cia fino alla estremità opposta.Dividere a questo punto la lun-ghezza del grano per il tempoimpiegato per essere bruciato e siavrà il rateo di combustione.Dovrebbe essere abbastanza lento:un tipico combustibile a base dinitrato d’ammonio dovrebbe avereil rateo di circa mezzo millimetro alsecondo. Quindi avremo: Lunghezza dellacarica di ritardo durante la faseinerziale = (fase inerziale) * (rateodi combustione) - Che diventa 15 *0.05 = 7.5 mm.La lunghezza totale può essere oracalcolata con: Lunghezza totale =(lunghezza consumata durante lacombustione) + ( lunghezza con-sumata durante la fase inerziale) =(28mm) + (6mm) = 35.5 mm chesarà la lunghezza totale del granodi ritardo. Da questi calcoli, il


TECNOLOGIE SPERIMENTALI 49

Figura 1: Schema di un motore a propellente solido

grano di ritardo accenderà la cari-ca di espulsione 12 secondi dopola fine della combustione del granodi propellente o 15 secondi dopol’accensione (figura 1).

ATTIVAZIONE ELETTRONICADELLA CARICA DI ESPULSIONEI metodi elettronici di attivazionedelle cariche di espulsione si divi-dono in 4 categorie di base:

1 Timer elettronici.2 Sensori d’apogeo.3 Sensori di minima velocità ed

accelerazione.4 Radiocomando dalla stazione di

terra.

I timers sono essenzialmente deiritardi elettronici, simili ai grani diritardo, ma più accurati. Il proble-ma maggiore risiede nello stabilirea priori il tempo trascorso daldecollo all’apogeo. Ciò richiedeuna elevata conoscenza dellecaratteristiche del motore ed unbuon programma di simulazione.Ovviamente si potrebbe calcolarela curva di spinta, i coefficienti diresistenza ecc. a mano, ma il bellodell’uso dei computer è che loropossono fare il lavoro per noi.L’accuratezza del calcolo puòavere una tolleranza minima, inquanto l’uscita del paracadutequalche secondo prima o qualchesecondo dopo, può avere comerisultato il distacco dello stessodovuto alla velocità e la distruzio-

ne del razzo nell’impatto al suolo.

Il sensore d’apogeo è basato sullamisurazione della quota. Quando ilrazzo raggiunge la sua massimaaltezza ed inizia a scendere, a quelpunto viene attivata la carica diespulsione. Questo metodo ha ilvantaggio di non dover calcolare latraiettoria. Questi sistemi si arma-no quando “sentono” l’inizio diuna forte accelerazione o quandosono ad un centinaio di metri d’al-tezza, per evitare che un movimen-to brusco possa far saltare la caricaprima del lancio. Alcuni di questialtimetri possono anche rilevare,oltre all’apogeo, un secondo even-to ad un’altezza variabile così cheun secondo paracadute più grandedel primo possa far atterrare conuna minore velocità il razzo.Questo per evitare che il ventopresente in alta quota possa allon-tanare anche di alcuni chilometri ilpunto di recupero. Per questo ilprimo paracadute, molto piccolo,chiamato “drogue” pur rallentan-do la discesa non si lascia trascina-re dal vento, mantenendo in limitiaccettabili la distanza del recupe-ro. A circa 200 metri di quota, ilparacadute principale, detto“main” rallenta del tutto la discesa.Una importante considerazione dafare riguarda l’installazione dell’al-timetro con il sensore di pressionein un compartimento ben separatoed ermeticamente isolato dal vanodei paracadute e dalle cariche di

espulsione. In questa camera l’alti-metro dovrà essere ben fissato, inasse con la verticale del razzo, econ alcuni fori definiti “prese d’ariadinamiche” il cui numero e diame-tro dipendono dall’altimetro, e ser-vono ad evitare che le turbolenze osovrapressioni vadano ad incideresull’esattezza della misurazione.

Il metodo dei sensori di minimavelocità ed accelerazione misura leforze di accelerazione agenti sulrazzo tramite l’impiego di un accele-rometro. Questo converte l’accele-razione in velocità ed altitudine.Come nel secondo metodo, quandoviene raggiunto l’apogeo viene atti-vata la carica d’espulsione. Alcuniusano sia un timer che un sensore dipressione per l’espulsione dei dueparacadute. I modelli più evoluti dialtimetro funzionanti con micropro-cessore memorizzano anche tutti idati del volo come tempo, altezza epressione, che dopo essere stati sca-ricati su di un computer tramite laporta seriale, possono essere trasfor-mati in grafici ed analizzati.

Infine il metodo del radiocoman-do usa un segnale radio codificatotrasmesso da terra quando l’opera-tore rileva visivamente il raggiungi-mento dell’apogeo. Per questoimpiego di devono usare particola-ri sistemi di codifica del segnale inmodo da garantire l’assenza diinterferenze e perciò il rischio diattivazioni accidentali. La secondaopzione prevede la possibilità diusare i radiocomandi progettatiper uso aeromodellistico, sufficien-temente affidabili per questa appli-cazione. In questo caso risultasemplificato l’interfacciamento aiservocomandi installati nel razzo(figura 2).

PROGETTO DEL PARACADUTEIl paracadute è un attrezzo che halo scopo di far scendere un ogget-



Figura 2: Foto di equipaggiamenti elettronici

to con velocità controllata daaltezze considerevoli, senza ripor-tare danni al momento di toccarterra. Per ottenere questo risultatosi sfrutta la resistenza dell’aria(figura 3).

Un oggetto posto in un fluido inmovimento oppone una resistenzaproporzionale alla sua velocità, allasua forma, alla superficie esposta ealla densità del fluido. Per ottenereun’accelerazione nulla e perciò unavelocità di discesa costante è suffi-ciente calcolare un freno aerodina-mico in grado di generare unaforza uguale e contraria al pesodell’oggetto da fare atterrare.Ad esempio, se l’oggetto pesa 3 Kge desideriamo farlo atterrare ad unavelocità di 4 m/s dobbiamo proget-tare un paracadute in grado digenerare una resistenza aerodina-mica di 3Kg alla velocità di 4 m/s.La formula matematica che descri-ve il comportamento del paraca-dute è la seguente:

F= Cd*rho*S*V2/2/9,81

da cui si ricava:

S=(2*F*9,81)/(Cd*rho*V2)

dove:

• F= peso del carico in Kg • Cd=coefficente di resistenza• rho=densità dell'aria in

Kg/metro cubo• S=area emisfero in metri qua-

drati• V=velocità atterraggio in

metri/secondo

Secondo le tabelle dell’AtmosferaStandard (vedi riquadro), al livellodel mare il fattore rho ha un valo-re di 1,225 Kg/mc. In un classicoparacadute a emisfero il coefficien-te Cd è stimabile in 0,75.Sostituiamo nella formula i valoriipotizzati nell’esempio precedente:

S=(2*3*9,81)/(0,75*1,225*4*4)=

58,85/14,7= 4 mq

Ora possiamo trovare il diametrodel paracadute, applicando la for-mula che trasforma la superficie diun cerchio nel relativo diametro:

D = (4 * S / p)1/2 = (4* 4 / p)1/2= (5,095)1/2 = 2,2579 metri =226 cm

COSTRUZIONE DELPARACADUTEVediamo come si può costruire incasa il paracadute che ci servirà peril nostro progetto.Il materiale migliore da usare perquesto scopo è la tela venduta neinegozi di modellismo per costruiregli aquiloni. Si tratta di un polieste-re rinforzato con trama in fibra sin-tetica con grammatura 20/40g/mq.



Figura 4: Videata del programma CHUTE-CALC per il dimensionamento dei paracaduteFigura 3: Schema di un paracadute

È disponibile in diversi colori.

Per prima cosa occorre stabilire ildiametro e il numero di spicchi.Nel gergo dei velai questi settorisono chiamati ferzi e dalla sagomadi questi dipenderà la forma delnostro paracadute, più o meno“panciuto”.Più sono numerosi, più regolaresarà la cupola e perciò miglioresarà l'efficienza. Per un paracadutecon più di 100 cm di raggio si rac-comandano almeno 12 ferzi, perquelli più piccoli si può scenderefino a 6 / 8.Per costruire un emisfero partendoda una superficie piana come il tes-suto che useremo sarà necessarioricorrere all’assemblaggio di piùferzi. Il calcolo ed il disegno diquesti è piuttosto lungo e com-plesso, perciò per semplificare lecose ho predisposto un foglio dicalcolo che serve ad automatizzaresia il dimensionamento del paraca-dute sia lo sviluppo della sagomadei ferzi. Il file si chiama chute.xlse lo potete scaricare dall’areadownload del sito della rivista:www.farelettronica.com

Il razzo che abbiamo in cantiere,completo di equipaggiamenti elet-tronici e motore (senza propellen-te), pesa 950 grammi. Applicandoil calcolo sopra illustrato troveremoche ci serve un paracadute del dia-metro di 120 cm e formato da 12ferzi (figura 4).

Il programma è in grado di genera-re le coordinate X-Y della sagomache dovremo riportare su un car-toncino “bristol” che poi ritagliere-mo, questa sarà sovrapposta al tes-suto sul quale tracceremo il profilocon una matita. La traccia disegna-ta sul tessuto dovrà essere ritaglia-ta lasciando un margine esterno dialmeno 10 mm, che ci servirà perpoter cucire i lembi tra di loro,

compresa la base.La cucitura va eseguita a macchinapossibilmente con filo di nylon, dap-prima con cucitura diritta e poi a zig-zag. Dopo la cucitura il bordo ecce-dente va ritagliato con precisione.Anche il lembo inferiore dovràessere rivoltato e cucito in mododa presentare un margine pulito esenza sfilacciature. Sull’ intersezio-ne di ogni ferzo dovremo cucireun’asola in nastro di tessuto piatto(si trova nelle mercerie) che serviràa fissare i cavetti (si chiamanocimette) del paracadute.Le cimette sono fatte in cordino in

nylon rinforzato (va ottimamentequello usato per gli aquiloni). Lalunghezza delle cimette è di pocosuperiore al diametro del paraca-dute, diciamo un 10% in più.Si consiglia di scaldare con unaccendino le estremità tagliate inmodo da evitare il rischio di sfilac-ciatura. Una volta annodate allacupola saranno tagliate tutte dellastessa lunghezza e annodate assie-me. Per il nodo si impiegherà laclassica "gassa d'amante" (benconosciuto dai velisti), semplice,efficace e sicuro, con possibilità discioglierlo facilmente anche se sot-toposto a forte trazione.

Un'ultima cosa, è molto importan-te rendere elastico il fissaggio conil razzo, in modo che lo strappo almomento dell'apertura non roviniil paracadute o il razzo. Per farquesto si usa un cordino elastico

del tipo usato nella nautica dadiporto, generalmente fatto innylon tubolare.

COME PIEGARE CORRETTA-MENTE IL PARACADUTESpesso accade che un lancio per-fetto venga rovinato dalla mancataapertura del paracadute, causandoin questo modo lo schianto alsuolo del modello. Le cause dell'in-cidente possono essere diverse, dalmancato deploy della carica diespulsione all'aggrovigliamentodel cavetto del paracadute.Per evitare quest'ultima evenienzavediamo come un paracadutedebba essere ripiegato in modo daassicurare la corretta apertura.Per prima cosa il paracadute va dis-teso un una superficie piana e vaverificato in ogni dettaglio, soprat-



Figura 5: La cucitura dell’asola

Figura 6a: Verifica dell’integrità del paracadute

Figura 6b: Prima piegatura

Figura 6c: Seconda piegatura

tutto l'integrità delle cuciture e latenuta delle cimette. Eventualidanni devono essere riparati primadel lancio.Le cimette devono essere perfetta-mente distese e senza nodi o grovigli.Il paracadute va ora piegato permetà e accuratamente lisciato pereliminare pieghe.Alla seconda piega, le cimettevanno disposte in modo ordinatoal di sopra del paracadute.Si piega nuovamente il paracadute(figura 6c/6d).Alla seconda piega, le cimette

vanno disposte in modo ordinatoal di sopra del paracadute.Si piega nuovamente il paracadute(figura 6e).

Le cimette vanno nuovamenteripiegate verso il basso e appog-giate sul tessuto.Si piega ancora il paracadute (figu-ra 6f/6g).

La cima principale va ripiegata edisposta sul paracadute (figura 7).

Ancora una piega e il paracadute èpronto per l'inserimento nel razzo.Si deve assolutamente evitare diavvolgere il paracadute con qual-siasi fune o cimetta.Alcuni manuali consigliano diavvolgere il paracadute piegatocon la fune rimasta, come fosse unsalame.

Questo è il miglior modo per ritar-dare l'apertura e provocare un dis-astroso atterraggio. Invece nelmodo sopradescritto le cimette ela fune principale sono libere disvolgersi senza aggrovigliarsi e l'a-pertura del paracadute è veloce edinfallibile.



Figura 6d: Terza piegatura e sistemazionedelle cimette

Figura 8: La cucitura a macchina dei ferzi

Figura 9: I ferzi cuciti danno forma al paracadute

Figura 6e: Quarta piegatura sulla mezzeria

Figura 6f: Collegamento al paracadute drogue

Figura 6g: Collegamento al paracadute drogue

Figura 7: La parte superiore della cupola

L’ATMOSFERA STANDARD

Nel corso dell’articolo si è accen-

nato alla tabella dell’ATMOSFERA

STANDARD.

Si tratta di una convenzione che

determina la pressione, la densità

e la temperatura dell’aria alle varie

quote, ed è usata per uniformare i

calcoli di aerodinamica e fisica

considerando valori ideali.

La tabella è ricavata dai valori medi

dei parametri in oggetto ma ovvia-

mente trattandosi di dati conven-

zionali non possiamo ritenerli

applicabili all’impiego reale. Ad

esempio la temperatura media

varia nel corso delle stagioni men-

tre la pressione varia in funzione

delle condizioni metereologiche.

In caso di necessità di disporre di

valori reali possiamo solo misurarli

con opportuni strumenti, come il

termometro ed il barometro.

Qui di seguito è riportata la tabella

dell’ATMOSFERA STANDARD.



PARAMETRI ATMOSFERA STANDARDAltitudine (m) Altitudine (feet) Temperatura (C') Pressione (mBar) Densità (g/mc)

0 0,00 15,00 1013,25 1225,00

100 328,08 14,35 1001,29 1213,30

200 656,17 13,70 989,45 1201,70

300 984,25 13,05 977,73 1190,10

400 1312,34 12,40 966,11 1178,70

500 1640,42 11,75 954,61 1167,30

600 1968,50 11,10 943,22 1156,00

700 2296,59 10,45 931,94 1144,80

800 2624,67 9,80 920,76 1133,70

900 2952,76 9,15 909,70 1122,60

1000 3280,84 8,50 898,74 1111,70

1500 4921,26 5,25 845,56 1058,10

2000 6561,68 2,00 794,95 1006,50

2500 8202,10 1,25 746,82 956,80

3000 9842,52 -4,50 701,08 909,13

3500 11482,94 -7,75 657,64 863,24

4000 13123,36 -11,00 616,40 819,14

4500 14763,78 -14,25 577,28 776,78

5000 16404,20 -17,50 540,20 736,12

5500 18044,62 -20,75 505,07 697,11

6000 19685,04 -24,00 471,81 659,70

6500 21325,46 -27,25 440,35 623,85

7000 22965,88 -30,50 410,61 589,50

7500 24606,30 -33,75 382,51 556,63

8000 26246,72 -37,00 356,00 525,17

8500 27887,14 -40,25 330,99 495,09

9000 29527,56 -43,50 307,42 466,35

9500 31167,98 -46,75 285,23 438,90

10000 32808,40 -50,00 264,35 412,71

10500 34448,82 -53,25 244,74 387,73

11000 36089,24 -56,50 226,32 363,92

11500 37729,66 -56,50 209,16 336,33

12000 39370,08 -56,50 193,30 310,83

12500 41010,50 -56,50 178,65 287,26

13000 42650,92 -56,50 165,10 265,48

13500 44291,34 -56,50 152,59 245,36

14000 45931,76 -56,50 141,02 226,75

14500 47572,18 -56,50 130,33 209,56

15000 49212,60 -56,50 120,45 193,67

15500 50853,02 -56,50 111,31 178,99

16000 52493,44 -56,50 102,87 165,42

16500 54133,86 -56,50 95,07 152,88

17000 55774,28 -56,50 87,87 141,29

17500 57414,70 -56,50 81,20 130,58

18000 59055,12 -56,50 75,05 120,58

18500 60695,54 -56,50 69,35 111,53

19000 62335,96 -56,50 64,10 103,07

19500 63976,38 -56,50 59,24 95,26

20000 65616,80 -56,50 54,75 88,03

20576 67506,56 -55,90 50,00 ***

23849 78244,75 -52,70 30,00 ***

26481 86879,92 -50,00 20,00 ***

31055 101886,49 -45,40 10,00 ***

PROIETTORI A LEDPER AUTOMOBILEPROIETTORI A LEDPER AUTOMOBILEdi Andrea [email protected]

I costruttori di automobili non per-dono occasione per dotare leammiraglie, della propria produ-zione di vetture, di veri “must elet-tronici” quali: automatismi per lagestione ed il benessere nell’auto,per la sicurezza tra cui il fatto direndersi ben visibili con il propriomezzo anche in avverse condizioniatmosferiche quali sono la nebbiae la pioggia. Si progettano proiet-tori molto efficienti quali sono i fari

a scarica di gas, o altrimenti dettiallo xeno per l’illuminazione dellastrada da percorrere ma, nonmeno importanti sono le tecnolo-gie moderne adottate per renderevisibile la sagoma del veicolo ed isegnalatori di frenata e cambiodirezione. A differenza dei farianteriori di profondità, abbagliantie mezzeluci, per il posteriore del-l’auto non è cosa importante illu-minare ma rendersi ben distingui-

bili al buio. I led, diodi elettroluminescenti , let-teralmente (light emitting diode) lafanno da padroni, in primis per viadell’altissima resa luminosa del pic-colo semiconduttore, esistonodiodi led che erogano oltre la deci-na di candele e, se utilizzati in seriedi quattro possono essere luminosiquanto una lampadina da 3W, mamolto più incisivi e penetrantirispetto la vecchia luce a filamento,

Come molti di voi avranno notato le automobili più moderne e costose utilizzanotecnologie elettroniche sofisticate tra cui proiettori a led ad altissima luminosità, conmodica spesa poterete realizzare un “upgrading” tutto elettronico per la vostraautomobile.

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Figura 1: Circuito LED 12 Vcc per segnalatoredi direzione per auto Figura 1a: Schema di un proiettore biluce tipo freno e posizione

in secondo luogo perché il loroconsumo è proprio irrisorio, pochedecine di milliamper per sostituirele comuni lampadine.

Vi sarà di certo capitato di osserva-re la vettura che ci precede ferma alsemaforo e, facendo attenzione, dinotare che gli illuminatori di frena-ta o i segnalatori di direzione siaccendono senza inerzia ne isteresi,ovvero al momento dello spegni-mento non abbiamo un gradualespegnimento, come pure all’attodell’accensione, inoltre se bennotiamo le sorgenti luminose sono

molte e puntiformi: si tratta di led,ben camuffati sotto le plastiche deiproiettori e ben sagomati nel fana-le dell’automobile, ma sempre led.Sembra che ciò sia uno degli optio-nals più richiesti nelle auto di altagamma, sono stati fatti esperimen-ti per dotare le future auto di ledanche per i proiettori anteriori maancora con scarsi risultati essendo iled ben visibili di fronte ma nonottimi per illuminare.

Da tempo adottati da molticostruttori per la terza luce di stopcentrale, da poco tempo i diodiluminosi equipaggiano molte vet-ture di serie.Con questo articolo voglio mostra-re ai lettori quello che si può trova-

re sul mercato, come upgradingper la vostra vetture, quello chepotrete autocostruire, quali sono letecnologie da adottare e quali sonole operazioni da effettuare sull’au-tomobile per rendere possibile que-sta elaborazione.

Non sempre la sostituzione dellalampada ad incandescenza con ungruppo di led dotati dello stessozoccolo si conclude con l’accensio-ne del nuovo illuminatore ma spes-so, in particolare per le luci di dire-zione, queste variano la frequenzadi lampeggio al variare del caricoconnesso all’intermittenza, sihanno problemi di accensione osegnalazione di guasto da partedelle centraline di controllo delleluci dell’auto. Ciò deriva principal-mente dal bassissimo carico appli-cato quale sono i led, anche semolti in serie/parallelo tra loro(vedi figura 1 e 1a). Questo schemaè il tipico utilizzo di led serie/paral-lelo per utilizzo in auto, con resisto-re limitatore di corrente per ognigruppo serie di led; con circa 15led potremo equiparare la lumino-sità di una lampadina da 5 e da20W. In figura 2 possiamo notare ilcircuito teorico di una centralinaper supervisione e controllo lucifreno di una vettura, si noti come inserie al carico (lampada) un resisto-re di bassissimo valore venga usatocome shunt di carico per controlla-re l’efficienza della lampada. Persostituire la lampada con led occor-rerà connettere in parallelo al

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Figura 2: Centralina di controllo luci auto

Figura 3: Sostituzione di lampade con ledin vetture con centralina ointermittenza sensibile al carico

Figura 4: Circuito affiancabile ad altrisecondo esigenze

Foto 1: Lampada led con attacco baionettaper uso biluce, freno e posizione,si notino i led frontali per il freno elaterali per la posizione

Foto 2: Vista di proiettore led con attaccobaionetta tipo biluce

Foto 3: Proiettore led con innesto plastico perindicatori di direzione e luci di posizione

proiettore led un resistore diopportuno valore, generalmenteda 10 a 47 Ohm 3W (figura 3).Questo escamotage viene utilizzatoper ingannare la centralina di con-trollo.

