ella presente sezione viene spiegato in modochiaro la metodologia da seguire per realiz-

zare il corretto assemblaggìo del robot. Sarà

anche illustrata la programmazione del

robot, con numerosi esempi, e saranno pro-

poste delle idee da sviluppare ed applrcare su Monty, il

nostro robot intelligente.

SALDATURAInsieme a queste pagìne viene fornita la prima scheda di

cur è formato il robot, la scheda di controllo. In questa

scheda e necessario saldare i distinti comoonenti elettricidi Monty, è fondamentale che l'operazione di saldatura

sia realizzata nella maniera adeguata.ln seguito, sarà spiegata qual è la tecnica idonea di

saldatura che deve essere impiegata ogni volta per il mon-taggio dei componenti, nella scheda PCB (Printed CircuitBoard o circuito stampato). I due elementi fondamentaliche saranno utilizzati per saldare sono lo stagno ed il sal-

datore. Lo stagno è un metallo che fonde a temperaturanon molto elevata. ll saldatore genera il calore necessario,

e serye affinché lo stagno si fonda sopra la superficie di

contatto che unisce il piedino di un componente con la

scheda PCB. Dobbiamo cercare di evitare il contatto diret-to fra il saldatore e Io stagno, perché lo stagno fondernolto velocemente, e si raffredda altrettanto velocemen-

te quando si toglie il saldatore dalla superficie che si sta

saldando. In questo modo il processo di solidificazionedello stagno non si realizza perfettamente, e con il passa-

re del tempo potrebbero comparìre problemi di condutti-vità. Questo tipo di saldatura viene denominata "f redda ".

Per sapere se abbiamo realizzalo bene una saldatura,questa deve brillare alla luce, se così non fosse, è possibi-

le che la saldatura sia fredda.

Il metallo con il quale vengono saldati i componenti elettronicisulla scheda del circuito stampato chiamato PCB

(dall'inglese Printed Circuit Board, circuito stampato) è lo stagno.Per questo deye essere fuso utilizzando il saldatore.

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ítr-Te

I nassi da senrrire ner ottenere Una corretta saldaturasono:

. Inserire il componente nel lato predisposto della

scheda PCB, verificando che i terminali fuoriescano nellaposizione dove si trova la piazzola per la saldatura.

. Awicinare il saldatore alla ptazzola da saldare, dove

c'è il terminale del componente, riscaldare per un breveperiodo e quindi awicinare ìo stagno. ll saldatore deve

essere a punta fine come quello indicato nella foto.Riscaldare sino a quando lo stagno comincerà a fondereed a formare un cono attorno alla suoerficie di contattodel componente con la scheda.

. In quell'istante ritirare il saldatore e lo stagno,lasciando che la saldatura si raffreddi in maniera natura-le (non soffiare).

. Una volta che il componente è saldato e la salda-

tura si è raffreddata. dobbiamo tagliare con un tronche-sino la parte del terminale che fuoriesce, in modo che

l'aspetto finale della saldatura sia a forma di cono.. Più avantisarà spiegato come si può togliere Ia sal-

datura, mostrando diversi attrezzi necessari per manipo-lare ed assemblare i componenti elettrici.

CONTENUTO DEL CD.ROMNel CD-ROM allegato a questo fascicolo troverete una

serie di video nei quali si possono osservare alcuni con-corsi di microrobotica. In queste manifestazioni, i micro-robots concorrono in diverse specialità, nelle quali esse-

re il più "intelligente" è la chiave dell'esito. Nel CD-ROM

viene incluso un software che sarà utilizzato per la pro-grammazione del microcontrollore PlC, cervello del

robot, compito che sarà spiegato più avanti e che potrà

essere eseguito quando sarà stata assemblata la scheda

di controllo.

Il saldatore è un attrezzo che genera il calore necessario perpoter fondere lo stagno. Ricordiamoci,quando eseguiremo le operazioni di saldatura, di evitare rtcontatto diretto fra lo stagno e la punta del saldatore.

Prcrticcr ed esercizi. Consisli di urilirà

Per realizzare una saldatura idonea dobbiamo posizionareil saldatore in modo che tocchiil terminale del componente e la scheda contemporaneamenteDopo dobbiamo awicinare lo stagnodalla parte opposta del terminale, con questa proceduravengono raggi unti buoni risultati.