In figura 4 possiamo vedere unadifferente applicazione sempre con

led ma utilizzando uno più fetcome generatori di correntecostante per far si che i led nonmutino di luminosità al variare ditensione della batteria dell’auto. Lafigura 5 ci propone uno schemasemplice semplice per realizzare unproiettore biluce tipo freno e posi-zione per retrotreno auto.

La figura 6 propone un semplicecircuito atto a far lampeggiare i leddi frenata, questo solo dopo uncerto tempo che sono accesi, inquesto modo ogni volta che frene-remo la luce sarà fissa, però semanterremo il piede sul freno dopocirca sei sette secondi i led inizie-ranno a lampeggiare evidenziando

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Figura 6: Blinker di frenata a led

Elenco componenti figura 6

Sigla Valore

R1 4,7 MΩ 1/4 W

R2 2,2 MΩ 1/4 W

R3 4,7 KΩ 1/4 W

R4÷R8 82 Ω 1/4 W




IC1 CD4093B

TR1 BC337

D1 1N4001

D2÷D4 1N4148

LD1÷ LED rosso 20mcd

Foto 4: Lampada per proiettore freno

Foto 5: Proiettore led per luce freno visto di fronteFigura 5: Schema di un proiettore biluce tipo freno e posizione

superiori ai classici e spesso massi-mi 20 mA.Philips e Osram realizzano partico-lari stacks di led su basetta prontiall’uso, generalmente per utilizzosegnalazione funzionanti a 24 e 12Vcc/ca quindi consiglio di riferirsiai siti internet delle suddette ditteoppure cercare sul web alla voceproiettori a led, ne vedrete dellebelle.

Queste sono solo poche delle tan-tissime applicazioni dei led in auto,ad esempio su alcuni modelli diberline di extralusso sono statoposti led blu o bianchi sulle mani-glie delle porte o proiettanti verso ilbasso sugli specchietti in modo dailluminare il fondo stradale pressola porta evidenziando pozze d’ac-qua o buchi pericolosi.

La vostra fantasia è spronata,divertitevi.

la lunga frenata o il possibile bloc-caggio del mezzo.Lo schema elettrico, davvero sem-plice, funziona in questo modo:non appena diamo tensione siaccendono i led in modo fisso per-ché, essendo C2 scarico, l’uscita alpin 3 di IC1 risulterà alta; ciò avver-rà finche il condensatore C2 non sicaricherà attraverso R1, cioè circadopo 6 o 7 secondi. A questopunto l’uscita invertirà di segnopermettendo all’oscillatore mono-porta trigger di schmitt, compostodall’altra porta logica con C3 e R2,di operare pilotando ad intermit-tenza il transistore TR1 e illuminan-do in tal modo i led. Non sono statiapprontati circuiti stampati perquesto tipo di realizzazioni perchéle dimensioni variano di molto daproiettore a proiettore, quindi daauto ad auto per cui si consiglianoi lettori di utilizzare breadboardmillefiori ramate passo 2,54 sulle

quali saldare componenti e leddopo averle opportunamente sago-mate secondo esigenze. Per sicu-rezza fissate tutto con collante ter-mico a pistola e fissate sul retrodella basetta un piccolo connettorerapido per velocizzare il lavoro incaso di sostituzione.

In figura 7 possiamo vedere comeautocostruire un proiettore biluce,per gli indicatori di frenata led altis-sima efficienza rossi a fascio strettocon posizionamento frontale, inmodo da essere ben visibili e per leluci di posizione posteriori led rossio bianchi media luminosità posti inmodo da riflettere il fascio sullaparabola del fanale originale, ciòper non abbagliare chi ci segue.

Se le circuitazioni elettronicheadottate sono elementari difficile èla realizzazione vera e propria deiproiettori a led, infatti, è necessarioutilizzare led selezionati con stessaefficienza e gradiente colore, sonodisponibili nel colore rosso vivodiodi che erogano oltre 10 cande-le, stessa resa per i led del tipoAlInGaAs colore arancio, del tuttosimili a quelli utilizzati per le scrittesui pannelli infografici o sugli auto-bus. Per i bianchi il costo è mag-giore e la resa un poco minore. Persegnalazione mezzi di soccorsovengono utilizzati led gialli e/o blusempre alta efficienza.La vita operativa di detti semicon-duttori è ottimale, sempre che nonvengano maltrattati ed in particola-re vengano interessati da correnti

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Figura 7: Posizionamento del gruppo dei led perproiettori tipo biluce freno/posizione

Foto 8: Indicatore di direzione per motocicloa led

Foto 9: Proiettore autocostruito a 25 led persegnalatore di frenata per automobile

Foto 6: Elementi led decorativi per autocon centralina

Foto 7: Gemma laterale per indicatoredi direzione auto e moto con led

SPICE: LA SIMULAZIONEDEI CIRCUITI ELETTRICIED ELETTRONICI

SPICE: LA SIMULAZIONEDEI CIRCUITI ELETTRICIED ELETTRONICIdi Nico [email protected]

SPICE è acronimo per SimulationProgram with Integrated CircuitEmphasis che, tradotto in italianocorrente, diviene “programma disimulazione dei circuiti”.Messo a punto nei laboratoridell’Università di Berkeley (Califor-nia), Spice è stato poi posto gratui-tamente a disposizione delle varieaziende produttrici di software chene hanno curato molteplici versionisempre più sofisticate, in modo daottenere al computer simulazionicircuitali più complete e quindi per-fettamente aderenti al funziona-mento del circuito definitivo.Le prime versioni infatti elaborava-no fondamentalmente le risposte

in ampiezza, frequenza e fase di uncircuito e avevano una library dicomponentistica non certo eccelsae, comunque, assai poco flessibilein particolare per quanto concernela possibilità di modifica dei para-metri più significativi dei compo-nenti attivi.Nel volgere di qualche decennio ilsoftware si è via via arricchito sianella library - che può oggi essereestesa ad un numero pressoché illi-

mitato di componenti attivi siaanalogici che digitali -, sia nellepossibilità di simulazione che con-sentono oltre allo sweep sui para-metri circuitali e sulla temperaturadi funzionamento, anche l’analisidi Fourier, la simulazione MonteCarlo, l’analisi del rumore e delladistorsione.Questa espansione del processo disimulazione ha decretato il succes-so di SPICE che al presente viene

Sia a livello didattico che industriale si utilizza ormai, e in maniera sempre piùintensiva, il software Spice universalmente considerato programma leader nellasimulazione dei circuiti elettrici ed elettronici

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Figura 1: Il multimetro di Spice legge la correnteassorbita dalla resistenza R Figura 2: Tramite la simulazione, Spice disegna in diagramma la legge di Ohm

prima parte

considerato come strumento inso-stituibile nell’analisi di un qualsiasicircuito sia nell’ambito industrialeche didattico e, in entrambi i casi,ai più alti livelli.Come si legge nella letteratura diSpice, l’utilizzo della simulazione -che può essere sia analogica chedigitale, che analogico-digitale -porta a due traguardi eccellenti:

• Consente l’immediata verificadel funzionamento di un circuitoe, nella didattica dell’elettronica,ne accelera notevolmente l’ap-prendimento.

• Contrae significativamente iltempo che intercorre fra la stesu-ra di un progetto e la realizzazio-ne del prototipo.

A quest’ultimo proposito va sotto-lineato che a livello industriale si sa

bene che se un prototipo derivatodalla simulazione con Spice, all’at-to pratico non dà identici risultati,ciò non è attribuibile a una caren-za del software, ma semplicementealla tolleranza dei componenti atti-vi e passivi.Sempre a questo proposito vadetto che i più recenti pacchettidel software permettono di verifi-care il comportamento di un cir-cuito tenendo conto della tolleran-za della componentistica adottata.

Il software qui utilizzato è ilCircuitMaker della Microcode che,

tramite il sito Internet www.microco-de.com, consente di scaricare gratui-tamente la “versione studenti”.Questa, sebbene abbia una librarymeno ricca delle versioni commer-ciali e, in particolare della versioneProfessional, permette la simula-zione della quasi totalità dei circui-ti che qui saranno presentati.Nel redigere questi articoli si segui-rà il quasi ovvio itinerario che con-durrà il lettore dalla simulazionedei circuiti più semplici alla simula-zione dei più complessi.

L’ANALISI IN CONTINUACON SPICE (DC ANALYSIS)L’analisi in dc, ossia in continua,

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Figura 3: Circuito col quale il software Spicericava la caratteristica diretta e inversadel diodo 1N4001

Figura 4: Caratteristica diretta del diodo di cui alla figura 3 ricavata da Spice

Figura 6: Circuito col quale il software Spicericava le curve caratteristiche di uscitadel BJT 2N3904Figura 5: Caratteristica inversa del diodo di cui alla figura 3 ricavata da Spice

consente l’uso di un tracciacurvecon il quale si possono porre in evi-denza sia particolarità inerenti ilfunzionamento di un circuito che iparametri fondamentali di un qual-siasi componente come, per esem-pio, le caratteristiche diretta einversa di un diodo, le curve diingresso e uscita dei BJT, dei Fet,dei Mosfet, degli amplificatori ope-razionali, ecc.

Esempio 1. La legge di OhmA livello didattico, con il semplicis-simo circuito costituito da una bat-teria da 10 V e da una resistenza da1 kΩ - figura 1 - si può ricavare ildiagramma della legge di Ohmcosì come evidenzia la figura 2.La retta caratteristica è stata simu-lata da Spice imponendo un incre-mento della tensione di alimenta-zione da 0 V a 10 V per gradini(steps) di 2 V.Questi cinque data points sonoevidenziati dai cerchietti sullaretta. Considerando solo i markerverticali a e b indicanti tensioni dialimentazione di 6 V e 2 V, si vedeche in corrispondenza si ha, rispet-tivamente, una corrente I = 6/1000= 6 mA (posizione del marker oriz-zontale c, per cui si legge in alto asinistra Yc = 6 mA), e una correnteI = 2/1000 = 2 mA (posizione delmarker orizzontale d per cui silegge in alto a sinistra Yd = 2 mA).Ovviamente per una tensione di

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Figura 8: Circuito col quale il software Spice ricavale curve caratteristiche di uscita delMosfet enhancement a canale n 2N4351

Figura 9: Curve caratteristiche di uscita del Mosfet 2N4351 di cui alla figura 8

Figura 10: Circuito RC del quale, tramite la simulazione con Spice, si può facilmente ricavare l’andamentodel transitorio di carica e di scarica della capacità C

Figura 7: Curve caratteristiche di uscita del BJT 2N3904 di cui alla figura 6

batteria di 10 V si ha una correntedi 10 mA.A questo proposito si noti nellafigura 1 il multimetro di cui è dota-to Spice, multimetro che, qui uti-lizzato come milliamperometro,indica appunto una corrente pari a10 mA.

Esempio 2.Caratteristiche di un diodoRealizzando il circuito della figura3 si possono porre in evidenza, tra-mite l’analisi in continua di Spice,le caratteristiche diretta e inversadi un diodo (in simulazione si fattoricorso all’1N4001) riportate,rispettivamente, nelle figure 4 e 5.Nella caratteristica diretta - figura4 - attraverso la posizione dei mar-ker verticali a e b si è evidenziata lac. d. t. diretta che normalmentepresenta un diodo al silicio in con-duzione: un valore di tensione dipoco superiore a 0,6 V indica latensione di soglia aldilà della qualeil componente inizia a condurre.Per i normali diodi al silicio si con-sidera sempre una c. d. t. VF com-presa fra 0,6 V e 0,7 V a cui corri-spondono rispettivamente le cor-renti anodiche IF di 1,5 mA e di13,5 mA indicate, rispettivamente,dai marker orizzontali d e c (silegge, infatti, Yd = 1,5 mA e Yc =13,5 mA). In simulazione si èimposta una variazione della ten-sione applicata Vi fra 0 V e 0,8 Vper gradini di 10 mV.Per ricavare la caratteristica inversa- figura 5 - si è imposta una tensio-ne inversa VR variabile da –5 V a 0V con gradini di 25 mV. Si puòconstatare come nell’intero inter-vallo (–5 ÷ 0)V si abbia una corren-te inversa IR debolissima (qui del-l’ordine di qualche unità di nA). Ilpunto di intersezione dei marker ae c indica l’origine degli assi; silegge infatti, Xa = 0 e Yc = 0.Si noti come nel circuito di cui allafigura 3 si sia posto Vi = 0. Facendo

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Figura 11a:Con riferimento al circuito della figura 10, andamento della tensione Vc ai capi della capacitàC durante il transitorio di carica

Figura 11b: Con riferimento al circuito della figura 10, andamento della corrente I durante il transitorio di carica

Figura 12: Portando il deviatore S in B dopo aver caricato la capacità C, si ha la scarica attraverso la resistenza R

ricorso all’analisi in continua diSpice non ha, infatti, alcunaimportanza il valore che si attribui-sce nel circuito alla tensione di ali-mentazione dal momento che infase di simulazione la variabilitàdella Vi segue i valori attribuiti nel-l’apposito menu (DC Analysis).

Esempio 3.Caratteristiche di uscita di un BJTCon riferimento al circuito di cuialla figura 6 che riporta un trans-istor nella connessione a emettito-re comune, per ricavare le curvecaratteristiche di uscita, ossia lecurve nel piano (VCE, Ic) per Ib

costante, si è imposta una variabi-

lità della tensione VCE fra collettoreed emettitore da 0 V a 5 V per gra-dini di 25 mV e della corrente Ib dibase da 0 A a 200 µA per gradini di50 µA. A questo proposito si notianche qui come nel circuito relati-vo si legga Ib = 0 e VCE = 0.Infatti, come già specificato per ilcircuito di figura 3, utilizzando l’a-nalisi in continua di Spice, non haalcuna importanza il valore che siattribuisce in circuito alla correntedi base e alla tensione collettore-emettitore dal momento che infase di simulazione valgono solo ivalori attribuiti alle due grandezzenel menu dell’analisi che si vuoleeseguire (in questo caso nel menu

DC Analysis).La simulazione fornisce le curvecaratteristiche di cui alla figura 7.Se ora, nel circuito riportato nellafigura 6 si impone, per esempio,una corrente di base Ib = 100 µA -terza curva dall’alto nella figura 7 -e una tensione collettore-emettito-re VCE = 4 V indicata dal marker ver-ticale a, si legge, in corrisponden-za, sull’asse verticale (asse delleordinate) tramite la posizione delmarker orizzontale c, una correntedi collettore pari a 9,68 mA (Yc =9,68 mA). Identica lettura fornisceil multimetro di cui Spice è dotato.

Esempio 4. Caratteristiche diuscita di un MosfetLa figura 8 mostra un analogo cir-cuito dove però il componenteattivo è un Mosfet a canale n (quidi tipo enhancement, il 2N4351).Le corrispondenti caratteristiche diuscita che, in funzione della tensio-ne VGS fra gate e source, hanno inascissa la tensione drain-source VDS

e in ordinata la corrente ID di drain,ossia le curve di ID = f(VDS) per VGS

costante, sono esposte nella figura9. In simulazione si è imposta unavariazione della VDS fra 0 V e 10 Vper gradini di 25 mV e una varia-zione della VGS fra 1 V e 8 V per gra-dini di 1 V.Nel circuito di cui alla figura 8 si èpoi posto VDS = 8 V (nella figura 9 silegge, infatti, Xa = 8 V) e si è col-locato il marker orizzontale c sullacurva corrispondente a VGS = 6 V.Con il multimetro di Spice si è lettauna corrente di drain ID = 7,5 mA.Sulle ordinate, ossia sull’asse verti-cale, il marker c indica una ID pari a7,5 mA (si legge, infatti, Yc = 7,5mA).

Esempio 5. Carica e scarica diun condensatoreCome ulteriore esempio delle pos-sibilità di Spice, consideriamo ilsemplice circuito RC alimentato da

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Figura 13b: Con riferimento al circuito della figura 12, andamento della corrente I durante il transitorio di scarica

Figura 13a: Con riferimento al circuito della figura 12, andamento della tensione Vc ai capi della capacitàC durante il transitorio di scarica

una batteria Vi = 10 V di cui allafigura 10. Di questo circuito sivogliono visualizzare le curve deltransitorio di carica quando siporta il deviatore S in A.Come è noto la carica di un con-densatore tramite una resistenza siesaurisce in un tempo che è daquattro a sei volte la costante τ =RC che ha le dimensioni di untempo e si misura quindi in secon-di (s). Con i valori attribuiti allaresistenza e alla capacità (R = 1 kΩ,C = 1 µF = 1 / 1000000 F = 10–6 F)si ha quindi una costante di tempoτ = 1000 x 1 x 10–6 = 10–3 s = 1 ms.Poiché la costante di tempo è paria 1 millisecondo la carica completadel condensatore si avrà in unintervallo di tempo che può anda-re da quattro a sei millisecondi.La simulazione con Spice si è ese-guita imponendo, tramite il dispo-sitivo posto fra la resistenza e lacapacità (.IC sta per InitialConditions), che il condensatore siainizialmente scarico, ossia che latensione Vc ai suoi capi nell’istantein cui si chiude il deviatore, siaeguale a zero.La curva che si ricava in simulazio-ne è esposta nella figura 11 a. Inquesta si vede il classico andamen-to della carica della capacità. La

tensione Vc ai suoi estremi raggiun-ge un valore pari alla tensionedella batteria (10 V) in circa 5,3 msindicati dal marker verticale a. Silegge, infatti, in alto a sinistra, Xa= 5,278 ms. Il marker orizzontale cindica la tensione Vc = Vi al terminedel transitorio. Si legge, infatti,sempre in alto a sinistra, Yc = 10 V.L’andamento della corrente Idurante il transitorio è riportatanella figura 11 b. Nell’istante in cuiil deviatore viene chiuso in A, ossianell’istante t = 0, la corrente ha ilvalore Vi / R = 10 / 1000 = 10 mAindicato dal marker orizzontale c, esi porta poi a zero - posizione delmarker orizzontale d - con lamedesima costante di tempo viavia che la tensione ai capi del con-densatore si approssima al valoredella Vi.Volendo analizzare con Spice lacurva di scarica, è sufficiente por-tare in B il deviatore S e imporre lacondizione iniziale della tensione aicapi del condensatore al valore acui il medesimo si era in preceden-za caricato (.IC = 10 V) così comemostra la figura 12. La figura 13 ariporta l’andamento della tensionedurante il transitorio di scarica. Inquesta il marker orizzontale c indi-ca la tensione Vc iniziale (si legge,

infatti, Yc = 10 V), il marker oriz-zontale d indica la tensione pari azero al termine del transitorio discarica (si legge, infatti, Yd = 0 V),e il marker verticale a indica l’inter-vallo di tempo (5,278 ms) entro ilquale si può già ritenere nulla latensione ai capi della capacità(condensatore scarico).

L’andamento della corrente duran-te questo transitorio è riportatonella figura 13 b. Come è noto,durante la scarica di C la corrente Iha verso opposto al verso che hadurante la carica. Infatti, dal valoreiniziale, ossia dal valore nell’istantein cui il deviatore si porta in B, paria I = –Vi / R = –10 / 1000 = –10 mAindicato dal marker orizzontale d,si porta poi a zero con la medesi-ma costante di tempo così comeindica il marker orizzontale c (è,infatti, Yc = 0).Spice consente poi l’attivazionedello sweep su un qualunque para-metro del circuito. Lasciando, peresempio, invariato il valore dellacapacità, e imponendo una varia-bilità della resistenza R da 1 kΩ a 4kW per gradini di 1 kΩ, si sonoricavate le curve del tutto intuitivedi cui alla figura 14.

Prima di porre termine a questaprima parte che illustra le possibi-lità di Spice, invitiamo i Lettori aeseguire, via Internet, il down-load della versione “student” diCircuitMaker in modo da potermeglio seguire quanto in questoe nei prossimi articoli verrà pro-posto.

Nota per il LettoreLa simulazione al computer è stataeseguita col programma SPICE(Simulation Program with IntegratedCircuit Emphasis della MicrocodeEngineering Inc. (CircuitMaker).Sito Internet: www.microcode.com

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Figura 14: Attraverso l’attivazione dello sweep, qui attivato usando come parametro variabile la resistenza R,Spice ricava le curve di carica del condensatore al variare, appunto, del valore della R.

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I NASI ELETTRONICII NASI ELETTRONICIdi Nicola [email protected]

L’applicazione di sistemi elettronicidedicati nel campo della misura ecaratterizzazione di odori è unobiettivo di grande rilevanza eco-nomica e scientifica. I sistemi attua-li di rilevazione e misura degli odoribasati su persone esperte (panel)supportate da sistemi di analisi chi-mica come la Gas Cromatografia(GC) e la Spettrometria di Massa(MS) sono costosi e richiedonotempi di analisi lunghi. Quindi, è digrande interesse lo sviluppo disistemi a costi contenuti che sianoin grado di effettuare tale rilevazio-ne sul campo in tempo quasi reale.Un sistema elettronico eliminaanche gli svantaggi legati alla pre-senza di panel umani quali, peresempio, la soggettività del giudi-zio, l’adattamento (cioè la diminu-zione della sensibilità durante espo-sizioni prolungate a un odore) e ilpericolo, nel caso di odori tossici.Per rispondere a questa esigenza,negli ultimi dieci anni sono statiproposti e sviluppati diversi sistemiolfattivi artificiali noti con il nomedi “nasi elettronici”, che hanno incomune un’architettura basata sudi una matrice di sensori di gas e sudi un sistema complesso di elabora-

zione dei segnali misurati [1-3].

L’ARCHITETTURA DEI NASIELETTRONICIL’architettura dei nasi elettronicideriva dalla struttura del sistemaolfattivo dei mammiferi, e puòessere suddivisa in tre diversi com-ponenti: il sistema di rilevazione deigas, il sistema di elaborazione deisegnali provenienti dai sensori e ilsistema di identificazione/ricono-scimento degli odori (figura 1).

Questi tre componenti con diffe-renti funzionalità sono connessi incascata. In un tipico naso elettroni-co il sistema di rilevazione dei gas ècomposto da un sistema di cam-pionamento chimico e da unamatrice di sensori, normalmentecaratterizzati da una scarsa seletti-vità, cioè sensibili ad una vastagamma di composti chimici. Lamatrice di sensori è costituita da uninsieme di sensori con caratteristi-che diverse,in modo che l’insieme

Ultimamente si è sentito parlare spesso di “nasi elettronici” ed uno si è anche vistoin una puntata del famoso serial tv C.S.I.. Ma cosa sono in realtà? Come sono fattie come funzionano? I nasi elettronici sono sistemi complessi caratterizzati da unastruttura simile a quella del sistema olfattivo umano le cui prestazioni dipendono inmaniera critica da tutte le scelte progettuali, cioè dalla tecnologia realizzativa deisensori, dalla struttura del sistema di misura e dagli algoritmi di classificazione.



Figura 1: Schema di funzionamento tipico di un Naso Elettronico

delle loro risposte rappresentiun’impronta digitale, una firma(pattern) caratteristica per ciascunamiscela chimica. In genere la matri-ce di sensori è alloggiata in unacamera di misura realizzata con unmateriale chimicamente inerte(PVC, vetro o acciaio inossidabile),in cui fluisce un gas di riferimento(per esempio aria sintetica oazoto). Il gas di riferimento vieneutilizzato per stabilire una lineabase per la risposta dei sensori. Pereffettuare la misura vera e propria ilsistema di campionamento chimicoprovvede ad iniettare, in condizionicontrollate, l’odorante nella came-

ra di misura, producendo unavariazione quasi istantanea dell’at-mosfera chimica e, dunque, untransitorio della risposta dei senso-ri. La condizione di regime vieneraggiunta in un tempo che varia,nei sistemi utilizzati in pratica, dapochi secondi fino ad alcuni minu-ti, a seconda della tipologia deisensori, delle condizioni operative edell’odorante sotto esame. Lamisura si conclude iniettando nuo-vamente nella camera il gas di rife-rimento, ripulendo, così, il materia-le attivo che costituisce i sensori eriportando la loro risposta alla lineabase. Il sistema di elaborazioneprovvede, dapprima, alla pre-ela-borazione delle risposte dei sensori,che consiste nella riduzione dellederive, attraverso opportune tecni-

che di compensazione, e nella nor-malizzazione dei dati.Successivamente, esegue la com-pressione dell’informazione attra-verso l’estrazione di alcuni parame-tri caratteristici (feature extraction)e l’eliminazione delle informazioniridondanti. Il sistema di riconosci-mento degli odori è un classificato-re che viene implementato, ingenere, con una rete neurale, che èun algoritmo la cui struttura è basa-ta sui collegamenti sinaptici deineuroni del cervello umano.Durante la fase di apprendimento,il classificatore neurale impara adistinguere le firme rappresentativedelle miscele di interesse utilizzan-do gli esempi contenuti in un data-base. Dopo l’addestramento, lafirma di un odore sconosciuto daclassificare posta in ingresso allarete viene propagata attraverso idiversi strati di neuroni, producen-do l’assegnazione di un’etichetta(riconoscimento, figura 1). In real-tà, i nasi elettronici, oltre ad unaclassificazione di odori, possonofornire, sfruttando la medesimaarchitettura ma strutturando inmaniera diversa la rete neurale, unastima della concentrazione di unodorante o le caratteristiche dell’o-dore stesso come potrebbero esse-re percepite da un esperto umano .Il funzionamento di un naso elet-tronico ricalca, perciò, quello delsistema olfattivo umano: si basa sudi una struttura fisica che prevedeun numero elevato di sensori(recettori), in grado di rispondere auna vasta gamma di odoranti, su diun sistema efficiente di compressio-ne dell’informazione (bulbo olfatti-vo) e, infine, su di un sistema di ela-borazione sofisticato che apprendeda un insieme di esempi (cervello)(figura 2).

APPLICAZIONI DEI NASIELETTRONICIAttualmente, i nasi elettronici tro-



Figura 2: Sistema olfattivo umano

Figura 5: Sensore QCM in cui si può vederela goccia di polimero deposta

Figura 3: Sensore chimico ad ossido di stagnomontato su una scheda elettronica

vano spazio specialmente nel setto-re alimentare. In questo ambitosono documentate applicazioni perla verifica della freschezza di ali-menti nell’industria ittica (pesce,molluschi ecc.), la valutazione dellastagionatura dei formaggi, il con-trollo dell’idoneità degli imballag-gi, o il controllo della cottura deicibi. Sempre in questo settore, ven-gono applicati alla valutazionedella qualità di birra e liquori.Vengono applicati anche nelleindustrie cosmetiche e farmaceuti-che per il controllo dei profumi. Ilsettore del monitoraggio ambien-tale e quello della medicina rappre-sentano, invece, mercati emergentiper i nasi elettronici. In entrambiquesti campi, vengono utilizzati

per la rilevazione di specie chimi-che prodotte da batteri, per esem-pio, per applicazioni ambientali ilcianobatterio presente in specchi ecorsi d’acqua, o nel campo medicoper rivelare la presenza diEscherichia coli. Infine, un mercatoche rappresenta uno sbocco eco-nomicamente molto promettenteper i nasi elettronici o, più in gene-rale, per i sistemi automatici di rile-vazione di gas è rappresentato dalsettore automobilistico. In questocampo, i produttori sono interessa-ti al controllo della qualità dell’arianell’abitacolo delle vetture e al con-trollo dei gas di scarico. Questaapplicazione che pure rivestirebbeuna particolare importanza restaancora oggetto di ricerca: infatti, i

nasi elettronici attualmente dispo-nibili sono troppo ingombranti ecostosi per il mercato di massa. Lasoluzione a questi problemi è offer-ta dalla miniaturizzazione dei siste-mi attuali, che implica la realizza-zione di sensori intelligenti, cioè dimicrosensori integrati realizzatisullo stesso chip che contiene ilsistema elettronico di elaborazione.Questo tipo di soluzione consentedi aumentare la riproducibilità deisensori e diminuire sensibilmente icosti. È proprio in questo ambitoche negli ultimi tempi si sono con-centrati gli sforzi di numerosi grup-pi di ricerca, uno dei cui scopi è losviluppo di tecnologie realizzativeper i sensori che siano compatibilicon le tecnologie standard dei cir-cuiti integrati come, per esempio, latecnologia CMOS (ComplementaryMetal Oxide Semiconductor).

NASI ELETTRONICICOMMERCIALILa maggior parte dei nasi elettroni-ci presenti attualmente sul mercatosono prodotti nati dai risultati otte-nuti nell’ambito della ricerca uni-versitaria (per esempio, l’AlphaMOS dalle Università di Warwick eSouthampton). I nasi elettronicicommerciali si differenziano, essen-zialmente, per le diverse soluzionitecnologiche utilizzate per la realiz-zazione dei sensori. Il costo di que-sti strumenti è ancora molto eleva-to, con prezzi che variano dalledecine alle centinaia di migliaia dieuro e sono, in genere, strumentidi uso generale. Inoltre, sono per lopiù strumenti con ingombro note-vole e potenza dissipata elevata,pensati per l’utilizzo in laboratorioin condizioni ambientali controlla-te. Recentemente, tuttavia, laCyrano Sciences ha sviluppato unnaso elettronico palmare (CyranoA320, quello usato in una puntatadi C.S.I.) basato su sensori polime-rici conduttivi a costo contenuto



Figura 4: Reazioni che avvengono sulla superficie del sensore in aria (a) e in presenza di un gas ossidante, CO (b)

(circa 12.000 €). Questo è il primostrumento portatile pensato perapplicazioni sul campo [4].

I SENSORI UTILIZZATI NEINASI ELETTRONICIL’elemento chiave di un naso elet-tronico è senz’altro la matrice disensori.Ci sono varie possibili scelte per laloro realizzazione. In particolare,tra i più utilizzati si distinguonosensori a variazione di conducibilità(ad ossido di metallo e polimerici),piezoelettrici, e MOSFET (MetalOxide Semiconductor Field EffectTransistor). Tra questi i sensori aossido di stagno (SnO2), un parti-colare tipo di sensori a ossido dimetallo e quindi a variazione diconducibilità, sono certamente ipiù utilizzati e studiati, e verrannoperciò descritti in questo paragrafocon maggior dettaglio degli altri(figura 3).

Il meccanismo di funzionamento diquesti sensori non è stato ancoradel tutto chiarito e modellato neidettagli. La possibilità di utilizzarel’SnO2 come sensore di gas fudimostrata nei primi anni Sessanta.Da allora, i sensori a ossido di sta-gno sono stati prodotti e utilizzatiper la rilevazione di gas combusti-bili, di monossido di carbonio,vapore acqueo, ammoniaca, ecc…Il produttore più noto è senz’altrola giapponese Figaro [5]. Il princi-pio su cui si basano è una variazio-ne della conducibilità dell’ossido inpresenza di odoranti rispetto alvalore assunto dalla conducibilitàstessa in condizioni di riferimento.La variazione è dovuta a una rea-zione irreversibile tra l’odorante especie di ossigeno adsorbite sullasuperficie del semiconduttorecome O–, O2

–, e O2–. La specie piùreattiva è l’O–, che si forma quandol’ossigeno viene adsorbito, legan-dosi agli elettroni di conduzione e-

del semiconduttore secondo laseguente equazione:O2 + 2e– ↔ 2O– (adsorbito)L’assorbimento degli ioni O– causaquindi una diminuzione della con-ducibilità (Figura 4a). Perciò, quan-do il sensore è immerso nell’aria, incui la concentrazione di ossigeno èelevata, il materiale è caratterizzatoda una resistenza elevata. Invece,quando il sensore viene esposto aun gas riducente come ad esempioil monossido di Carbonio (CO),questo reagisce con le specie diossigeno adsorbite O– come segue:CO + O– → CO2 + e–

Questa reazione libera gli elettroniche si trovavano legati agli ioni diossigeno, abbassando la resistenzadel sensore (figura 4b). Viceversa,se il sensore è esposto a un gasossidante come il biossido di azoto(NO2) la resistenza aumenta poichéil gas viene adsorbito sotto formadi ioni negativi sulla superficie delsemiconduttore.

Sono stati proposti molti approcciper modificare la selettività e la sen-sibilità dei sensori a ossido di sta-gno. Un metodo largamente utiliz-zato consiste nel drogare conmetalli nobili il film semicondutto-re, ottenendo una variazione della

sensibilità verso alcuni gas. I metal-li hanno, infatti, una funzione cata-litica verso alcuni gas e l’aggiuntadi metalli facilità le reazioni conalcuni composti. I metalli utilizzaticome droganti sono, tipicamente,il platino (Pt) e il palladio (Pd), masono stati utilizzati anche l’allumi-nio (Al) e l’oro (Au). Un’altra tecni-ca per modificare la risposta deisensori a ossido di stagno si basasul controllo e la variazione dellaloro temperatura di lavoro.Questi sensori vengono infatti uti-lizzati a elevata temperatura (ingenere superiore a 300 °C) e ciòproduce un sensibile miglioramen-to della loro risposta sia in terminidi prontezza che di sensibilità. Ilriscaldamento viene ottenuto sem-plicemente per mezzo di una ser-pentina di platino (o ossido diRutenio) deposta sul lato inferioredel sensore che viene alimentatocon pochi volt. Ciascuna speciechimica ha una diversa temperatu-ra ottimale di ossidazione e questogiustifica, anche intuitivamente,come al variare della temperaturaoperativa possano essere modifica-te sia la sensibilità che la selettivitàdel sensore. L’elevata temperaturafacilita, inoltre, la liberazione(desorbimento) degli ioni OH–, ren-



Figura 6: Tipica struttura di un sensore MOSFET

dendo i sensori meno sensibili allapresenza di vapor acqueo.Tra i sensori chimici a variazione diconducibilità vanno ricordati anchequelli basati su polimeri condutto-ri, che operano normalmente atemperatura ambiente. Il ricorso aprocessi di polimerizzazione diversiconsente di ottenere una vastatipologia di sensori e, quindi, dispecializzare la risposta nei con-fronti di specifiche classi di odoran-ti. In confronto ai sensori ad ossidodi metallo, i polimeri conduttoripresentano una minore sensibilità ecostanti di tempo maggiori ren-dendo meno efficiente e più lento ilprocesso di misura. Nei nasi elet-tronici vengono impiegati anchesensori piezoelettrici: tra i più utiliz-zati si possono considerare lemicrobilance al quarzo (QuartzCrystal Microbalance, QCM) e i sen-sori a onda acustica superficiale(SAW). Nei nasi elettronici i QCMvengono utilizzati come sensori avariazione di massa. Un QCM ècostituito da un disco di quarzometallizzato sulle due superfici, confrequenze di risonanza tipiche dalMHz alle decine di MHz. Su unasuperficie del quarzo viene depostoun strato sottile di materiale sensi-bile, in genere di tipo polimerico(figura 5).

Il polimero tende ad assorbire alcu-ni gas in presenza dei quali lamassa del sensore cambia causan-do una variazione della frequenzadi oscillazione del quarzo. I sensoria onda acustica superficiale SAW(Surface Acoustic Wave) sono costi-tuiti da un substrato di materialepiezoelettrico, da due coppie dielettrodi a pettine e da uno stratodi materiale attivo deposto sul sub-strato nella zona che separa le duecoppie di elettrodi. Una delle cop-pie di elettrodi è utilizzata per ecci-tare un’onda acustica superficialedi Rayleigh, l’altra rivela l’onda acu-

stica che si è propagata attraverso ilmateriale attivo. Il ritardo di fasedel segnale ricevuto rispetto alsegnale trasmesso dipende dallavelocità di propagazione sullasuperficie del sensore ed è, pertan-to, influenzata dall’adsorbimentodel gas sul materiale attivo. Un tipi-co sensore SAW opera a frequenzedell’ordine delle centinaia di MHz. ISAW possono essere realizzati uti-lizzando le tecniche fotolitografi-che della microelettronica, e sono,quindi, poco costosi. I rivestimentiattivi polimerici utilizzati per realiz-zare sensori SAW sono gli stessi chesi impiegano nella realizzazione deiQCM. La sensibilità di questi senso-ri è, in genere, più elevata rispettoa quella dei QCM, d’altra parte l’e-lettronica di front-end risulta, ingenere, più complessa. L’ultimatipologia di sensori utilizzati neinasi elettronici presa in esame inquesto tutorial è quella deiMOSFET. I MOSFET hanno il van-taggio di poter essere interamenterealizzati utilizzando la tecnologiadei circuiti integrati. La struttura diun sensore chimico di tipo MOSFET(figura 6) ricalca la struttura di unnormale transistor MOS, nel qualel’elettrodo di gate sia ricoperto daun metallo catalizzatore (per esem-pio, Pt o Pd). Il principo di rivela-zione si basa sulla variazione dellaconducibilità del canale del trans-istor provocata dalle reazioni chi-miche che avvengono sullo stratoattivo, che modificano la carica delgate. L’ottimizzazione della sensibi-lità e selettività dei dispositivi puòessere ottenuta variando natura espessore del rivestimento catalizza-tore del gate o la temperatura difunzionamento.

IL FUTURO DEI NASIELETTRONICIUn aspetto significativo e interes-sante che riguarda gli sviluppi futu-ri dei nasi elettronici, ma più in

generale di tutti i sistemi complessibasati su sensori, è la recente ten-denza alla standardizzazione dell’-hardware, dei formati dei dati uti-lizzati per i risultati delle misure edei protocolli di comunicazione trasistemi diversi. Per esempio, senso-ri plug and play basati sullo stan-dard IEEE1451, di cui abbiamo par-lato nei numeri passati, comincianoa essere proposti e commercializza-ti. In questo senso anche il proto-collo TCP/IP (Transmission ControlProtocol/Internet Protocol) gioche-rà probabilmente un ruolo prima-rio, e renderà possibile, tra l’altro,la realizzazione di reti di sistemi dimisura, aprendo nuovi possibiliscenari applicativi. In quest’ambito,la ricerca è attualmente molto atti-va anche nel settore dei nasi elet-tronici. Se detta tendenza si con-cretizzerà, porterà a una nuovagenerazione di nasi elettronici chepotranno essere utilizzati ad altolivello, senza che il generico opera-tore abbia una conoscenza di det-taglio degli aspetti hardware e soft-ware di basso livello.



BIBLIOGRAFIA

[1] Ulivieri Nicola, “Developing,modelling and integration ofolfactory electronic systems”,Tesi di Dottorato, Dip. DiIngegneria dell’Informazione,Università di Siena, 2003.

[2] Gardner JW, Bartlett PN:Electronic Noses –principlesand applications. OxfordUniversity Press, 1999.

[3] Nagle HT, Gutierrez-Osuna R,Schiffman SS: The how andwhy of electronic noses. IEEESpectrum, Vol. 35, n. 9, Sept.1998, p.22-31. Publisher: IEEE,USA.

[4] http://cyranosciences.com[5] http://www.figarosensors.com

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THOMAS ALVA EDISON THOMAS ALVA EDISON di Alice [email protected]

Il grande inventore e industrialestatunitense nacque a Milan,nell’Ohio, il giorno 11 febbraio del1847. Figlio di un commerciantedi origini olandesi e di una istitu-trice di origine scozzese, a causa diproblemi economici e per lo scar-so rendimento lasciò la scuola diPort Huron, nel Michigan, doposoli tre mesi di frequenza a setteanni. La madre quindi gli insegnòa leggere e a scrivere e da lei il pic-colo Thomas ricevette i primi rudi-menti di calcolo. Sin da questa etàegli dimostrò una spiccata tenden-za verso la meccanica; di conse-guenza, la madre gli permise distudiare solamente le materie chepiù gradiva: le scienze ma anche lastoria e a la filosofia.A dieci anni costruì il suo primolaboratorio nella casa paterna aPort Huron; per arricchire il suolaboratorio e acquistare apparec-chiature e libri scientifici lavoròcome giornalaio sul treno dellalinea Port Huron-Detroit. A dodicianni riuscì ad acquistare una mac-china da stampa d’occasione edebbe l’autorizzazione ad occupareun vagone del treno; cominciòquindi a stampare un giornale dalui stesso fondato, il WeeklyHerald, che veniva poi venduto aiviaggiatori. Lo stesso vagone in

cui il giovane Edison stampava ilsuo giornale fu utilizzato dalragazzo anche come laboratorio dichimica.

L’IMPIEGO ALL’UFFICIOTELEGRAFISfortunatamente, durante unesperimento, il ragazzo causòinvolontariamente un incendio nelvagone e venne licenziato.Qualche tempo dopo, nel 1862, ilfiglio del capostazione rischiò diessere investito da un treno; il gio-vane Edison riuscì fortunatamentea salvarlo, guadagnando le simpa-tie del capostazione e ottenendoun posto come telegrafista nell’uf-ficio telegrafico della stazione.Nel 1864, lavorando sempre cometelegrafista, Edison inventò unostrumento telegrafico a ripetizioneche permetteva la trasmissioneautomatica dei messaggi e un

telegrafo duplex che consentiva ditrasmettere due messaggi in sensoopposto sullo stesso filo. Con ilpassare degli anni il giovaneinventore si perfezionò nel settoredei telegrafi, fino a diventare apartire dal 1868 tecnico di variesocietà di esercizio telegrafico e adapportare notevoli migliorie agliapparecchi di trasmissione.Inoltre, nel 1869 egli brevettò unregistratore elettrico di voti. Con ibrevetti di queste modifiche riuscì aguadagnare ingenti somme di dena-ro e ad aprire un laboratorio privatoper le sue molteplici ricerche.