Una volta realizzata una saldaturadobbiamo aspettare che lo stagno si raffreddi naturalmente,evitando di soffiarci sopra. Quando la saldaturaè fredda dobbiamo tagliare con un tronchesino il terminale chesporge dal componente.

La struttura meccanica più importante del robot è il telaio,nel quale saranno inseriti il motore,le ruote e le schede del circuito impresso. Avrà anche il compitodi portare tutta la struttura del robot.

Prcrticcr ed esercizi. Gonsigli di ufilifù

Per realizzare una buona saldatura bisogna:1. Inserire il componente nel lato componenti della scheda PCB

2. Riscaldare bene l'area con il saldatore.3. Fondere Io stagno fino a formare un cono.4. Spostare il saldatore ed aspettare che si raffreddi.Nella foto viene mostrata una scheda correttamente saldata.

La serigrafia di una scheda indica:1. ll nome assegnato al componente di quella scheda.2. Le dimensÌoni. 3. La sua polarità. 4. L'orientamento.Tutto questo serve Der installarecorrettamente i componenti prima di essere saldati nella scheda

ll telaio di Monty è anche predispostoper I'inserimento di diversi sensori ottici e meccanici,come un altoparlantee le batterie necessarie per l'alimentazione del circuito.

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1" Cifra 2" Cifra Moltiplicatore Tolleranza

Prerticq ed eserclzf. Monlerqgio pcrsso ar lrcrsso

Prerticcr ed esercizi. Montcggio posso cr p.rsso

Per dissaldare scioglieremo lo stagno con il saldatore,quando questo sarà fuso, awicineremo il dissaldatore alla

saldatura, pero dal laLo opposlo a quello delsaldatore. ln questo modo procederemo alla dissaldatura.

ll taglio del terminale sporgente deve realìzzarsilannarmanfa sl r"li <nnre

del cono ottenuto con la saldatura. Non si deve maiforzare il terminale, percherischieremmo di sollevare la pista del circuito stampato

ll dissaldarore serve per eliminare lo slagno da unasaldatura e porcr eslrarre il componenteprecedentemente saldato. 5i basa sul movimento di unafortp mnlls ehp nrndtrp il risucchio!, r! Fr vvvr\.-li

dello stagno fuso. ll processo di dissaldatura è moltopiu delicato e complesso rispetto a quellodella saldatura. Per quanto possibib deye essere evitato.

ll tronchesino e lo strumento ddatl-o per ldglidre iterminali dei componenti che sporgono oltre Ìl cono disaldatura. Permette di tagliare i reofori grandi conprecisione e senza problemi, e il risultato e migliore dint talln rha <í attrahha

se si usassero delle forbici convenzionali.

Consisli prcrtici

Occasionalmente le forbici da elettricistapossono servire per tagliare terminali, inoltre possiedonoun incavo nella parte posteriore,cho è ttfilp npr <nelarp i filí f66ilry1gp17g.

lnoltre è necessario avere delle piccole pinze, con cui st

possono manipolare con precisione i componentielettronici e far loro adottare la forma pii) appropriata.

ll cacciavite a taglio viene spesso usato in elettronica.Per esempio, e molto utrle per estrarrei chips dagli zoccoli o per regolare i valori deiporcnztometn.

Se dobbiamo spelare molti cavi e di diverso diametro, lostrumento ideale è uno spelafili come quelli che sivedono nella figura, i quali permettono di realizzare taleoperazione in modo molto rapido.

Montcrggio pnsso q parsso

Monleiggio posso .r pcrsso

Le misure si eseguono per mezzo dei due puntali diprova. Quello di colore nero deve essere sempre collegatoall'inqresso COM del Lester, I'dltro puntaleè di colore rosso, e si collega nella posizione indicatasu/ tester a seconda che si debbamisurare lensione, correnre, resistenza, ecceterd.

Per misurare il valore di una resistenzaposizioneremo il selettore del tester nella zonacontrassegnata dal stmbolo Q. All'internor.li nt,acfs zans <alozianaTp^a l; .rtl; ai" air-altu/ 9uqJ(o Lvt rc rctcLtvt ttt rl I tV lA >tOtA PtU PtttVtO

ll tester è uno slrumento che permette di effettuaremisure di tensione e di corrente, sra continua chealternata. Misura anche la conduttività, la resistenza deicomponenti e, alcuni modelli, misuranola capacità dei condensatori e il guadagno dei transistor.