LA NUOVA OFFICINA ELE PRIME INVENZIONINel 1870 aprì un’officina a New

Eccezionale inventore e abile uomo d’affari, Thomas Alva Edison è entrato nellastoria come l’inventore della lampadina; il tecnologo era in realtà uno studiosocompleto, capace di applicarsi in ogni ambito della scienza e persino in filosofiae lettere. Vi presentiamo la storia di un uomo dalla genialità quasi incredibile

BIOGRAFIA74

BIOGRAFIA

Figura 1: Edison alla scrivania

Figura 2: Il telegrafo

Newark e iniziò a studiare perapportare miglioramenti alla mac-china da scrivere e per risolveredefinitivamente il problema dellatrasmissione in un unico cavo didue segnali in senso opposto; que-sto problema fu poi brillantemen-te superato grazie all’invenzionedel telegrafo quadruplex e sestu-plex nel 1873.

Ormai ricco e famoso, nel 1876l’inventore si trasferì a Menlo Park,dove realizzò molte tra le sueinvenzioni più famose; per questo,gli fu affibbiato il soprannome di“Mago di Menlo Park”. La prima tra queste invenzioni fu ilmicrofono a granuli di carbone,che perfezionò molto il progetto

del telefono sviluppato da AntonioMeucci.L’anno successivo Edison brevettòil fonografo, un apparecchio amanovella con una punta in gradodi registrare i suoni su un cilindroa lamina di stagno e di riprodurli;in sostanza, l’inventore intuì i prin-cipi che stanno alla base dei dischidi vinile.

E LUCE FU!Ma è il 1878 che lo consacrerà almondo intero come uno degliinventori più celebrati della storia:il 21 ottobre di quell’anno infattiEdison accese pubblicamente laprima lampadina a filamento dicarbone e riscosse un enorme suc-cesso. Subito dopo la pubblicazio-ne dell’invenzione si presentò unconcorrente, J. W. Swan; la con-correnza durò però poco, con lacostituzione della società Edison &Swan United Light Company esuccessivamente della EdisonElectric Light Company a New

York, che si riveleranno un investi-mento molto proficuo.

Gli studi successivi di Edisonriguardarono la dinamo, utile peralimentare tutti i suoi nuovi dispo-sitivi, e tutti i suoi perfezionamen-ti; inoltre, egli studiò tra il 1880 eil 1882 le centrali e le tramvie elet-triche.Nel 1882 la Edison Electric LightCompany arrivò a produrre ben100000 lampadine all’anno.

Lo stesso anno l’inventore proget-tò e realizzò la prima grande cen-trale elettrica della città di NewYork, in Pearl Street, che fu segui-ta da quella di Londra e quella diMilano (Santa Radegonda); lacreazione di queste centrali a dina-mo jumbo lo rese ancor più popo-lare, dato che esse permisero ladistribuzione dell’energia elettricanelle strade e nelle case e il conse-

BIOGRAFIA

BIOGRAFIA 75

Figura 5: Fonografo

Figura 8: Edison Jumbo Dynamo No. 1 (1881

Figura 6: I cilindri

Figura 7: Riproduzione della prima lampadaad incandescenza ricostruita nel 1929al Menlo Park Laboratory

Figura 3: La macchina da scrivere:fotografia del 1921

Figura 4: Telefono con microfono a carbonericostruito nel 1940 al Menlo ParkLaboratory

guente miglioramento delle con-dizioni generali di vita. Per miglio-rare ulteriormente la distribuzionedell’energia, l’inventore ideòanche il primo contatore elettroli-tico necessario a quantificare e avendere l’energia.

GLI STUDI SUCCESSIVI:L’EFFETTO TERMOIONICO EIL CINEMANel 1883 l’inventore scoprì unparticolare fenomeno, detto“effetto Edison-Richardson” oeffetto termoionico, che consiste-va nell’emissione di un flusso dielettroni da parte di un filamentometallico riscaldato. Edison nonriuscì a spiegare completamentequesto fenomeno, che fu poi rego-lato da una precisa legge daRichardson e utilizzato da Fleminge che è tuttora alla base dellamoderna elettronica.Nel 1887 Edison trasferì il suolaboratorio da Menlo Park a WestOrange (sempre nel New Jersey),dove proseguì instancabile constudi e invenzioni. Fu poi la voltadel cinematografo, che permette-va di visualizzare filmati tramitesuccessione rapida di singoleimmagini, e il cinetoscopio, unapparecchio con cui era possibileutilizzare pellicole simili a quellefotografiche per registrare leimmagini e vederle tramite unoculare; queste invenzioni furonobrevettate nel 1891 e costituironouna tappa fondamentale per lacinematografia. Nel 1913 Edisonriuscì a sincronizzare il fonografocon il cinematografo e a girarequindi il primo film sonoro.

LE ULTIME INVENZIONI:LA CHIMICA E L’INDUSTRIABELLICAGli ultimi vent’anni della sua vitafurono spesi per migliorare inven-zioni precedenti e per brevettarnedi nuove: grazie a un separatore

magnetico da lui brevettato nel1880, Edison riuscì a inventare la“batteria di accumulatori Edison”,un accumulatore alcalino al ferro-nichel. Sebbene ancora piuttostorozzo, questo accumulatore eradotato di un’elevata capacità elet-trica per unità di peso.

Anche il fonografo fu perfezionatonotevolmente: l’inventore infattine realizzò un nuovo modellodotato di una puntina di diaman-te, nel quale il suono veniva regi-strato in un disco; da qui ai dischidi vinile il passo sarà breve.

Altre sue scoperte furono ilmimeografo, ovvero uno strumen-to che permetteva di riprodurretesti scritti o disegni ottenuti mar-cando con una punta tagliente deifogli di carta paraffinata, e unmetodo telegrafico senza fili perpoter trasmettere messaggi aitreni in movimento.Inoltre, l’inventore fece esperi-menti riguardanti le applicazionidel cemento in edilizia.

Allo scoppio della prima guerramondiale Edison si dedicò alla chi-mica organica: nel 1914 riuscì a

produrre il fenolo sintetico, il ben-zene e alcuni derivati dell’anilina,che in precedenza dovevano esse-re importati dalla Germania. Nelperiodo della Grande Guerra furo-no sviluppate anche circa 40invenzioni di carattere bellico.

Gli ultimissimi anni della sua vitafurono da lui dedicati allo studio,insieme a Ford e Firestone, deiproblemi legati alla gomma sinte-tica, che erano ritenuti da lui dellamassima importanza per lo svilup-po degli Stati Uniti.

Durante la sua vita Edison ricevet-te ben tre lauree ad honorem: nel1878 in filosofia, nel 1915 inscienze e nel 1916 in lettere.Tipico esempio del self made manamericano, l’inventore brevettòoltre 1200 invenzioni nell’arcodella sua vita, e un centinaio diqueste prima di arrivare ai tren-t’anni. Intelligentemente egli nonlavorò sempre solo, ma si avvalsedi collaboratori e delle loro idee,trasformandole in oggetti com-merciabili e utili; in questo, Edisonsi rivelò anche un accorto uomod’affari e precorse di molto i suoitempi.

Thomas Alva Edison scomparve aWest Orange, nel New Jersey, il 18ottobre del 1931.

BIOGRAFIA

BIOGRAFIA76

BIBLIOGRAFIA

www.nps.gov/edis

www.tomedison.org

www.biografieonline.it

www.torinoscienza.it

www.thinkquest.org

www.digilander.libero.it/WaveWalk

er/edison.html

www.museoelettrico.com

www.fauser.edu

Figura 9: Applicazione degli accumulatori nel 1931

Figura 10: Mimeografo (1878)

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TUTORIAL80

BREVE STORIA DELLINGUAGGIO CIl linguaggio C nasce nel 1972 neilaboratori BELL di proprietà AT&T permano di Dennis Ritchie, come lin-guaggio ad alto livello per la scritturadi sistemi operativi. Il suo primo usoestensivo, infatti, coincide con lariscrittura dall'assembler del sistemaoperativo UNIX.Nel 1978 Brian Kernighan e DennisRitchie pubblicarono un testo diven-tato ormai una leggenda: "The CProgramming Language" nel qualeveniva fornita la prima definizioneufficiale del linguaggio C.Alla versione K&R (dal nome deirispettivi autori) del linguaggio C sisusseguirono una serie infinita divarianti e di dialetti per poter pro-

grammare in C o pseudo C su qual-siasi sistema a microprocessore.Gli stessi linguaggi Java, C++, C#,JavaScript e PHP oggi diffusissimi perla programmazione su PC possonoessere considerati delle variantipotenziate del linguaggio C originale.

All'epoca della comparsa del C nonesistevano sistemi operativi o architet-ture hardware standard a diffusioneplanetaria come accade oggi. Il primoPC apparve nel 1981 per cui non esi-stevano neanche i PC compatibili e lapossibilità di far girare un programmasu sistemi diversi era affidata allacosiddetta portabilità del codice,ovvero la possibilità di ricompilare uncodice sorgente con piccole modifi-che su diversi compilatori.

Molti produttori iniziarono a produrrecompilatori in grado di riconoscereed interpretare sorgenti scritti indiversi dialetti del C aumentando cosìla portabilità del codice. Altri produt-tori si specializzarono nello sviluppodei cosiddetti Cross Compiler, ovveroquei compilatori in grado di generareda un sorgente C un codice assem-bler da far girare su un micro diversoda quello usato sul computer in cui sista effettuando la compilazione.

Nelle prossime lezioni daremo un'oc-chiata anche a questi cross compiler evedremo come far girare un pro-gramma sia su PC che su diversi tipi dimicroprocessori.

LA PORTABILITÀ DEL CODICENELLA REALTÀNel leggere, tra le sue caratteristiche,che il linguaggio C è disponibile perqualsiasi micro si sarebbe portati apensare che, se si scrive un program-ma per un determinato sistema ope-rativo o un determinato microproces-sore, si possa poi ricompilare ed ese-

TUTORIAL

VITAMINA CVITAMINA Cdi Sergio [email protected]

Il linguaggio C è stato per anni il vero esperanto dei linguaggi per microprocessoreaffiancato solo di recente da linguaggi più evoluti come il C++ ed il Java.Ma è solo in ambito PC che è possibile paragonare per diffusione questi due linguaggicon il C. Nel settore dei microcontrollori il C continua a farla da padrone in quantounica reale alternativa al linguaggio assembler.

quinta parte

Figura 2: Copertina dell’edizione originale di"The C programming language"

Figura 1: Un microcomputer NASCOM dotato sisistema operativo CP/M-80.Un best seller nel 1978

guire lo stesso programma per qual-siasi sistema operativo o qualsiasimicroprocessore.

In realtà questo NON E' affatto vero.Non è vero neanche se si fa attenzio-ne a scrivere un programma secondolo standard ANSI nella maniera piùrestrittiva.Il C, infatti, garantisce una portabilitàdei soli costrutti del linguaggio e diun insieme minimo di funzioni dilibreria denominate funzioni di libre-ria standard.Se ad esempio scriviamo un codicesimile a questo:

#include <stdio.h>

void main(void) printf("Ciao\n");

il cui unico scopo è visualizzare lascritta Ciao sul video.Probabilmente, una volta compilatocon i vari compilatori disponibili, fun-zionerà sia su Windows che su Linux,come su Mac o Palm OS ma proba-bilmente non funzionerà affatto su unPICmicro, per il semplice motivo cheil PICmicro non ha un video!

Con un po' di attenzione però sipotrebbe collegare al PICmicro undisplay LCD ed intervenire sulla ver-sione della funzione printf implemen-tata dal compilatore PICmicro perottenere lo stesso risultato su LCD.

Vista l'orientamento tipicamente elet-tronico della nostra rivista, cerchere-mo di limitare il più possibile l'uso, neinostri esempi, di funzioni tipiche diun ambiente PC, cercando di esplora-re le possibilità del linguaggio C con

esempi molto semplici che possanofunzionare sia su un potente PC chesu un piccolo PICmicro.

Dalla prossima lezione inizieremoinfatti a compilare gli esempi sia inambiente DEV-C++ che nell'ambienteCCS per PICmicro 18F452.

LE FUNZIONINella precedente lezione abbiamovisto come poter deviare il flusso diesecuzione di un programma utiliz-zando gli operatori condizionali. Conl'operatore "for" possiamo far esegui-re più volte lo stesso codice senzadoverlo riscrivere più volte nello stes-so sorgente.Rivediamo un esempio pratico:

main() int i;

for(i=1;i<=10;i++) printf("Conto%d\n",i);

printf("Fatto !\n",i);

Se ben ricordate questo programmaeffettuava un semplice conteggio convisualizzazione a video del seguenterisultato:

Conto 1Conto 2Conto 3Conto 4Conto 5Conto 6Conto 7Conto 8Conto 9Conto 10Fatto !

In pratica inserendo la riga di istruzione:

printf("Conto %d\n",i);

all'interno del ciclo

for(i=1;i<=10;i++) printf("Conto%d\n",i);

possiamo ripeterne l'esecuzione perun numero arbitrario di volte.Proviamo ora ad utilizzare la definizio-ne di funzione per rendere ancora piùleggibile e versatile questo program-ma.

main() contafinoa(10);

In pratica abbiamo inventato unafunzione a cui abbiamo assegnato ilnome di fantasia "contafinoa". A que-sta funzione possiamo passare unvalore tra parentesi che rappresenta ilvalore finale del conteggio.Una volta definita una funzione, puòessere richiamata quante volte sivuole all'interno di un programma:

main() contafinoa(15);contafinoa(3);contafinoa(6);

Per poter definire una funzione bastascriverla. Aggiungiamo questa partedi codice al nostro programma prin-cipale:

contafinoa(int valore) int i;

for(i=1;i<=valore;i++) printf("Conto%d\n",i);

printf("Fatto !\n",i);

TUTORIAL

TUTORIAL 81

INTERNET LINKWeb page di Dennis M. Ritchie http://www.cs.bell-labs.com/who/dmr/da cui poter scaricare molte informazioni interessanti sulle origini del lin-guaggio C e del sistema operativo Unix.

Le copertine di alcune edizioni dello storico libro di Kernighan e Ritchie "The C programming language"tra cui l'edizione italiana edita da Jackson".

In pratica abbiamo spostato tutto ilvecchio codice contenuto nella fun-zione main() all'interno di una nuovafunzione denominata "contafinoa()"la quale può accettare come parame-tro un numero intero contenuto nellavariabile "valore". Anche "valore" è unnome di fantasia e poteva esseresostituito con una parola diversa.

Abbiamo quindi ottenuto una fun-zione di conteggio che consente diconcentrare in una unica sezionedel programma una determinatafunzione logica consentendoci dialleggerire la porzione principaledel programma.

La scelta del nome delle funzioni daadottare è molto importante perpoter poi scrivere del codice auode-scrittivo. Per cui "contafinoa(10)" nonha bisogno di spiegazioni particolariper farci capire cosa fa effettivamenteed il programma diventa così unavera e propria descrizione di quelloche vogliamo far fare al micro.

VISIBILITÀ DELLE VARIABILIVediamo ora alcune caratteristichedel c che è importante capire beneper poter conviverci meglio in futuro.Il C memorizza le variabili nello stack,ovvero in una particolare area dimemoria paragonabile ad una catasta

in cui tutto quello che viene aggiuntoper ultimo deve essere tolto perprimo.

Quando definiamo una variabile conun costrutto del tipo:

int i;

stiamo aggiungendo alla catasta unospazio di memoria in grado di conte-nere un valore numerico.Lo stack viene utilizzato anche permemorizzare il punto del programmain cui è stata chiamata una funzioneper poter riprendere l'esecuzione dal-l'istruzione successiva al termine del-

TUTORIAL

TUTORIAL82

l'esecuzione della funzione stessa.

Se numerassimo le righe di program-ma nel seguente modo:

01 main() 02 contafinoa(10);03

04 contafinoa(intvalore)

05 int i;0607 for(i=1;i<=valore;

i++) 08 printf("Conto

%d\n",i);09 10 printf("Fatto

!\n",i);11

Potremmo dire che il micro inizia l'e-secuzione dalla linea 01, per poi pas-sare alla linea 02, quindi salta all'istru-zione alla riga 04 per arrivare fino allariga 11 dopodichè riprenderà dallalinea 03 per poi uscire.

In fase di compilazione il nome di fun-zione "contafinoa()" viene tradottonell'indirizzo di memoria corrispon-dente dove si trova esattamentememorizzata la funzione, per cui inandata è facile per il micro saltare allagiusta locazione dove poter trovare lafunzione da eseguire.

Prima di saltare però deve memoriz-zare nello stack il valore di ritorno (inquesto caso 03) in modo da potertornare nel punto giusto una voltaterminata l'esecuzione della funzione.

Una volta entrato nella funzione "con-tafinoa()" lo stack conterrà l'indirizzodi ritorno 03.Quando incontra la definizione "int i"lo spazio per contenere la variabile "i"viene riservato nello stack per cui lostack conterrà la variabile "i" sovrap-posta all'indirizzo 03. Una volta termi-nata l'esecuzione il micro, per poterrecuperare l'indirizzo di ritorno ècostretto a togliere dallo stack tutte levariabile sovrapposte all'indirizzo diritorno che verranno quindi persecompletamente.

Questo tipo di variabili si chiamano"variabili locali" ovvero variabili esi-stenti solo all'interno della funzione edisintegrate al termine di essa.Vediamo un esempio per capiremeglio:

TUTORIAL

TUTORIAL 83

main() int a;int b;

a=1;b=2;

printf("main() -> a =%d\n",a);printf("main() -> b =%d\n",b);

funz();


funz()

int a;int b;

a=3;b=4;

printf("funz() -> a =%d\n",a);printf("funz() -> b =%d\n",b);

Il risultato che otterremo è:

main() -> a = 1main() -> b = 2funz() -> a = 3funz() -> b = 4main() -> a = 1main() -> b = 2

In pratica le variabili "a" e "b" defi-nite in "main()" non si sovrappon-gono alle variabili "a" e "b" defini-te nella funzione "funz()" non-ostante abbiano lo stesso nome,per cui all'uscita dalla funzione"funz()" il valore definito in main()non cambia.

Molto diversamente si comportainvece questo programma:

int a;int b;

main()

a=1;b=2;


funz();


funz() a=3;b=4;


Il cui risultato è il seguente:

main() -> a = 1main() -> b = 2funz() -> a = 3funz() -> b = 4main() -> a = 3main() -> b = 4

In questo caso vediamo che le varia-bili "a" e "b" visibili all'interno dimain() sono le stesse visibili all'internodi funz(). Esse infatti sono state defini-te al di fuori di qualsiasi funzione percui sono da considerarsi "globali"ovvero visibili da qualsiasi funzioneinvece che "locali" ovvero visibili soloall'interno di una funzione specifica.

PASSAGGIO PER VALOREL'uso di variabili globali è sempre

sconsigliabile in quanto fonte spes-so di errori di programmazionemolto difficili da scovare in pro-grammi complessi per cui vediamocome passare una variabile localead una funzione.

main() int a;int b;

a=1;b=2;


funz(a,b);


funz(int a, int b) printf("funz() -> a =%d\n",a);printf("funz() -> b =%d\n",b);

a=3;b=4;


In questo esempio abbiamo passatoalla funzione "funz()" le variabili localidefinite in main(). Come è possibilevedere dal risultato:

main() -> a = 1main() -> b = 2funz() -> a = 1funz() -> b = 2funz() -> a = 3

TUTORIAL

TUTORIAL84

funz() -> b = 4main() -> a = 1main() -> b = 2

a e b sono visibili all'interno della fun-zione funz() così come sono statedefinite in main() ma se si setta il valo-re all'interno di funz() questo nonritorna all'interno di main().

Questo accade perché delle variabili ae b viene passato solo il valore allafunzione funz() nella quale vienecopiato in due nuove variabili localicon lo stesso nome.

Queste due variabili vengono poidistrutte all'uscita da funz().

PASSAGGIO PER RIFERIMENTOÈ possibile passare ad una funzionenon il solo valore di una variabile madirettamente l'indirizzo di memoria inè memorizzato il valore in essa conte-nuto. In questo caso se la funzionemodifica il valore questo verrà ripor-tato anche alla main().Vediamo:

main() int a;int b;

a=1;b=2;


funz(&a,&b);


funz(int *a, int *b) printf("funz() -> a =%d\n",*a);

printf("funz() -> b =%d\n",*b);

*a=3;*b=4;

printf("funz() -> a =%d\n",*a);printf("funz() -> b =%d\n",*b);

Il risultato è il seguente:

main() -> a = 1main() -> b = 2funz() -> a = 1funz() -> b = 2funz() -> a = 3funz() -> b = 4main() -> a = 3main() -> b = 4

In pratica dalla funzione funz() siriesce sia a vedere che a modificare ilvalore di a e b.