Mediante la manopola di selezioneindichiamo al tester il tipo di misura che vogliamorealizzare. ll selettore è diviso in scale,

e il numero che si vede a lato della scala, indica il valorem:rsimn r hc nt tn e<<erP misL)fato.

5e sul display del tester appare il numero 1 a sinistra,significa che il valore della resistenza è superiore a quelloche si puo misurare con questa scala,quindi dovremo selezionare quella seguente, cambiandola posizione del selettore.

Potremo verificare la differenza esstente fra i valori realidelle resistenze, e quelli teorici che otterremo conla tavola del codice a colori. Lo scostamento deye esserecontenuto all'interno del margine di erroresegnalato dalla banda colorata riferita alla tolleranza.

Per misurare il valore di una resistenza dobbiamoposizionare i puntali in parallelo ad essa, e il circuito deveessere senza tensione. Proveremo a misurarele resistenze che abbiamo saldato sulla scheda, ma chenon sono ancora collegate a nessunaltro componente elettronico. Potremo notare una lievedifferenza fra i valori reali e quelli teorici,che otterremo mediante la tavola del codice a colori.

Quando potremo leggere sul display del tester un valoredeterminato, significa che ci troviamo inuna scala valida. ll valore reale della resistenza sarà quelloche ci viene indicato dal display inquell'istante, tenendo conto del fattore di moltiplicazionedella scala in cui noi stramo lavorando.

Golqigli prctici

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A tìtolo di esercrzro, poslamo misurare lo stato di uno det

diodi che abbtamo saldato sulla scheda. I diodi sono elementiche permettono alla corrente di circolare rn una sola direztone:

nel verso che va dal catodo (banda grigia del diodo) verso

I anodo. ln questo modo, se posizioniamo tl puntale negativo

del tester (colore nero) sul catodo e il puntale positivo

sull'anodo del diodo, questo sarà polaizzato correttamente, e

la strumento segnalera /a fensione di soglia menzionata.

Se scambiamo le punte del tester, il diodo resterà polailzzato

inversamente, e lo strumenta non darà una lettura valida.

Per ultimo, ricordiamo che molti strumenti hannola capacità di misurare la continuità. Sulla selezione dellascala c'e una posrzione indicata con un altoparlante.ln questa posizione lo strumento genera un piccolo suonoogni volta che si misura una resistenza di valore moltobasso. Questa funzione ci permette di provare i fusibili, la

contrnuita sulle piste, ecc. Per eseguire questa verifica,osserveremo la scheda dalla parte dove si trovano le pistesaldate, e troveremo piste che uniscono i terminalidei componenti saldati. 5e metteremo le punte di provarlol fo<tar <nnrs lp <alr'lail tro dí nt ta<ti .Òmn^nanti

e il tester non emetterà alcun suono, significa che avremosaldato male o che la pista è tagliata.

Una delle funzioni piu utili che hanno alcuni tipi di tester,consisfe nella misura dei diodi. Con questa funzionepossiamo determinare lo stato interno di un diodo. Lo

slrumenb misura la tensione di sogha del diodoquando questo viene polarrzzato correttamente. Questatensione di soglia è regolata a 0,3 Vper i diodi al germanio e a 0,7 V per quelli al silicio.

Altri modelli hanno la capacità di verificare e misurare ilguadagno dei transrstor. Sulla ruota del selettore c'e unann<ízinno inr'ltrste enn hFF I o <tn tmpnfn disnnnp eli UnO

zoccolo per I'inserzione del trènsistor. l piedrni dellostesso, devono essere inseriti per il verso indicato nellè<tèr <t tl ttír'lan snnsra lÀ lèff t tra rnrrí<nandanfa sl

guadagno in montaggio a emettitore comune. Nel caso

non si ottenga una lettura valtda, il motivoè da ricercarsi nel tranststor: non è stato correttamenteinserirc nello toccolo. oppure e gudsto.

I tre tipi di condensatori più comuni sono: i ceramici,in poliestere, ed elettrolitici. Questi ultimi sono quelli cheraggiungono le maggiori capacità.

ll capacimetro è uno strumento che permette di misurarei valori dei condensatori. Alcuni modelli di multimetrio tester includono un capacimetro. Nella manopola diselezione, alcune scale indicate con E permettonodi selezionare il valore massimo del condensatore che sivuole misurare. I piedini del medesimo siinseriscono nello zoccolo appropriato dello strumento.

Nella tabella sono illustrati i codici impiegati normalmentenella descrizione dei condensatori: la loro tolleranza(livello di errore), il loro coefficiente termico dielettrico, oil tipo di dielettrico che utilizzano. Alcuni condensatorihanno un codice a colori per determinare il valore. Vieneimpiegato /o stesso codrce delle resistenze. Gli altri- la maggioranza - hanno impresso un numero, cheindica direttamente la capacità dei condensatori.

I condensatori elettrolitici sono gli unici che possiedonopolarità, questa viene indicata negli schemi elettricimediante un simbolo. Per il resto dei condensatori, datoche non possiedono polarità, è indifferente il versocon cui vengono montati. Pertanto nel simbolo elettricodi questi elementi non viene indicata nessuna polarità.

Gonsigli protici

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Montoggio persso cr pcrsso

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La scheda di controllo è stata progettata rn modo chenon sia possibile alimentarla contemporaneamentecon una pila da 9 V tramite J2 e con un trasformatoretramite J1. Per ouesto auando tnseriamo il connettoredel trasformatore in J1, viene automaticamenteinterrotta l'alimentazione che arriva da 12.

Cominceremo dall'analisi dell'alimentatore dìMonty. Esso si trova sulla scheda di controllo, ed

ha il compito di fornire 5 V per alimentare la

circuiteria e 13.8 V necessarì durante il processodi scrittura del microprocessore.

Possiamo alimentare Monty tramite un trasformatoreda 12 VA (corrente alternata) o con 9 Vdi corrente continua. Il trasformatore è collegatomediante il connettore J1,

mentre la morsettiera J2, con la polarita mostratanella figura, cioè con la parte positiva alla sinistra cheserveperi9V.

Misura di contrnuità. Possiamo verificare quantoabbiamo detto tramile un lester; se J I e libero c'econduttività fra i terminali mostrati in figura,altrimenti no. Se alimentiamo il circuito con tensionealternata, e necessario rettificare e filtrare il<canale npr nilr.nprq tlna tensione Continua. tVei cascr

che la Lensrone di ingresso sia contrnua questidue stadi non sono necessarr. e si passa direttàmenteallo stadio di stabilizzazione della tensione.

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Rettifica della tensione alternata con il ponte diodi. La

tensione positiva presente sull'uscita del pontediodi è pulsante e non ancora adatta per alimentarei circuiti. Per questo è necessario realizzare unostadio di filtraggio con I'aiuto di un condensatore,che abbia un ciclo di carica e scarica taleper cui si possa ottenere una tensione continuadi valoie costante all'uscita. Ora dovremosolo regolare e stabilizzare questa tensione entro lesoglie di alimentazione del nostro circuito.

Schema dello stadio di rettificazione e filtraggio. Lostadio di rettificazione si realizza mediante un ponte adiodi formato da D4-D5-D6 e D7. Questo stadiotrasforma Ia tensione di ingresso, che ha valori positivie negativi, in un segnale che contienesolo valori positivi, come mostrato nella figura sotto.

Misura di tensione fra lo stadio di filtraggio. Possiamomisurare il valore della tensione positivapresente sull'uscita dello stadio di filtro. Per questoalimenteremo la scheda con untrasformatore da 12 VA, e regoleremo il tester inmisura di corrente continua sulla scala dei 20 V.

Posizioneremo i terminali come mostrato in figura,e otterremo una tensione di 15 V.

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Tensione

alternata della

rete.

Tensione

refiificata con

ponte diodi.

otterremo

tensioni positive.

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Un; voìta che avremo 1a ten:rone fìltrataall'uscita airi i:ú.rd=-i=icic r:"1 , f,5vreil'rc

slab iiz;o':r oe. otte, - '. . \, ì-re\rd. r,r'alirlentaíe:rrrcuiti

4 icomponenti elettronici ,leli*:cheda, e

i 13,8 V n*r-egsari durante iì piocesso iiprogrammazìone del Pic.