In questo caso a e b non vengonomemorizzati nello stack da funz() maal loro posto viene memorizzatodirettamente l'indirizzo di memoria incui sono memorizzate da main().In questo modo funz() può leggere emodificare il contenuto direttamentee all'uscita anche main() potrà legge-re i valori impostati da funz().

Per passare il puntatore di una varia-bile si usa la notazione &nomevaria-bile, per cui

main() int a;

a=10;

printf("Valore dia=%d, Indirizzo dia=%d\n",a,&a);

Visualizza a video sia il valore che l'in-

dirizzo di memorizzazione:

Valore di a=10,Indirizzo di a=2293612

Per definire una variabile adatta acontenere il valore di un puntatore sideve mettere un asterisco prima delnome della variabile:

main() int *b; /* Questo èun puntatore ad unavariabile int */

int a; /* Questa èuna variabile int */

b=&a; // Assegno ab l'indirizzo di a

Anche per scrivere in una variabiletramite il suo puntatore si usa l'asteri-sco:

main() int *b; /* Questo èun puntatore ad unavariabile int */

int a; /* Questa èuna variabile int */

b=&a; /* Assegno a bl'indirizzo di a */

*b=10; /* Modifico ilvalore di a */

printf("a=%d\n",a);// Visualizzo aprintf("*b=%d\n",*b);/* Visualizzo a trami-te il suo puntatore */

VALORE DI RITORNO DAUNA FUNZIONEUtilizzando i puntatori è possibileritornare alla funzione chiamante unoo più valori. Nel caso sia richiesto ilritorno di un unico valore esiste peròun metodo più elegante:

TUTORIAL

TUTORIAL 85

main() int a;

a=10;a=raddoppia(a);

printf("main() -> a =%d\n",a);

raddoppia(int a) a = a+a;return a;

Utilizzando l'istruzione return valore;alla fine di una funzione è possibileassegnare ad essa un valore di ritorno.

main() -> a = 20

In questo caso la funzione raddop-pia(a) viene trattata all'interno dimain() come una variabile numerica asola lettura che può essere inseritaanche in funzioni complesse.

main() int a;

a=10;a= 3 * raddoppia(a);

printf("main() -> a =%d\n",raddoppia(a));


LE MACROIn C è possibile definire delle sempli-ci funzioni anche sotto forma dimacro. La differenza sostanziale trauna macro ed una funzione sta nellivello in cui viene trattata dal com-pilatore C.

La macro consiste in una semplicesostituzione testuale all'interno del

sorgente da parte del precompilatoreprima della vera compilazione. Per cuise viene definita una macro e richia-mata dieci volte il compilatore gene-rerà dieci copie del codice corrispon-dente in memoria.

La funzione invece viene generata infase di compilazione ed ogni chiama-ta fa riferimento sempre allo stessosegmento di codice oggetto.Vediamo un esempio di macro:

#define raddoppia(valore)valore+valore

main() int a;


printf("main() -> a= %d\n",a);

e l'equivalente sviluppato con unafunzione:


main() int a;



Nel primo caso, prima di compilare ilsorgente in codice macchina. vieneeseguito il cosiddetto precompilato-re, ovvero un programma che sioccupa di effettuare delle elaborazio-ni testuali al codice sorgente.La #define è una direttiva indirizzataal precompilatore che indica di sosti-

tuire l'espressione della prima stringacon l'espressione della seconda.

Ovunque venga trovato nel sorgentel'espressione "raddoppia(a)" verràsostituito con l'espressione "a+a".Per cui il codice che verrà realmentecompilato sarà:

main() int a;

a=10;a=a+a;


L'uso delle macro è conveniente intutti quei casi in cui la funzione chedeve essere effettuata è molto sempli-ce. La funzione infatti introduce delcodice aggiuntivo per la memorizza-zione nello stack delle variabili e per ilcorretto ritorno alla funzione chia-mante.

Quanto le istruzioni da eseguire sonominimali potrebbe essere convenien-te evitare di inserire questo codiceaggiuntivo e ricorrere quindi allemacro.

CONCLUSIONENel prossimo numero daremofinalmente un'occhiata ad un crosscompiler, ovvero, un compilatoreC che funziona su PC ma chegenera codice eseguibile destinatoad un microprocessore diverso daquello su cui sta girando.

Prenderemo in esame il compilato-re C prodotto, in diverse versioniper diverse famiglie di PICmicro,dalla società CCS e vedremo qualisono le difficoltà da superare perriuscire a far girare un programmaC in un ambiente molto ristrettoquale è appunto un semplicemicrocontrollore.

TUTORIAL

TUTORIAL86

COSTO ZERO

Prima di iniziare a parlare delle solu-zioni a Costo Zero vorrei aprire unaparentesi per soffermarci insiemesulla definizione di “Open Source”.Questa “rivoluzione”, perchè difatto lo è, nasce e cresce insieme adun'altra rivoluzione dell'informatica(dagli enormi sviluppi imprevisti)ossia Internet.In parole povere Open Source signi-fica concepire un programma elasciare i sorgenti dello stesso (sor-gente = il listato del programma)accessibili a tutti, condividere il pro-prio lavoro come tra studenti.La cosa può sembrare assurda, anzisuona forse male all'orecchio di chiha speso ore di fatica per realizzareun programma, comunque, stranoma vero le cose stanno più o menocosì.Realizzare un programma OpenSource permette di avere la collabo-razione di tutti i programmatori chevogliono migliorare il prodottocome pure la distribuzione stessa,diciamo che questa è la garanziaper l'autore, vedere il frutto dellesue fatiche migliorare e crescere,facendosi allo stesso tempo cono-scere da moltissimi utenti.Prendiamo Linux l'Open Source per

eccellenza, i suoi natali risalgono al1991 da parte di Linus Torvald (stu-dente). Linux è un sistema operati-vo, aggiornato costantemente gra-zie appunto alla “condivisione” delprodotto, basta che un program-matore corregga un difetto e tuttine potranno beneficiare, attual-mente Linux (nelle varie versioniche si sono sviluppate) a livellomondiale sta surclassando i bennoti sistemi operativi esistenti sulmercato. Ma tutto questo comeviene regolato?Quali certezze ho per spingermi aprogrammare con il concetto diOpen Source?Possiamo riassumere tutti gli inter-rogativi in tre semplici regole. Conla prima estendiamo il codice scrit-to a tutti gli utenti, quindi un pro-gramma che utilizziamo (ovviamen-te stiamo parlando di un program-ma Open Source) deve rendere dis-ponibile il suo listato completo,fatta eccezione delle spiegazioni,quelle sono a “buon cuore” del pro-grammatore. La seconda da l'effet-tivo diritto all'utente tipo di miglio-rare e/o aggiornare il programma,come pure crearne di nuovi sullabase del codice sorgente utilizzato

o preso in esame. Detto questo conla terza regola possiamo copiare ilprogramma originale liberamente equante volte vogliamo, possiamodistribuirlo gratuitamente o anchefornire l'assistenza al prodotto.Una quarta regola che può esseredata per scontata (ma non lo è) cidice che il nuovo software genera-to, dipende anche esso dalle treregole precedenti: codice condivi-so; libera distribuzione; possibilitàdi modificarlo. Come tutte le coseanche questo “mondo fantastico”ha il suo rovescio della medaglia cene parla un nostro amico del forumdi Fare Elettronica, personalmentemi ha aperto gli occhi, quindi lasciola parola a ZIQ, leggete e riflettete.

DIETRO AD UN PROGRAMMA…La maggior parte delle persone chesi affacciano al mondo del PC o del-l'elettronica sono in grado di muo-vere solo i primi passi basandosi sul-l'intuito.Chiaramente oggi questi primi passisono il più possibile facilitati dainterfacce grafiche accattivanti o daistruzioni passo passo tradotte nellapropria lingua.Ma con lo stesso intuito dei princi-

COSTO ZEROdi Andrea Corbari [email protected]

Per tenere in piedi questa rubrica non basta essere un perito elettronico, comincio acredere che bisogna anche saper guardare il “futuro articolo” insieme al suo potenzialelettore, in modo da poter cercare tutti gli argomenti da trattare ed assemblarli tra loro.Questo non significa che bisogna essere per metà un tecnico e per l'altra un mago conpoteri divinatori (di cui tra l'altro non credo nell'esistenza).Quindi senza maghi con relative “spese” vediamo cosa ho ricavato per questo mese.

quarta parte

COSTO ZERO

COSTO ZERO88

lando degli obiettivi e la genesidello stesso. Devo dire che era pro-prio un “boccone succulento” per illettore tipo, quindi calata l'ancorami sono fatto avanti e ho lasciatoun messaggio con la richiesta diessere contattato dall'autore delprogramma (che da adesso defini-remo Programma A) per offrirgli lamia recensione su Costo Zero.Sorto il sole a nuovo giorno vengocontattato da un'altro programma-tore (che definiremo Program-matore B) mi chiedeva la possibilitàper il suo programma di compariresu Costo Zero. Praticamente il suoprogramma (Programma B) perse-guiva gli stessi obiettivi delProgramma A.Anzi il Programmatore A con ilProgrammatore B in passato aveva-no collaborato (ricorda OpenSource) insieme, ognuno sul suosoftware ma scambiandosi idee epareri. Nello stesso giorno vengocontattato anche dal Program-matore A che accetta la mia propo-sta. A questo punto visto e conside-rato che Costo Zero è disponibile eaperta a tutto, ho dato l'OK adentrambe i programmatori e misono messo subito a pianificare illavoro. Il giorno seguente mi ritrovonel mezzo di un “Girone Dantesco”il Programmatore A accusa pubbli-camente (nel forum del suo sito) eprivatamente tramite e-mail il sotto-scritto di, cito nell'ordine, doppiogiochismo, scarsa professionalità,infime bassezze ed incompetenza.Tutto questo perchè ho dato alProgrammatore B la stessa opportu-nità che avevo offerto a lui.Praticamente a detta sua il softwareoriginale era il suo (Programma A)l'altro (Programma B) era una biecacopia realizzata dal ProgrammatoreB, tramite sotterfugi e plagio delleidee del Programmatore A.Pur restando di sasso (perchè quistiamo rasentando la paranoia)sono passato al contrattacco pub-

pianti tutti possono capire che iprogrammatori hanno dedicatomolto tempo per ideare progettaree scrivere anche la più sempliceroutine. Con i programmi concessiin licenza a pagamento ogni pro-grammatore viene stipendiato dallasocietà che commercializza il soft-ware.D'altra parte alcuni programmatoriscelgono di rendere pubblico il lorolavoro sono consapevoli di nonessere retribuiti e che le loro ideepossono essere in qualche manierariutilizzate o riscritte ispirandosi alcodice prodotto da società com-merciali. Infatti tutti i programminon sono altro che un infinitonumero di byte: chi può stabilire chiè l'autore?

Molti a questo punto si chiederan-no se siano dei pazzi visionari. Chial giorno d'oggi lavorerebbe solouna ora gratuitamente? Lo spiritoche fa questi miracoli si chiama pro-gresso. Ogni progetto open-sourceha il preciso scopo di fornire a tuttele persone che lo desiderano glistrumenti e le basi per costruire unsoftware, in modo autonomo,costruendo attorno al progetto ini-ziale una community dove ogni sin-gola persona con il proprio apportoriesce a coinvolgerne altre.FFII (Foundation for a FreeInformation Infrastructure), FSFFree Software Foundation,SourceForge, Red Hat, PHP,Apache sono solo alcune dellegrandi community dove l'opensource è di casa ma tutte rischia-vano la chiusura se non accettava-no donazioni o offerte.Ricordate anche se la licenza delsoftware è gratuita dietro c'è unmondo che deve vivere ed è fatto dipersone. Spendere 1400 euro peruna licenza di Photoshop o utilizza-re Gimp (0 Euro) è sicuramente unbel risparmio per un'azienda maallo stesso tempo garantire uno sti-

pendio minimo ai programmatoriche renderà nel tempo il softwaresicuramente più avanzato è un inve-stimento più proficuo.

FACCIAMO UN PO’ DI CONTI?Destiniamo un 10% del costo"commerciale" del programma cheandiamo a rimpiazzare con unogratuito? Ed immaginiamo che fac-ciano lo stesso altre 200 persone? Windows 2003 server Vs Linux?834 Euro mentre il 10% per gli svi-luppatori di Linux e di tutti i pro-grammi inclusi nella distribuzione83 Euro moltiplicato per 250 perso-ne 20.750 Euro (uno stipendio).Adoble Photoshop Vs Gimp?1400 Euro mentre il 10% 140 Euroappena per un programma di grafi-ca competitivo.

ALTRO OSTACOLO AL"TUTTO GRATIS"? Il parlamento europeo sta dibatten-do la proposta di rendere brevetta-bile l’innovazione software sollecita-ta dalla BSA. Come già sperimenta-to negli States da ormai vent’anniquesta soluzione ha creato unasuperiorità e la consente posizionedominante nel mercato di societàche hanno per prime registrato ibrevetti annientato di fatto la retedi piccole imprese che si eranocreate nel territorio.

Adesso abbiamo messo tutto suipiatti della bilancia, ognuno di noipuò giudicare e dire la sua, maprima di concludere l'argomentovorrei aggiungere un'ultima cosa.Come ho accennato all'inizio miritrovo spesso a navigare a caso (suInternet) alla ricerca dell'argomentoda trattare con il suo relativo auto-re. In una di queste mie “cacciaall'uomo” sono approdato su di unsito italiano, il programmatore (cheda adesso definiremo Program-matore A) esponeva il suo progettorigorosamente in Open Source par-

COSTO ZERO

COSTO ZERO 89

blico e privato dove in sintesi la miarisposta suonava più o meno così:“Tu sei lo sviluppatore delProgramma A, c'è lo sviluppatoredel Programma B ed io sono lo svi-luppatore di Costo Zero. In quantotali ognuno di noi decide sulle pro-prie cose, quindi sono io che decidochi e cosa recensire su CostoZero!”.A seguito di questa mia febbrilerisposta ho contattato ilProgrammatore B chiedendogli idovuti chiarimenti sull'accaduto, ilquale dopo lo sbigottimento harisposto per le rime alProgrammatore A.Arriviamo al dunque, io mi doman-do perchè il Programatore A haagito in questa maniera?In seguito si è scusato rimangiando-si le ingiurie lanciate attribuendo ilfatto alla stanchezza ed al tropponervosismo accumulato.Ma stanno veramente così le cose?Io invento un programma e lodivulgo (Open Source), scambioquindi informazioni esempio conun'altra persona che sta sviluppan-do un software analogo, stessecaratteristiche di base e gli stessiabiettivi finali, quindi i due pro-grammi si evolvono sempre inOpen Source.A questo punto ho diritto a serbarerancore verso verso l'altra persona?Ho diritto ad esclamare plagio? Hodiritto a dire che l'idea è mia?Come ci ha detto ZiQ “...tutti i pro-grammi non sono altro che un infi-nito numero di byte: chi può stabi-lire chi è l'autore?...”.Io mi sono trovato ad analizzareuna situazione dove gli interpretierano per me due perfetti scono-sciuti, come potevo affermare chidei due aveva ragione, quale pro-gramma era la base dell'altro?In seguito volendo fare più luce sul-l'accaduto è venuto fuori che aparte l'iniziale collaborazione, tra idue altro non c'è stato, sono due

programmi scritti e pensati in mododiverso, è vero sembrano uguali maè come se una casa automobilisticareclami il diritto di essere l'unica adaver inventato il concetto di farmuovere la vettura tramite unameccanica basata sulle quattroruote e le altre case automobilisti-che sono solo una bieca copia.

Voi che ne dite?Quali sono le vostre impressionisull'accaduto?Cosa mi dite del magico mondodell'Open Source?

LO ZERO INFORMATICOIl modo più facile di trasportare, tra-sferire e scambiare documenti èquello di utilizzare il formato PDFossia Portable Document Format;per descriverlo meglio basterebbeuna sola parola “universale”, infatti,i documenti salvati in pdf non solooccupano poco spazio sul disco maconservano tabelle, immagini, fonte tutte le caratteristiche del file ori-ginale.In giro per la rete ci sono diversiprogrammi e procedure che ci ven-gono in aiuto, la soluzione più sem-plice che ho trovato è statoPDFCreator 0.7.1 scaricabile alseguente indirizzo:http://www.zanezane.net/articoli.asp?id=348

Risulta essere un potente strumentorigorosamente in Open Source.Una volta “scompattato” il file lan-ciamo il programma di istallazione,al termine si dovrà riavviare il PC esuccessivamente copieremo (ma-nualmente) il file “italiano” nellacartella “languages” (il percorso èC:\Programmi\PDFCreator) questofa sì che nel menù delle opzioni cisia anche la lingua italiana.Tra le diverse opzioni possiamo defi-nire le caratteristiche del PDF, l'au-tore, la data e via di seguito.

Bene a questo punto aprite il fileche volete trasformare in pdf, peresempio un progetto di FidoCAD,un documento in un formato diOpen Office, oppure una fotografiadi GIMP, basta solamente seleziona-re come stampante PDFCreator elanciare la stampa.Si aprirà il programma dove, sedesideriamo, possiamo dare gli ulti-mi “ritocchi”, ossia, nome del file edestinazione, ed il gioco è fatto.

Basta, che altro c'è da dire?Ah si a titolo informativo si possono“esportare” i file non solo in PDFma anche in TIFF, JPEG o BMP.

Ve lo avevo detto che era un ottimoprogramma, no?!

ZERO IL TEMPO CHE CIÈ RIMASTORagazzi siamo entrati nel nuovoanno e colgo l'occasione per augu-rare buon 2004 a tutti, guardiamotutto questo con gli occhi della spe-ranza e dell'amicizia.Vi rinnovo la mia disponibilità sia sulforum di Fare Elettronica che per e-mail; ringrazio voi tutti per i tantimessaggi che ricevo.Ci sentiamo e festeggiate con meche in questo mese compio glianni!

Chi vuole un pezzo di torta?

COSTO ZERO

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Figura 1: PDF Creator in azione

Lavorare con componenti SMT èabbastanza difficoltoso senza unastazione ad aria calda. Essendo i prez-

zi di queste apparecchiature benpoco accessibili per l'hobbista, dopoaver raccolto informazioni su appa-recchi commerciali, ho deciso dicostruire un apparecchio di dissalda-tura ad aria calda, con materiali percosì dire "di fortuna". Chiunque abbia un minimo di espe-rienza in elettronica, un po’ di prati-ca di assemblaggi e soprattuttopazienza, otterrà uno strumento fun-zionale che consentirà di dissaldarein pochi secondi resistenze, transistore chip di varie misure, con grandesoddisfazione per il vostro hobby (eanche per il vostro portafoglio!).

Anzitutto analizziamo gli elementiche compongono una stazione dis-

saldante smd tradizionale:

• Un elemento riscaldante.• Uno scambiatore di calore.• Una pompa dell' aria.• Una pompa del vuoto (eventuale

per sollevare i componenti unavolta dissaldati dal circuito).

L’enorme diffusione dei componenti a montaggio superficiale (Surface Mount Technology),è ritenuta da molti la motivazione principale alla crisi della sperimentazione elettronica,stante l’impossibilità di recupero dei componenti SMT, se non con l’utilizzo diapparecchiature costose e dedicate. Questo articolo vuole sfatare molti dei miti checircondano questo tipo di componenti fornendo l’hobbista di uno strumento economicoe funzionale per avvicinarlo a questi sconosciuti componenti.Vediamo come, con poca spesa ed un pizzico di inventiva, si riesca a realizzare unastazione ad aria calda per dissaldare componenti SMT che, seppur non in grado dicompetere con i modelli professionali da migliaia di euro, sicuramente potrà permetteredi dissaldare facilmente buona parte dei contenitori in circolazione per la loro sostituzionee/o semplicemente per il loro recupero.

COSTO ZERO

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I PROGETTI DI COSTO ZERO

STAZIONE AD ARIA CALDAPER COMPONENTI SMT

I PROGETTI DI COSTO ZERO

STAZIONE AD ARIA CALDAPER COMPONENTI SMTdi Alfredo [email protected]

Figura 1: Alcuni componenti SMTFigura 2: Una stazione professionale

senza compromessi

L'idea di base è quella di realizzareun generatore d’aria da collegaretramite un tubo flessibile in plasticaall’ingresso del saldatore opportu-namente modificato, così da spin-gere l’aria all’interno del tubo sal-datore avendo l’accortezza di ral-lentare il flusso nella resistenzariscaldante e permettere, attraversouno scambiatore di calore, il trasfe-rimento delle molecole d’aria calda,dalla resistenza al flusso in transito,fino all’uscita. L’elemento chiave è lo scambiatoredi calore, in sua mancanza l’ariatransiterebbe attraverso la resisten-za senza scaldare a sufficienza.La novità sta proprio nell’utilizzoquale elemento frenante e riscal-dante del flusso d’aria, un materialeassolutamente comune, una sortadi “lana” di acciaio, appunto, che,scaldata dalla resistenza, forma unamaglia incandescente che rallenta eriscalda l’aria in transito.Vediamo più in dettaglio le compo-nenti “di fortuna” della nostra sta-zione:

• La resistenza interna di un salda-tore.

• La lana d’acciaio (scambiatore dicalore).

• Un piccolo motorino con ventola( da 12 V 0.3-0.5 A contenuto inun piccolo asciugacapelli).

Assemblando tali componenti inmodo opportuno si riesce ad otte-nere un saldatore ad aria calda dalleeccellenti prestazioni.È chiaro che la “bontà” del risultatofinale è data dall’equilibrio deiseguenti fattori:

• Il flusso dell’aria (più o menoveloce).

• Lo spazio a disposizione per loscambio di calore.

• La temperatura dell’elementoriscaldante, e quindi la potenzadella resistenza che, da prove pra-

tiche, deve essere non inferiore a50-60 W.

Equilibrare tutte le componentinon è facile, tuttavia sperimentan-do con la quantità d’aria, la tempe-ratura e la quantità di lana d’ac-ciaio si riuscirà ad ottenere il risul-tato desiderato.Per regolare la temperatura, ho uti-lizzato un alimentatore variabile (5-12) che agendo sulla velocità dellapompa, modifica il flusso d’aria e diconseguenza anche la temperatura.

Prima di proseguire, vorrei sottoli-neare la necessità che utilizziate lamassima attenzione e tutte le pre-cauzioni dovute per la vostra sicu-rezza e incolumità dovendo opera-re su apparecchiature a diretto con-tatto con la tensione di rete.Passiamo alla realizzazione praticadei due elementi principali dellanostra stazione, la penna dissaldan-te ricavata da un saldatore e lapompa dell’aria ricavata dal motori-no di un asciugacapelli e contenu-

ta nel case della nostra stazione, ilresto dei materiali sono facilmenteacquistabili nei negozi fai da te equelli di elettronica.

LA PENNA DISSALDANTEOccorre un saldatore da 50-60watt, vanno bene sia quelli con resi-stenza rettangolare sia con resisten-za cilindrica cava all’interno, presta-te la massima attenzione nellosmontare la resistenza riscaldanteevitando di romperla. Cercate sepossibile di riutilizzare anche ilmanico del vostro saldatore edeventualmente potrete riutilizzarelo stesso suo tubo di ferro se privodi aperture laterali, altrimenti pro-curatevi un tubo di ferro o acciaioda 15 cm x 1.5 cm diametro (evita-te il rame o il calore si disperderàtutto attorno), vi servirà da conteni-tore per il nuovo saldatore.Procuratevi della lana d’acciaio, diquella per intenderci, utilizzata perpulire le pentole in cucina (ricorda-te il nostro scambiatore di calore?).Posizionate la resistenza verso l’e-stremità di uscita, riempiendo iltubo di una minima quantità di lanache consenta comunque all’aria dipassare, è importante non esagera-re altrimenti non uscirà un bel nulladalla punta.Fissate la resistenza il più vicino pos-sibile all’estremità del tubo utiliz-zando una piccola quantità di lanad’acciaio, prima e dopo l’elementoriscaldante, evitate di far cortocir-cuitare i 2 fili di collegamento dellaresistenza riutilizzando i tubicini inceramica normalmente presentiall’interno del saldatore. Per il det-taglio del posizionamento osservatele figure 5 e 6 rispettivamente perl’elemento cilindrico e rettangolare.Fissate il lungo tubo in metallo alvostro manico praticando un foronella parte finale del tubo attraver-so cui far passare una vite di fissag-gio. Cercate di far entrare il tubo inmetallo a pressione nel manico del

COSTO ZERO

COSTO ZERO92

Figura 3: Lo scambiatore di calore:la lana d’acciaio

Figura 4: La stazione finita ed in funzione

vecchio saldatore in modo da sigil-lare ogni apertura. Fissate sullacoda del manico con della colla acaldo, un piccolo tubo di raccordoin metallo (di qualunque tipo) deldiametro di 0.5 cm lungo 6 cm chesarà il collettore per l’ingresso del-l’aria, eventualmente allargate leg-germente la coda del manico.A questo punto inserite a pressio-ne sul collettore del manico untubo flessibile in plastica dello

stesso diametro lungo almeno 1.3m per il passaggio dell’aria e pro-cedete come segue nel primo testdella penna. Collegate il saldatore,alla rete, aspettate 5-10 minuti,provate a porre la punta del vostronuovo saldatore a 2 cm da unfoglio di carta ed a soffiare legger-mente all'estremità del tubo inplastica, dopo alcuni secondi lacarta dovrebbe annerirsi, se così è,siete pronti per costruire la pompa

COSTO ZERO

COSTO ZERO 93

Elenco componenti

Tubo cilindrico saldatoreLunghezza 15 cm x 2cm didiametro in acciaio

Resistenza saldatoreResistenza saldatore da 50-60 W(di tipo cavo o rettangolare )

Alimentatore variabile(da 5 a 12 v) stabilizzati onon stabilizzati

Interruttore AC da pannello220 / 3A

N°2 Tubi in metallo per raccordotubo flessibile (sul tappo e sulpannello frontale)Lunghezza 3 cm Diametro 0.5 cm

N°1 Tubo in metallo per raccordotubo flessibile(man ico)Lunghezza 6 cm Diametro 0.5 cm

Tubo flessibile trasparenteLunghezza 1,5 mDiametro interno 0.5 cm

Presa AC da pannello220 /2A per spina saldatore

Motorino con ventola12v/0.3 - 0.5 ADiametro ventola minimo 5 cm

Lana d’acciao (20/30 grammi)Del tipo utilizzato perpulizia pentole

Figura 5: Schema interno della penna riscaldante con resistenza cilindrica cava

Figura 6: Schema interno della penna riscaldante con resistenza rettangolare

accessori telefonia mobile

assemblaggi

alimentatori

inverters

saldatori

gruppi di continuità

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d'aria.Se invece l'aria seppur bollentenon riesce a scurire il foglio entro i5 secondi vuol dire che probabil-mente:• Avete messo troppa lana e l'aria

non esce a sufficienza.• Avete messo poca lana e non si

riesce a trasferire il calore.• Il percorso dell’aria è ostacolato

da qualcosa (fili troppo grandi,nastro isolante, ostacoli vari,ecc.).

• C’è una perdita da qualche parte.• Vi occorre un elemento riscaldan-

te più potente diciamo 80 W peril vostro particolare sistema.

Nel primo caso sperimentate con laquantità di lana e ricordatevi dipiazzare l'elemento riscaldante ilpiù vicino possibile all'uscita.Provate a fare un po’ di spazioall’interno del tubo per permettereil passaggio di una maggiore quan-tità di aria. Personalmente non homai utilizzato un elemento riscal-dante del tipo "cavo" ma credo chepossa funzionare ugualmente bene,

la lana d'acciaio andrà messa, senzaesagerare, all’interno del buco nor-malmente usato per la punta.Ritengo che con questo tipo di sal-datori possa anche aumentare l'effi-cienza del trasferimento termico.Una volta constatato che la vostrapenna “sputa fuoco” funziona pas-siamo alla fase successiva.

LA POMPA DELL’ARIA Costruire la pompa d'aria è menodifficile di quanto sembri. Per realiz-zarla ho riutilizzato il motorino a 12volt con ventola di un piccolo asciu-gacapelli da viaggio. Per realizzareun efficiente convogliatore d’ariaprocuratevi una bottiglia in PET da66cl che abbia un diametro il piùvicino possibile a quello d’aperturadell'asciugacapelli, tagliatela a metàcosì da formare un piccolo imbuto,inseritelo a pressione nel tubo d’u-scita dell'asciugacapelli, sigillate iltutto con colla a caldo.Forate il tappo, della bottiglia inmodo da poterci inserire, meglio sea pressione, un tubo di metallodella lunghezza di 2-3 cm e diame-tro 0.4-0.5, sul quale poi innestere-te il flessibile in plastica da collega-re al vostro saldatore, eventualmen-

te usate la solita colla a caldo per ilfissaggio. Tenete presente che laquantità d'aria che riuscirete a farpassare nel circuito sarà pari al dia-metro della strettoia più piccola,dunque assicuratevi di non scende-re quando è possibile sotto i 0.4 cmdi diametro interno. E’ importantesigillare il più possibile tutto il siste-ma dall’ingresso all’uscita onde evi-tare perdite. Osservate la figura 9per maggiori dettagli.Per alimentare il motorino procura-tevi un alimentatore variabile da 5a 12 volt 0.5 A (anche non stabiliz-zati, tipo “wall cube” per intender-ci), in modo da poterne variare lavelocità, eventualmente potresterealizzarne uno con l’ormai famosoLM317.Controllando la velocità del flussod'aria controllerete anche la tempe-ratura, in particolare, maggiore è ilflusso d'aria, maggiore sarà la tem-peratura e più veloce sarà la dissal-datura.Per il contenitore io ho optato peruna struttura in legno abbastanzaspaziosa ricavata tagliando e met-tendo assieme lastre da 10 cm per20 cm, spessore 0.4 cm. Per il pan-nello frontale ho utilizzato il classico

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Figura 9: Schema interno della stazione

Figura 7: La penna finita

Figura 8: Un esemplare con resistenza cilindrica

plexiglass, comodo e facile da lavo-rare. Ai lati del mobile ho fissato unmolla di supporto per saldatori.Nella parte posteriore del mobileho inserito una griglia moltoampia per un agevole passaggiodell’aria, ricavata da una rete amaglia stretta.

TESTFinito il montaggio iniziate a testareil funzionamento di tutto il sistemavariando la tensione di alimentazio-ne della pompa dell’aria utilizzandoil solito foglio di carta. Tenete pre-sente che le prestazioni migliori siottengono alle alte velocità.Per utilizzare al meglio l’apparec-chiatura occorrerà fissare sull’usci-ta una adeguata punta in metallo,e qui lascio ampio spazio allavostra inventiva ma attenzione,evitate dei pezzi troppo lunghi(max 1 cm) e soprattutto evitatepunte in alluminio od ottone(abbassano la temperatura di usci-ta) cercate sempre di tenere l'ele-mento riscaldante il più vicino pos-sibile al buco di uscita.

Eventualmente, potete inserire unasorta di bullone all’interno dellapunta che riduce il diametro di usci-ta dell’aria senza raffreddarla, oancora se avete riutilizzato il tubooriginale del saldatore fissate all’e-stremità un piccolo tubicino (0.3cm diametro x 2 cm di lunghezza)in rame o acciaio attraverso la nor-male vite di fissaggio riservata al

blocco della punta.

COLLAUDOEccoci alla parte più emozionante ilcollaudo sul campo.Per le prime prove utilizzate delleschede da buttar via, perché certa-mente finirete per bruciare compo-nenti e circuito stampato. Solo dopoaver acquisito una certa esperienza didissaldatura potrete passare al recu-pero dei componenti che vi necessi-tano.Nel procedere con la dissaldaturadovrete stare molto attenti alladistanza della punta dalla superficiedel componente da dissaldare. Se viavvicinate troppo rischiate di brucia-re il circuito stampato sottostante elo stesso componente, in genere se ilsistema funziona occorrono 3-5secondi per fondere lo stagno sui ter-minali. E’ importante notare che perdissaldare i chip dovrete passare inmodo circolare su tutti i piedini, aiu-tandovi per la rimozione con un pic-colo giravite piatto e dissaldando unlato per volta.Inoltre durante la saldatura dovretesperimentare con la distanza dellapunta da circuito stampato poiché sesiete toppo lontani ci vorrà molto piùtempo per dissaldare il componente,in definitiva la distanza ideale dovràessere stabilita dopo aver acquisitoun po’ di pratica.Per aiutarvi nella rimozione dei com-ponenti dalla loro sede potete aiutar-vi con un piccolo cacciavite a puntapiatta, stando attenti a non forzare il

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Figura 10: L’interno della stazione

componente per evitarne la rottura.A proposito, attenti a non direzio-nare verso di voi la punta o potresterimanerne scottati!

ALCUNE VARIANTIDopo aver realizzato questo progettoe nell’ottica di un continuo migliora-mento sto già tentando di costruireuna seconda versione che utilizzasemplicemente un saldatore da 50-60 W di quelli economici con cavitàinterna per la punta. L’idea sarebbedi utilizzare tutto il saldatore cosìcom’è coprendo gli eventuali buchipresenti sul tubo in metallo e prati-cando un foro verso la parte finale inprossimità del cavo di alimentazione,inserire un tubo collettore in metallonel quale inserire a pressione il flessi-bile per l’aria. La lana d’acciaio ver-rebbe inserita all’interno della cavitànormalmente destinata ad ospitare lapunte, ovviamente è necessario chetutto il tubo sia cavo per permettereall’aria di entrare dal manico e usciredalla punta. Credo che un sistemadel genere possa essere anche piùefficiente se costruito con criterio, inparticolare la resistenza riscaldantedovrebbe essere il più vicino possibi-le all’uscita.Sperimentare per credere.A questo punto non mi resta cheaugurarvi buon divertimento e nel-l’attesa di ricevere foto dei vostriprototipi vi do il benvenuto nelmondo della sperimentazione con icomponenti SMT, a presto.

RISORSE IN RETEPer maggiori informazioni sui com-ponenti, la tecnologia SMD e le tec-niche di dissaldatura/ consultate online il seguente Link:http://www.geocities.com/vk3em/smtguide/smtguide.htm.Se invece avete bisogno di decodi-ficare i codici dei componenti anda-te al sito:http://www.geocities.com/vk3em/smtguide/smtguide.htm.

Figura 11: Prove di cottura

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Nome e Cognome Azienda

Via Cap Città Prov.

Tel. Fax E-mail

Sessione Workshop: Mattutina (€ 99,00 + Iva compreso un sistema HD1100)

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SCHEDA DI PREREGISTRAZIONEDa compilarsi in ogni sua parte ed inviare via fax al n. 02 66508225 o per e-mail ad [email protected]È possibile iscriversi online all’indirizzo www.inware.it/academy

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QUOTA DI PARTECIPAZIONE € 99,00 + IVA*COMPRESO UN SERIAL/ETHERNET CONVERTERMOD. LS100 DEL VALORE DI € 125,00 + IVA

Il corso permetterà al partecipante diapprendere nozioni sulla configurazione edintegrazione dei dispositivi Sena Technologies(www.hellodevice.it) serie Lite, Pro, STS, VTS.

L’INTERFACCIAMENTODEI DISPOSITIVI SERIALIALLE RETI LAN

EMBEDDEDINTERNET

Argomenti principali della sessione:

• la conversione Seriale/Ethernet semplice ed economica

• bridge di dispositivi seriali mediante LAN

• interfacciamento di dispositivi con diversi livelli di

integrazione (dal modulo all’apparato multiporta)

• il console management

• domande e risposte

Argomenti principali della sessione:

• problematiche di connessione di apparecchiature

e dispositivi elettronici alle reti TCP/IP

• i micro web servers Sena Technologies ed

i loro possibili campi di applicazione

• tecniche per il controllo remoto e via web

• domande e risposte

In collaborazione con: SENA TECHNOLOGIES

*Seguiranno dettagli sulle date degli eventi (I Workshop si terranno nei mesi di Marzo/Aprile 2004)e sulle modalità del saldo della quota di partecipazione

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I° WORKSHOP SUL

DEVICE NETWORKING

Autorizzo il trattamento dei dati personali ai sensi della Legge 675/96

Firma

INWARE-impaginato 9-02-2004 12:06 Pagina 113

BioQuadraPod un robota quattro gambe:realizzazione pratica(prima parte)

Manuale semiseriodi robotica:comunicare con il robot(terza parte)

BIOQUADRAPOD UN ROBOTA QUATTRO GAMBEREALIZZAZIONE PRATICA

BIOQUADRAPOD UN ROBOTA QUATTRO GAMBEREALIZZAZIONE PRATICA

di Luigi [email protected]

PERCHÈ UN LEGGED?I Robots Legged sono i Robot che sispostano mediante l’uso di gambe.I Legged sono più lenti dei Rover, irobot con le ruote; però sono quasiinarrestabili, spesso sono in gradodi superare situazioni in cui i Roversi fermano inesorabilmente. ILegged, infatti, non avendo proble-mi di trazione, possono camminaresu superfici scivolose come fango oneve; anche un pavimento ciottola-to, che metterebbe a dura provamoltissimi Rover, per un Legged èun’impresa facilissima. È in questecondizioni che il Legged sfoggiatutta la sua superiorità e i Roverstanno a guardare. Inoltre i Legged hanno un aspettomolto simile al mondo animale, sonoappunto biomorfici, e questo confe-risce al Robot un fascino molto parti-colare. Vedere un Robot bipedecome il dinosauro Trudy, sviluppatoal MIT, mentre muove i suoi primipassi è veramente emozionante,sembra di vedere un animale vero.Anche la Sony, la Honda e altri colos-si Giapponesi hanno creato Robot

dalle sembianze umane che deam-bulano su due gambe, salgono scalee giocano a calcio. Sfruttando, inve-ce, un numero maggiore di gambe,è possibile contare su un equilibrio euna forza maggiori, sono statecostruite macchine per il taglio e ilcarico della legna che usano seigambe per spostarsi, tra i boschi, siaper avere maggiore agilità e sia per-chè in questo riducono notevolmen-te i danni ambientali nei confrontidelle ruote o dei cingolati.In Giappone si svolge il campionatoRobo One che consiste in una sfidatra Robot antropomorfi, alti circa25cm, che combattono a colpi dikung fu radiocomandati dal loro alle-natore!

CARATTERISTICHE DELBIOQUADRAPODVolevo realizzare un Robot Leggedche fosse economico, versatile esoprattutto facile da realizzare.Cercando su Internet sono capitatosul sito della Oricom Technologies epiù precisamente sulla pagina diNico (http://www.oricomtech.com-

/projects/nico.htm). È un sito moltointeressante come è interessante laloro idea di realizzare un Legged bio-morfico abbastanza inedito, cheavesse la capacità di muoversi comeun cane, un gatto o un altro quadru-pede. Nel loro sito c’è anche unostudio sulle tecniche usate dai qua-drupedi per camminare e per esegui-re gli atteggiamenti più comuni.Questo studio è piuttosto importan-te in quanto i Robot a quattrogambe sono piuttosto instabili erichiedono un movimento abbastan-za preciso per non trovarsi all’im-provviso senza equilibrio, questofenomeno è pressoché inesistente inRobot a sei o otto gambe in quanto,almeno tre gambe, toccano sempreil pavimento creando una situazionedi grande equilibrio e stabilità. Percontro aumentano il costo delRobot, probabilmente anche dellalogica di controllo e sicuramente ilconsumo di corrente e quindi l’auto-nomia.Le principali caratteristiche delnostro BioQuadraPod, riassumendo,sono le seguenti:

I Rover, ovvero i Robots su ruote sono indubbiamente molto pratici e veloci, ma nienteè più affascinante di un Robot Legged, molto probabilmente perchè ricorda e imitail comportamento degli animali e nel caso dei bipedi, quello umano!

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prima parte

• Quattro gambe• Otto servocomandi• Un Serial Servo Controller• Un Microcontrollore BX24• Una batteria da 7.2V 600mAh

al NiCd

Andiamo ad esaminare i vari compo-nenti iniziando da quello fondamen-tale: il servocomando. Ho scelto il classico Futaba S3003, èun servo standard, è economico macon un ottimo rapporto qualità prez-zo. È caratterizzato da una buonaprecisione e una coppia discreta, peril nostro progetto è perfetto. Inoltreviene venduto con il kit accessori che

include una grande crociera a discoche fa proprio al caso nostro, dopocapirete il perchè!Di questi servocomandi ne occorro-no otto.

Per fare il telaio ho rimediato unascatola in plastica, rettangolare, di145x80x38mm voi potete ancheusare una scatola diversa, più grandeoppure più piccola, lo spessore con-siglio di non farlo inferiore ai 35mm.

Servono poi un commutatore e unconnettore per l’alimentazione, oltread un LED ed una resistenza da1Kohm. Questi componenti sonoopzionali, tuttavia sono consigliati.

Per pilotare i servi ho pensato di uti-lizzare il Serial Servo Controller da 8Servi della Pololu, è un oggettomolto interessante, è sufficiente dareun comando seriale indicando ilnumero del servo e la posizione e luiprovvede ad eseguire il comandogenerando il relativo impulso PWM emantenendolo fino a nuovo ordine.

È utilissimo quando si usano, comenel nostro caso, parecchi servoco-mandi e si vuole lasciare il microcon-trollore libero per eseguire altri com-piti, come la gestione dei sensori e lalogica comportamentale. Quello chevedete nella foto è il Pololu 8SSCsenza connettore DB9, questo èopzionale e serve soltanto nel caso incui sia necessario connetterlo ad unPC, dal momento che il nostro pro-getto prevede il controllo da parte

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Figura 1: Il servo Futaba S3003 e la crociera grande

Figura 6: Il Famoso SRF04 della Devantech

Figura 7: Le due batterie della GP cheprovvedono all’alimentazione

Figura 8: Il LED con la resistenza da 1K saldata

Figura 2: il contenitore

Figura 3: il commutatore e il connettoredell’alimentazione

Figura 4: Il Pololu 8 Serial Servo Controller

Figura 5: La SimpleBoard equipaggiata con il BX24

del microcontrollore non ho ritenutonecessario installarlo. Poi però, riflet-tendoci, ho deciso di montarlo, cisono dei comodi programmini sottoWindows che consentono la movi-mentazione dei servi e ci permette-ranno di individuare più facilmente iparametri per programmare ilmicrocontrollore. Una peculiaritàdel controller della Pololu è la possi-bilità di funzionare in emulazionedel MiniSSCII che è un diffusissimoSerial Servo Controller, su Internet cisono centinaia di programmi free-ware per questo controller e posso-no essere usati anche per il Pololu!Quando il controller Pololu funzionain modalità proprietaria, ha molteutilissime funzioni in più come lagestione della velocità dei servi, unamaggiore velocità delle comunica-zioni seriali, la possibilità di settare laposizione neutrale, eccetera, percontro si perde la compatibilità conlo standard MiniSSCII e i comandiseriali diventano leggermente piùcomplessi.

Veniamo al cervello del nostroRobot, il microcontrollore. Ho affida-to questo importante compito ad unBX24, un microcontrollore dellafamiglia BasicX che molti lettori diFare Elettronica già conoscono bene.È un microcontrollore programmabi-le in un Basic molto simile alVisualBasic di Microsoft™ , è quindidi facile e veloce apprendimento,questo è ottimo in quanto permetteun rapido sviluppo del software e unaltrettanto veloce debugging. A direil vero il BX24 sarebbe perfettamen-te in grado di pilotare gli 8 servi,però in questo modo il programmadiventerebbe piuttosto lungo e com-plicato e bisognerebbe ottimizzarebene le risorse per poter implemen-tare sensori come una bussola per lanavigazione o un sensore ad infra-rosso, etc. Il BX24 è stato alloggiato nellaSimpleBoard, una basetta apposi-tamente realizzata dalla RobotItaly, che consente una facileimplementazione dei microcon-trollore di tipo “Stamp”, ovvero ilBasic Stamp e il BX24 e altri pro-dotti simili. La SimpleBoard possie-de un circuito di regolazione e fil-traggio della corrente che permet-te di alimentare in tutta sicurezza ilmicrocontrollore e di fornire fino a1A di corrente alle perifericheesterne, molto comodo quando siusano altre logiche, come in que-sto caso, oppure si sta lavorandosu una breadboard. Il circuito diregolazione della tensione, tutta-via, non è strettamente necessario,infatti il BX24 è già equipaggiatodel suo regolatore e quindi laSimpleBoard può anche essereusata come un economico e fun-zionale sistema per equipaggiareun Robot o un dispositivo, permet-tendo la facile rimozione del solomicrocontrollore nel caso servissedi doverlo usare su vari dispositivi.

Già che c’ero ho installato anche

un sensore, per questo delicatocompito mi sono affidato all’inso-stituibile SRF04 della Devantech, èun sensore ad ultrasuoni in gradodi misurare distanze da 3 a 300centimetri con una buonissimasensibilità e selettività. È assistitoda un microcontrollore e quindi lefunzioni di rilevamento delladistanza sono notevolmente facili-tate, è sufficiente inviare un impul-so con il BX24 e misurare il tempodi ritorno per calcolare la distanzadell’eventuale oggetto o ostacoloche ci sta davanti. A differenzadella maggior parte dei sensoriall’infrarosso, questo è totalmenteimmune alle variazioni di luce e dicolore ovvero di riflettività dellevarie superfici.

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Figura 10: Montaggio del connettore, del lede del commutatore

Figura 11: Collegamento delle batterie

Figura 12: Ecco come appare il pannello dopol’installazione dei tre componenti

Figura 13: Montaggio delle basette sul contenitore

Figura 9: Foratura del contenitore

L’alimentazione è fornita da una cop-pia di batterie della GP da 3.7V600mAh collegate in serie, fornisco-no 7.4V a 600mAh, sono abbastanzasufficienti per una buona autonomia,naturalmente potete usare la batteriaa voi più consona magari di ampe-raggio superiore oppure di peso edimensioni ridotte come le batterieal litio, etc. L’importante è che il vol-taggio sia superiore a 7V per per-mettere ai regolatori di fornire unatensione di 5V alle logiche. Io hoscelto questo tipo di batterie per tremotivi principali, entravano perfetta-mente nel contenitore, le ho prese inofferta ad un prezzo veramentebasso, sono ricaricabili e quindi eco-logiche ed economiche.

Infine procuriamoci un LED e saldia-moci una resistenza da 1K in serie alpositivo.

Abbiamo terminato con la presenta-zione dei componenti principali delRobot ed è venuto il momento diassemblare il tutto per dare vita alnostro BioQuadraPod! Vedrete che civorrà pochissimo tempo ed il risulta-to sarà molto soddisfacente!

LA REALIZZAZIONE PRATICAConsiglio, prima di iniziare la costru-zione, di leggere tutto l’articolo, inquesto modo avrete una visione piùchiara dell’insieme e, volendo, potre-te introdurre eventuali modifiche peradattare i vostri componenti o peradottare soluzioni differenti.Iniziamo con la foratura del conteni-tore, serviranno 2 fori da 3.2(3.5)mm per il fissaggio del SerialServo Controller (SSC), un’asola daalmeno 12x6mm sotto la basetta delSSC, servirà per il passaggio deicavetti degli otto servi. Io l’ho realiz-zata facendo due fori con una puntada 6mm e poi li ho uniti con una pic-cola lima.Altri 2 fori per il fissaggio dellaSimpleboard, un foro per il fissaggio

del regolatore da 6V per i servoco-mandi, vicino al SSC.Poi ci rimangono i fori per il connet-tore di alimentazione, da 6mm vabene, il LED e il commutatore, per laposizione e la dimensione di questiultimi lascio a voi la scelta. Io li hoinstallati sulla parte superiore pernon intralciare le gambe del Robot.Ho inoltre deciso di alimentare lelogiche ed i servi utilizzando uno spi-notto da connettere sullo stesso con-nettore che serve per la ricarica dellebatterie.

Adesso possiamo montare il connet-tore di alimentazione, infilate lo spi-notto, mettete una goccia di adesivocianoacrilico (Attack) e connettete,dal lato posteriore, la presa, in que-sto modo otterrete un ottimo cen-traggio. Fate attenzione a non incol-lare anche lo spinotto, ruotatelo ditanto in tanto fino ad asciugaturacompleta. Non mettete troppa collaaltrimenti si asciuga dopo troppotempo. Montate anche il commuta-tore e il LED. Saldate il led alla presa,in questo modo rimarrà fermo,volendo mettete una goccia di adesi-vo anche sul LED.

Collegate le batterie in serie, positivo-negativo e negativo-positivo, poi col-legate il negativo del pacco ottenutoal negativo del connettore e il positi-vo sul centrale dell’interruttore. Infinecollegate un ramo dell’interruttore sulpositivo del connettore, nella figura10 il positivo è quello dove è collega-ta la resistenza del LED.

Possiamo ora montare le basette, ioho usato dei distanziali metallici da20mm di altezza e delle viti da 3MAda 10mm di lunghezza. Ricordatevidi fissare ora il distanziale femminache servirà per il regolatore da 6V, ameno che non abbiate scelto unsistema differente.

Passiamo ora alla creazione delle 4asole idonee ad ospitare i quattroservocomandi. Pratichiamo alle 4estremità del contenitore, delle asoleda 41mm di larghezza e rifiniamolebene con la lima o la carta vetrata.Piazzate il servo e tracciate con unamatita da 0.5mm i fori, forate le trac-ciature con una punta molto piccola,diciamo da 1mm. I servi vengonoforniti con delle viti autofilettanti,volendo potete praticare i fori diret-tamente con queste, dipende dalladurezza del contenitore.

Se avete intenzione di mettere qual-cosa davanti al Robot (o dietro), viconsiglio di farlo ora, prima di mon-tare i servi. Io ho messo due distan-ziali da 20mm per il montaggio delsensore SRF04.

Possiamo procedere con il montag-gio dei servi, montate anche i gom-mini forniti a corredo, limiteranno lostress e allungheranno la vita dei ser-vocomandi. I servi vanno montaticome nella figura 16.

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Figura 14: Creazione delle asole e dei forisul contenitore Figura 15: Predisposizione del sensore anteriore

Ora ci attende un lavoro di precisio-ne. Dovremo forare la crociere gran-de, da 35mm di diametro, comeriportato nello schema di figura 17,le misure sono espresse in millimetri,cercate di essere più precisi possibile.Potete disegnare lo schema con unCAD, stamparlo e incollarlo sulla cro-ciera per poi forare con una punta da3 a 3.5mm. Attenti alle dita!

Una volta forate le quattro crocierepotete montarle sui servi, tenete pre-

sente la foto di figura 18, il servoesterno si trova completamente ruo-tato in senso orario, è libero di ruo-tare in senso antiorario per 180°,tutti gli altri servi seguono la stessalogica. Potete procedere nel fissag-gio dei servi esterni alla crociera uti-lizzando delle fascette come rappre-sentato nelle Figure 18 e 19.

Ora ci servono i piedi! Io li ho realiz-zati utilizzando del filo rigido di rameda 7mmq, quello che si usa spessoper i Legged BEAM, l’ho fissato condel filo sottile di acciaio inox e l’hoprovvisto di un terminale in gommaantiscivolo.Naturalmente anche per questasoluzione potrete inventare il sistemache vi piace di più. La lunghezza delpiede, dal centro della crociera, è di55mm. Anche qui ricordate di orien-tare bene i servi prima di fissare il

piede. Calcolate, riferendovi allafigura 19, che il piede deve poterfare almeno 90° in entrambe le dire-zioni.Numerate i servi e i loro cavetti comenello schema di figura 22, questosarà essenziale in fase di program-mazione per la facile individuazionedei servocomandi.

Ora dovrete far passare tutti i cavet-ti dei servocomandi nell’asola, pertutta la loro lunghezza, provvedere-mo in seguito ad accorciarli.Cercate di fare un lavoro ordinatoper evitare strappi e tagli ai cavettistessi. Se la basetta del SSC vi dafastidio la potete momentaneamen-te togliere. Appena fatto, rimontate

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Figura 17: Schema di foratura della crocierada 35mm

Figura 18: Fissaggio del servo esterno allacrociera mediante fascette in plastica

Figura 16: Montaggio dei servocomandi

Figura 19: Un altro dettaglio del fissaggiodel servo esterno

Figura 20: Fissaggio del piede con del filodi acciaio inox

Figura 21: Vista d’insieme del Robot con iservocomandi installati

Figura 22: Schema di numerazione deiservocomandi, la freccia indica ladirezione di marcia e quindi laparte anteriore del Robot

la basetta e collegate i connettoriseguendo la numerazione, nonpreoccupatevi, per il momento, deldisordine (figura 23).Ora che i cavi sono connessi, biso-gna fare ordine, procedete tirandodalla parte posteriore del pannello,ogni singolo cavo, il più possibile.Mettete una fascetta a tenere il fasciodi cavi in modo da fissarli, come infigura 24. Ora il groviglio si è sposta-to sotto, in compenso fuori è ordina-to!Ora munitevi di pazienza e sistemate

“ordinatamente” i vari cavetti e lebatterie per fare in modoche il contenitore si possa chiuderesenza danneggiare niente.

È la volta del regolatore di tensioneper i servi (figura 26). Ho scelto un7806 che mi garantisce una tensionedi 6V, questo conferisce ai servi unabuona potenza salvaguardandoli,comunque, da sovratensioni. Lapotenza dissipata da questo regola-tore è risultata più che sufficiente alfunzionamento contemporaneodegli otto servocomandi. Saldiamo“in aria” due condensatori tra in-gnde gnd-out, i valori sceglieteli voi,10/100uf vanno benissimo.Saldiamo anche un paio di cavi perl’uscita e un cavo all’ingresso, riferi-tevi alle figure se avete dei dubbi.

Per completare il cavo di alimenta-zione bisogna aggiungere un con-nettore per la presa di alimentazionee un connettore per la SimpleBoardentrambi con uno spezzone di filodella lunghezza idonea a collegarlitutti, 7-8cm dovrebbero bastare,

comunque prendete bene le misure,meglio più lungo che più corto.

Cominciamo mettendo della guainatermoretraibile sul regolatore cheabbiamo fatto prima, per scongiura-re eventuali contatti indesiderati(figura 28).

Prima di saldare tutti i cavi, dobbia-mo avere l’accortezza di infilare unpezzo di guaina grande sul cavodoppio del regolatore e due pezzi diguaina più piccola su ognuno deidue conduttori. Procediamo alla sal-datura di tutti e tre i cavi, positivocon positivo e negativo con negati-vo. A saldatura ultimata applicare le

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Figura 23: I cavetti dei servi appena connessi

Figura 24: Il groviglio dei cavetti dei servocomandie la fascetta che li fissa

Figura 25: Ecco come appaiono i cavetti unavolta ordinati

Figura 26: La preparazione del regolatore ditensione da 6V per i servocomandi

Figura 27: I componenti del cavo di alimentazione

Figura 28: Il regolatore da 6V completato conla guaina

Figura 29: La preparazione alla saldatura dei cavi

Figura 30: I cavi saldati e completati con laguaina termoretraibile

guaine piccole e dopo con quellagrande racchiudere il tutto. Riferitevialle figure 29 e 30 per una migliorecomprensione.Una volta terminato il cavo possia-mo fissare il regolatore da 6V alcontenitore, sull’apposito distan-ziale che abbiamo previsto prima(figura 31).

Questa soluzione è comoda perchèfunge anche da dissipatore e infuturo può essere reso più efficien-te aggiungendo un distanziale piùgrande o una sorta di aletta di allu-minio o altro materiale idoneo alladissipazione del calore.

Possiamo connettere l’alimentazio-

ne alla SimpleBoard e lo spinottoalla sorgente di alimentazione sulcontenitore, nonché l’uscita a 6Vdel regolatore all’apposita alimen-tazione dedicata ai servi sul SSC.

Completiamo il cablaggio prele-vando, con un cavetto bipolare,l’alimentazione di 5V dallaSimpleBoard e collegandola allabasetta SSC. L’ultimo cablaggioche dobbiamo fare, per ilmomento, è il collegamentoseriale. Possiamo prelevarlo dauno qualsiasi dei 16 pin di uscitadel BX24 poi da programma ciriferiremo al pin dal quale loabbiamo prelevato.Consiglio di non usare i Pin ADCdel BX24 in quanto sono preziosiper la gestione di sensori e altri dis-positivi che richiedono questa

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Figura 31: Fissaggio del regolatore da 6Val contenitore Figura 32: Cablaggio dell’alimentazione

Il BioQuadraPod completato

caratteristica. Io l’ho collegato alPin 5.

Se avevamo deciso di installare ilsensore ad ultrasuoni, ora lo pos-siamo montare sull’apposita predi-sposizione come rappresentato infigura 34.

Finalmente il nostro BioQuadraPodè pronto! Nelle foto dalla 35 alla 37potete osservare il Robot in alcunidei suoi atteggiamenti. Ora nonresta che fare gli ultimi controlli epassare alla programmazione delmicrocontrollore. Di questo ce neoccuperemo la prossima volta in

quanto è una cosa delicata e dob-biamo avere molto spazio per poterapprofondire i concetti.

Nel prossimo articolo spiegherò ilfunzionamento del SSC e faremoun semplicissimo programma con ilBX24, giusto per far muovere qual-che passo al nostro Robot, poi staràa voi implementare nuovi compor-tamenti e atteggiamenti. Sul sitowww.robot-italy.net troverete alcu-ni video del BioQuadraBot e il pro-gramma di esempio per il BX24, senon vedete l’ora di mettere in azio-ne il vostro Robot correte a scarica-re il programma!

Per ulteriori informazioniVisitare il sito:www.robotitaly.com

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Figura 33: La cablatura è terminataFigura 34: Installazione del sensore ad

ultrasuoni SRF04

Telecamere a colori e b/n

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microfono e led IR, a tenuta stagna per impieghi da esterno.

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di un qualunque ricevitore TV o monitor.

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MANUALE SEMISERIO DI ROBOTICA

COMUNICARE CON IL ROBOTMANUALE SEMISERIO DI ROBOTICA

COMUNICARE CON IL ROBOTdi Marco Fabbri [email protected]

Detto questo parliamo dei prin-cipi della comunicazione.Quando due corrispondenti devocomunicare tra loro occorre chesi intendano correttamente(scontato? …..se lo dite voi).

Perché si intendano occorre sta-bilire delle regole di comunica-zione comuni: chiamiamo PRO-TOCOLLO di comunicazione l’in-sieme delle regole che appuntoregolano lo scambio di informa-zioni tra i corrispondenti.Tanto per fare un esempio, pen-siamo ad una telefonata fra duepersone; bisogna sapere il nume-ro del corrispondente, ci sonodelle regole per trovarlo consul-tando l’elenco telefonico.Bisogna eseguire la chiamatatelefonica: ci sono delle regoleprecise per effettuarla, (alzare lacornetta, attendere il segnale,comporre il numero, …).Una volta stabilita la connessio-ne, occorre avere un linguaggiocomune per intendersi, ad esem-pio l’italiano.C’è una regola per rispondere:…pronto chi parla? … sonoXXX… non ho capito, può ripe-tere? … XXX … ho capito, cosa

desidera? Ecc. ecc.C’è poi il contenuto della telefona-ta che, per essere inteso, ha disolito bisogno di seguire le regoledel normale modo di pensare.Insomma un sacco di convenzioni.

Osserviamo però che la comuni-cazione avviene per livelli: c’è ilmezzo trasmissivo (cavo,radio,…), il tipo di segnali che siinviano attraverso il mezzo, ilmodo in cui si usano i segnali performare un messaggio e il lorosignificato, il modo per assicu-rarsi che il messaggio sia arrivatoal corrispondente e correttamen-te interpretato, in caso contrarioripeterlo.È convenzione allora dividere leregole, cioè il protocollo, in livel-li che rispecchino i diversi aspet-ti della comunicazione.

L’ISO ha introdotto sette livelli di“intesa” e relative “regole”.Non in tutti i sistemi sono neces-sari tutti e sette, noi affrontere-mo i 4 che normalmente sono ipiù usati.

1 Livello FISICO: comprende lespecifiche fisiche della connes-

sione: mezzi fisici, tipo deisegnali trasmessi. A questolivello si parla di segnali elettri-ci, cavi/fili di connessione, con-nettori, tipi di interfaccia, velo-cità di trasmissione,…

2 Livello LINEA: comprende lespecifiche di come i segnalidescritti al livello 1 sono orga-nizzati in simboli, i simboli inmessaggi e definisce le regoleper ottenere un efficace scam-bio di messaggi fra i corrispon-denti. A questo livello si parladi codici, caratteri di controllo,blocchi di dati, pacchetti,…Spesso è quel livello che siintende quando si parla sem-plicemente di protocollo.

3 Livello RETE: comprende lespecifiche che regolano loscambio di messaggi quandoesiste più di un solo possibilecorrispondente e questi sonocollegati tra loro con una rete.A questo livello si parla dipunto punto, multipunto, indi-rizzi,… Spesso i livelli 2 e 3vengono trattati insieme.

4 Livello APPLICAZIONE: riguar-

Dovrebbe essere evidente che un Robot ha la necessità di comunicare, se non lo fa conl’uomo, lo farà con un PC o quantomeno con i suoi sensori, il microprocessore per pren-dere decisioni deve infatti interfacciarsi con il mondo esterno.

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terza parte

da lo scambio dei messaggi frai programmi che “girano” sullemacchine che stanno comuni-cando tra loro attraverso i livel-li 1, 2 e 3. I tipi di messaggi ele regole sono strettamenteconnessi all’applicazione, peresempio nel caso di un Robot ilprogramma sarà interessato agestire il movimento e le rego-le saranno adeguate a questo.

Faremo un’analisi pratica di ognilivello (se vi siete stancati ditelo).

LIVELLO FISICO:COLLEGAMENTO VIA CAVOÈ possibile mettere in comunica-zione due dispositivi attraversouna connessione elettrica adesempio attraverso la classicaRS232 (la seriale del PC).

La RS232 specifica i livelli elettri-ci dei segnali da usare, il tipo diconnettore, una serie di fili pertrasmettere e ricevere serialmen-te dei segnali digitali, e una seriedi fili per controllare unMODEM; il modem altro non èse non un apparecchio in gradodi trasformare questi segnalidigitali in analogici e viceversa,questo al solo scopo di aumenta-re in modo indefinito la portata(distanza), nel caso si colleghinotra loro delle macchine condistanze inferiori ai 15m possia-mo fare a meno del modem e inquesto caso potremo fare uso disolo 3 fili (modo chiamato“senza handshake”).Di questi tre fili, due vengonousati per convogliare i segnali dae per l’interlocutore e uno servecome riferimento comune per ilivelli dei segnali.

I tre fili sono chiamati TXD (tra-smissione dati), RXD (ricezionedati) e GND (ground o massa);ora nel caso in cui si connettono

due apparecchiature tipo PC, èchiaro che il TXD di uno deveessere collegato al RXD dell’altroe viceversa mentre i due GNDvanno collegati tra loro. Perquanto riguarda la RS232 vi invi-to a consultare anche la rete, cisono tantissime informazioni ariguardo.

L’insieme dei tre fili costituisceil canale di comunicazione.Siccome su un filo viaggiano isegnali in trasmissione e sull’al-tro quelli in ricezione, la comuni-cazione può avvenire contempo-raneamente: questo tipo di colle-gamento viene di solito chiama-to Full Duplex.Questa è una caratteristica dellalinea, può essere però che a livel-li successivi vi siano restrizionidiverse e quindi la comunicazio-ne avvenga in modo HalfDuplex (è anche il caso normaledi una telefonata, uno parla el’altro ascolta).

I dati vengono trasmessi serial-mente cioè un bit dopo l’altro.Visto che ogni bit può assumeresolo due valori (0 e 1) si usanodue livelli elettrici di tensione,un livello corrisponde a zero el’altro a uno. Per l’interfacciastandard RS232 il livello 1 corri-sponde a –12V e il livello 0 a+12V.

Nel nostro canale inviamo un bitalla volta, questi bit però nor-malmente vengono raggruppatiin caratteri. Un carattere è uninsieme di bit a cui è associatoun preciso significato; ASCII è untipo di regola che da un signifi-cato a gruppi di bit.Significato del gruppo di bit aparte, deve esserci la possibilitàdi riconoscere un carattere dalsuccessivo o dal precedente, unmetodo usato è quello di marca-

re l’inizio e la fine di un caratte-re con uno START bit e uno STOPbit: questo permette di lasciarscorrere un tempo arbitrario tradue caratteri. Ad ogni carattere èpossibile poi aggiungere altri bitdi controllo ad esempio la “pari-tà”, questo tipo di controllo è unpo’ in disuso in quanto si preferi-sce fare un controllo a livellolinea.

All’interno di un carattere devopoter riconoscere i singoli bit eper fare questo è sufficientesapere quanto dura un bit, già equanto dura un bit? Eccola quala velocità di trasmissione, ognivolta che vi connettete alla rete,il vostro modem e quello delprovider negoziano per un po’per mettersi d’accordo sullavelocità di trasmissione, ipotiz-ziamo di avere 300bit al secondo(baud) un bit non potrà chedurare 1/300 secondi, è quindiquesto il modo in cui il sistemache riceve distingue un bit dal-l’altro.

Parlando di velocità è necessariosapere cosa e quanto posso tra-smettere in un determinatotempo, sarebbe infatti stupidointerrogare il Robot ogni millesi-mo di secondo se per farlo devoinviare comandi a 300baud. Seipotizziamo di trasmettere 8 bitper carattere più 2 (Start e Stop)e il comando da inviare è lungo10 caratteri (da 8+2bit cadauno)avremo che al massimo e soloteoricamente ci servirà un terzodi secondo per comunicare ilcomando, se a questo aggiun-giamo che il Robot dovrà elabo-rare quanto ricevuto, confermaree quindi cominciare ad eseguire,avremo un idea dei limiti cheabbiamo (diversi ovviamente setrasmettiamo a 56kbaud); abbia-mo detto anche teoricamente in

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quanto abbiamo ipotizzato chela trasmissione avvenga senzaerrori e quindi senza bisogno diripetere e, non abbiamo dettoche il tempo tra un carattere e ilsuccessivo è arbitrario e dipendedal sistema in trasmissione, eccoperché tra l’altro questo sistemaviene detto asincrono.

LIVELLO FISICO 2:COLLEGAMENTO VIA RADIOAvere un Robot con un cordoneombelicale ne limita molto lepossibilità, ecco che volendo ilcollegamento tra PC e Robot puòessere fatto via etere, in rete visono alcuni prodotti già pronti,non sono altro che dei modemdotati di ricetrasmittente.

Per utilizzare dei modem e perfarlo con velocità decenti ènecessario prevedere di utilizzarequei collegamenti specifici cheavevamo tralasciato prima, al dilà delle caratteristiche di questisegnali (ampia la documentazio-ne in rete) questi servono perdare tempo e modo al modem difare la conversione.

In realtà nel caso di comunica-zione radio esistono due inter-facciamenti ma il canale in radiofrequenza è normalmente tra-sparente all’utente e quindi nonne parliamo (felici eh?), diremosolo che a meno di utilizzaremoduli complessi che lavoranosu frequenze distinte potremmotrovarci nella situazione che rice-zione e trasmissione non sonopossibili in contemporanea equindi avremo un sistema HalfDuplex.

Abbiamo detto che in caso diinterfaccia RS232 Modem èdoveroso utilizzare altri segnali,anche qui diremo poche cose, inparticolare si deve sapere che il

PC viene chiamato DTE e ilmodem DCE e che nei DCE i ter-minali TXD e RXD sono riferiti alDTE (in pratica il TXD del PC vacollegato al TXD del modem ecosì anche per RXD).

LIVELLO LINEA:PROTOCOLLO DI LINEAIl livello di linea o LOGICO èquello che si incarica di presiede-re al buon invio di un pacchettodi dati, o messaggio fra i duecorrispondenti.

Questo livello include le specifi-che della forma in cui il nostromessaggio verrà inviato, normal-mente chiamato pacchetto, letecniche di rilevazione deglierrori di ricezione e la loro corre-zione.È importante sottolineare che aquesto livello non importa il con-tenuto o il significato del mes-saggio ricevuto o trasmesso cheinvece riguarda il livello successi-vo (livello applicazione). Ci sipreoccupa soltanto del correttoinoltro del messaggio.A questo livello si deve dare unastruttura al messaggio, ipotizzia-mo di avere anche una rete (neparleremo tra un attimo), un’i-potetica struttura potrebbe esse-re la seguente:

Comunicazione PC > Robot• Numero caratteri da trasmettere• Identificativo Slave• Messaggio• Codice controllo errori

Comunicazione Robot > PC• Identificativo Slave• Messaggio• Codice controllo errori

È solo un’idea anche se valida,notate che nella comunicazioneRobot > PC non è stato previstoil numero caratteri da trasmette-

re, non è un errore, semplice-mente in una strutturaMaster/Slave di cui parleremo sipuò pensare che le risposte sianopreordinate e quindi si sappia apriori in base alla domandaquanti siano i caratteri di rispo-sta, in questo caso è inutile spre-care tempi e risorse HW (hard-ware) e SW (software).

LIVELLO RETEAnche semplicemente due PICcostituiscono una RETE e se invioil comando a quello sbagliato…ok è chiaro.Il modo migliore e universalmen-te usato è quello di dare un indi-rizzo o identificativo che mancoa dirlo è numerico tipo 01, 02,03 ecc. inoltre si deve stabilirechi comanda.Nel caso di un PC che gestiscevia rete un Robot potrebbecomandare proprio il PC(Master) e gli altri PIC esserequindi Slave; in un caso simile èsempre il Master ad interrogare egli Slave possono solo risponde-re, ecco perché sarebbe di fattoinutile l’invio del numero dicaratteri da parte dello Slave (sechiedo allo Slave “dammi lostato motore”, lo Slave può solorispondere “marcia” o “fermo”cosa che si tradurrà con un solobit a 1 o 0.

LIVELLO APPLICAZIONEQui dobbiamo decidere cosadire, è chiaro che il contenutodel messaggio varia di volta involta e la decisione è solo di chifa il SW.

Dovendo gestire dei motori osensori, il cosa dirci sarà riferitoalle grandezze in gioco, in gene-rale è chiaro che le informazionidi tipo digitale (on/off) potrannoessere gestite in un solo bit equindi visto che non possiamo

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trasmettere meno di un carattereper volta (normalmente 8 bit >1Byte) possiamo pensare di rag-gruppare almeno 8 segnali digi-tali (che però dovranno far capoad un unico Slave).

Facciamo un esempio: abbiamoun PIC che gestisce due motori iquali hanno ognuno due finecor-sa (uno avanti e l’altro indietro),il Master potrebbe chiedere“dammi lo stato motori” e loSlave rispondendo con un soloByte tipo:

01000010Bello, che significa? Leggiamoloin verticale:

0 bit non usato1 Motore A in marcia (sarebbe a

zero se fermo)0 Finecorsa Avanti motore A non

raggiunto0 Finecorsa Indietro motore A

non raggiunto0 Bit non usato0 Motore B fermo1 Finecorsa Avanti motore B rag-

giunto0 Finecorsa Indietro motore B

non raggiunto

Ecco qua, in un solo Byte abbiamoun sacco di informazioni prontead essere lette dal nostro SW(anche questa è solo un ipotesi).

Diverso è il caso di grandezzeanalogiche o di contatori (enco-der), in questo caso sarà neces-sario usare uno o più caratteriper avere la nostra risposta, ilconcetto comunque non cambia,a questo livello si devono orga-nizzare i contenuti dei messaggiveri e propri, volendo gestire unmotore, potrei pensare di inviareun comando del tipo:

• PC > Robot: Accelerazione,

velocità, spazio, direzione• Robot > PC: Ricevuto• PC > Robot: Start

Qui il PC attende il tempo diesecuzione e quindi:

• PC > Robot: Dammi statomotori

• Robot > PC: un byte comesopra, Passi encoder

Qui il PIC risponde con un nume-ro di passi encoder ma, potrebbelui stesso fare il calcolo dell’erro-re eventualmente commessorispetto allo spazio richiesto.

Abbiamo accennato al controlloerrori indicando un codice dicontrollo a livello linea, questopuò avvenire anche a livello SWinfatti quel codice può essere adesempio uno XOR dei caratterida trasmettere, ricevuto il mes-saggio, si esegue uno XOR deicaratteri (meno l’ultimo) e lo siconfronta con l’ultimo, se sonouguali si risponde “ricevuto”diversamente “Ripetere”.

Detto questo è facile capirecome sia difficile far comunicaredue apparati.Spesso non si tiene nella giustaconsiderazione ogni livello equindi nascono delle incongruitàche sballano il tutto. Procedendoper livelli e sistemandoli uno allavolta avrete risultati migliori!Sarà poi anche più facile nel casodi errori cercare di capire a chelivello siano e quindi ad esempioverificare che la velocità dicomunicazione sia impostatauguale per tutti gli interlocutoriprima di perdersi nelle righe delprogramma alla ricerca di unimprobabile errore.

TIPSAbbiamo detto che è facile estrar-

re informazioni dalla ricezione di01000010, ecco come si fa…

È vero che riceviamo i bit ma poia livello applicazione il tuttoviene ricevuto come un caratte-re, così come sarà necessariospecificare un carattere per tra-smettere una determinatasequenza di bit.Per ogni linguaggio di program-mazione esistono specificicomandi per convertire un bina-rio in carattere e viceversa quin-di quando scriviamo 01000010sappiate che esiste un solo carat-tere equivalente.

Bene ora passiamo all’estrazionedel solo bit che ci interessa. Ciinteressa sapere se il motore B èin marcia o no. Se facciamo fareal SW un operazione del tipo:

01000010 (dato ricevuto)AND00000100 (maschera motore B)

Possiamo avere solo due risultati,00000000, come in questo casoin cui il motore è fermo, oppure00000100 nel caso di motore inmarcia, diventa facile costruirequindi una struttura del pro-gramma che dica:

“se risultato=0 allora…” “serisultato=4 (0000100) allora…”

In pratica per ogni bit da estrar-re dovremo avere la sua“maschera” che sarà compostada tutti zeri meno il bit interessa-to che sarà a 1.

Per questo mese abbiamo conclu-so, nella prossima puntata pense-remo a come realizzare un’artico-lazione e come fare in modo didare “energia” e forza affinché siproduca un movimento.

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DA ABACOM UN CADPER LA PROGETTAZIONEELETTRONICA, IDEALE PERL’USO HOBBISTICO

La suite qui presentata si compone di due programmi:sPlan e sPrint-Layout: il primo dedicato alla realizza-zione di schemi elettrici, il secondo ideale per dise-gnare circuiti stampati a singola e doppia faccia.Possono essere acquistati separatamente on in bundle;entrambi condividono la stessa ricca interfaccia uten-te, conforme agli standard imposti da Windows, quin-di ogni elemento rappresentato sullo schermo o neldisegno, presenta una scheda proprietà raggiungibilecon un click del tasto desto del mouse.

Sono programmi che dispongono di funzioni profes-sionali ma utilizzabili anche da chi non ha molta espe-rienza. Entrambi i programmi dispongono di uncomodo “reader”, in pratica un programma gratuitoche consente la visualizzazione e la stampa dei disegnisenza dover installare i programmi originali.

SPLANSplan è un cad appositamente realizzato per la stesu-ra di schemi elettrici che implementa tutti gli stru-menti necessari allo svolgimento del lavoro in modosemplice ed efficace.sPlan è dotato di molte funzioni tra le quali: numera-zione automatica di componenti, scaling e preview deicomponenti, gestione delle librerie di simboli, modifi-ca di ogni singolo elemento sullo schermo, griglia diposizionamento, connessioni automatiche, e moltoaltro ancora.La libreria di simboli contiene moltissime parti pronteall’uso, inoltre le funzioni di editing dei simboli con-sentono la creazione di nuovi molto velocemente.SPlan implementa anche un potente motore di stam-pa e la possibilità di esportare i disegni in diversi for-mati, anche grafici (BMP).

DA ABACOM UN CADPER LA PROGETTAZIONEELETTRONICA, IDEALE PERL’USO HOBBISTICO

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Figura 1: sPlan al lavoro

Prima o poi tutti gli hobbisti si trovano a dover risolvere il solitoproblema: “Dove trovare un cad per la realizzazione di schemielettrici e circuiti stampati senza dover spendere una fortuna?”.Senza peccare di presunzione, questo articolo fornisce la risposta!

Figura 2: Ecco alcuni esempi delle possibilita’ grafiche di sPlan

SPRINT-LAYOUTsPrint-Layout è il compagno perfetto di sPlan anche sepuò lavorare in modo del tutto indipendente. Il pro-gramma è studiato appositamente per la realizzazionedi circuiti stampati,Il programma, oltre le funzioni standard necessarie allacreazione di circuiti stampati, offre anche funzioni pro-

fessionali quali: esportazione in formato GERBER edEXCELLON.Tra le numerose ed innovative caratteristiche ne tro-viamo una studiata appositamente per gli hobbisti,infatti, è possibile scannerizzare un circuito stampatoda una rivista o un qualsiasi supporto cartaceo edimportarlo per facilitarne il disegno o la modifica.La funzione di “photoview” mostra il circuito stampa-to così come apparirebbe una volta prodotto; di fattoè la funzione che utilizziamo per la rivista FareElettronica.Un libreria di componenti, facilmente creabili o modi-ficabili, completa la ricca dotazione del programma.

Per ulteriori informazioni:ElettroshopVia Cadorna, 27/31 - 20032 Cormano (MI)Tel. 02.66504794 Fax [email protected] - www.elettroshop.com

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Figura 4: Opzioni di stampa e preview di sPlan

Figura 5: sPrint-Layout al lavoro (funzione “Photoview”)

Figura 6: Ecco alcuni esempi delle possibilita’ grafiche di sPrint-Layoutn Figura 7: Opzioni di stampa e preview di sPrint-Layout

Figura 3: Editor dei simboli di sPlan

CASSE &AMPLIFICATORI

CD-ROM "CASSE ACUSTICHE - L'AUTOCOSTRUZIONE"Si tratta di una vera e propria guidaal progetto e all'autocostruzione deidiffusori acustici, attraverso ladescrizione dei diversi aspetti dellatecnologia del suono, teorici e prati-ci, applicati alla realizzazione dellecasse acustiche nelle varie tipologie.L'opera si presenta quale "reference"a cui far riferimento in ogni fase del

progetto e costruzione delle casse acustiche.Una guida organica, di facile consultazione, che sipone quale strumento di lavoro per quanti si avvicina-no, anche per la prima volta, al mondo dell'autoco-struzione dei sistemi acustici. Partendo dai concettiteorici fondamentali, vengono presentate le relazionimatematiche, di immediata soluzione con una norma-le calcolatrice, che consentiranno di apprendere egestire il progetto sia dei sistemi acustici che dei filtriaudio ad essi necessari.Completano l'opera consigli e riferimenti pratici allacomponentistica in commercio per rimediare, artigia-nalmente, all'eventualità che tali materiali risultasserodi difficile reperibilità.

Ecco nel dettaglio i contenuti del CD-ROM:• Il suono (L’intensità, La sensibilità, Il deciBel (dB), La

dinamica, Il timbro, Il rapporto segnale/rumore(S/N) con file audio di prova).

• La catena audio (La sorgente, L’Amplificatore, Ladistorsione, L’ambiente).

• L’altoparlante (Struttura, La curva di risposta, Il

CASSE &AMPLIFICATORI

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Figura 2: In dettaglio le parti che compongono un tipico altoparlante,le diverse voci sono illustrate per comprendere la funzionalità diquesti elementi e la relativa importanza per il correttofunzionamento del trasduttore acustico.

Ecco due nuovissimi strumenti che non mancheranno di interessareappassionati e professionisti di amplificatori audio e casse acustiche.

Si tratta di due CD-ROM che si pongono come validi strumenti ingrado di aiutare autocostruttori e amanti dell'Hi-Fi nel loro hobbyo nel loro lavoro.

Figura 3: Diagramma polare, le linee ovali bianche rappresentano ilguadagno dell'altoparlante per ogni direzione nell'arco dei 360°ad una specificata frequenza.

cono, Parametri tipici, Relazioni tra i parametri, Ladirezionalità).

• I fenomeni acustici (Il cortocircuito acustico, Baffleinfinito).

• La cassa acustica chiusa (Descrizione, Comporta-mento del diffusore, Dimensionamento del diffuso-re, Esempio di calcolo).

• La cassa acustica bass-reflex (Descrizione, Risonatoredi Helmholtz, Comportamento del diffusore,Dimensionamento del diffusore, Esempio di calcolo).

• Sistemi a più altoparlanti (Caratteristiche, Dimen-sionamento del diffusore, Esempio di calcolo).

• Sistemi caricati a tromba (Descrizione, Dimensio-namento, Coefficiente di espansione, Volume dellacamera posteriore, Tipologia della tromba).

• Filtri cross-over (Caratteristiche, I componenti,Comportamento dei filtri, Filtro Passa Alto, FiltroPassa Basso, Filtro Passa Banda, Il Cross-Over,Dimensionamento, Esempi di calcolo).

• I componenti (Reperibilità, Valori non standard,Autocostruzione delle bobine).

• Altoparlanti in commercio (Principali parametri perun'ampia selezione di altoparlanti Woofer,Midrange, Tweeter, larga banda).

CD-ROM "RACCOLTA : AMPLIFICATORI AUDIO - 101CIRCUITI APPLICATIVI"

Una raccolta di ben 101 progetti diamplificatori audio di varie tipolo-gie, dall'integrazione in apparatiportatili fino ai sistemi Hi-Fi a bassis-sima distorsione. Ciascun progetto ècorredato da caratteristiche, schemaelettrico, note sui componenti e pin-out dei dispositivi. La selezione deiprogetti è semplificata grazie ad un

indice multiplo. La documentazione è in italiano edinteramente stampabile.

Tipologie di circuiti contenuti nel CD-ROM:• Amplificatori Mono.• Amplificatori Stereo.• Amplificatori 2+1 canali.• Amplificatori con funzione Mute.• Amplificatori con Ingresso Sbilanciato

oppure Differenziale.• Amplificatori con alimentazione singola o duale.• Amplificatori con larghezza di banda normale o.

estesa• Amplificatori per altoparlanti da 4 a 32 Ohm.• Amplificatori in classe Lineare e Switching.

Il CD-ROM "Casse Acustiche - l'autocostruzione" costa€ 34,49 mentre il CD-ROM "Raccolta : AmplificatoriAudio - 101 circuiti applicativi" costa € 25,49.Entrambi i CD-ROM funzionano su PC con Windows95 / 98 / 2000 / NT / Me / XP.Per informazioni e ordini è possibile telefonare alServizio Clienti Pianeta Elettronica al numero06.454.33.731 oppure visitare il sito:www.pianetaelettronica.it

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Figura 6: Alcune schermate del programma

Figura 4: Esempio numerico per un progetto reale ponendo di doverdeterminare i componenti per un filtro Cross-Over a tre vie,con pendenza di 6dB/oct, 12dB/oct, 18dB/oct.

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