La slabilizzazìone sì realìzza attraverso i due-^^^r-+^-; I *-^. .-: .i.,uati .n

U.l e u2. Lorq9uroLUr

siabilizzatore 7B*5 {crni:re 5 V:ull'uscita e con ii781? cttenramo'l 2 V.

All'uscita dei 5 V di tensione di alimentazionedel circuito, incontriamo il diodo led rosso DB.

Questo diodo si illumina sempre quando la scheda è

alimentata e se non ci sono cortocircuiti.Quindi se abbiamo la scheda alimentaà, e quesfodiodo non si accende, dobbiamospegnere immedial.amen te I' alimentazione, percheprobabilmente esiste un problema.

Un buon nferimento di massa, per quando dobbiamorealizzare misure di tenstone, è la partemetallica del regolatore 7805 Tutta questa partesi trova a potenziale 0 V.

I regolatori 7805 e 7812 hanno la stessa piedtnatura.Seguendo la numerazione mostrata nella figura ilterminale 1 è sempre I'ingresso di tensione dastabilizzare. Questa tensione deve essere superiore ai5 V nel caso del 7805 e superiore a 1 2 V nel caso del7812. ll piedino centrale e a massa e sul piedinonumero 3 otteniamo la tensione di uscita stabilizzata

Gonsisli prcltici

Quando abbiamo la scheda alimentata (tramite unapila o un trasformatore), possiamo verificare qual è latensione di alimentazione che stiamo ottenendo. Pel

eseguire questa verifica posizioneremo il tester inmisura di tenstone sulla scala di 20 V e punteremo iterminali come mostrato nell'immagine.Questa tensione sarà tanto migliore quanto siawicinerà al valore ideale di 5 V.

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lnoltre possiamo verificare qual è la tensione di uscitadel regolatore 7812, posizionando i terminali sullamassa del circuilo e sul piedino 3 del regolatore,come mostrato nella {igura. Per questo e necessarioalimentare la scheda con un trasformatore, o megliocon due pile da 9 V in sene.

Anche se la tensione dovrebbe essere di 1 2 Vvedremo che non sarà cosi, dato che sarà

approssimativamente 13,8 V, la tensione necessariaper Ia-programmazione. Questo si deve al fatto chesul piedino di massa di questo regolatore sono statimessi tre diodi rettificatori, D1-D2 e D3. I diodi hannouna caduta di tensrone di circa 0,6 V, necessaria per la

loro polailzzazrone. Per questo, dato che i trediodi sono messi in serie, Ia caduta totale è dÌ 1,8 Vche sommata ai 12 V del regolatore rispettoa massa, ci fornisce i 13,8 V sull'uscita (piedino n"3).

Notiamo anche che i regolatori hanno un'aletta diraffreddamento, perché quando assorbono moltacorrente si surriscaldano. Possono fornire fino a 1 A.

Questa perdita, sotto forma di calore è dovutaall'effetto loule. La funzione dei condensatori situatisull'uscita dei regolatori, C2-C3, è quella di ehminare t

aossibÌli disturbi che aossiamo avere sull'uscitadei regolatori, per tenere una tensione continuatotdlmente stabile e disaccopniata.

Consigli prqtici

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La figura mostra il simbolo logico, cosi come Ia tabelladella verità a cui corrisponde questa funzione. È

mostrata I'uscita che va a livello logico "1", quandoentrambi gli ingressi sono anche loro a "1". Lo schemaelettrico mostra due interruttori in serie, cherappresentano i due ingressi. Entrambi devono essere

attivi oer avere la tensione +V in uscita.

La figura mostra il simbolo, la tavola della verità e loschema elettrico eouivalente della funzione OR.

Guardando sia Ia tabella che il circuito possiamo notareche quando si attiva uno qualunque degli ingressi, siattiva anche l'uscita. Queste fre funzioni logiche base cheabbiamo visto, si possono combinaretra di loro per realizzare altri tipi di funzioni:NAND, NOR, XOR, e XNOR.

La funzione logica AND. L'immagine mostra il contenitoredel circuito integrato SN740B. L'uscita va a livello logico 1

so/o se c? un 1 in entrambi i suoi ingressi. Essa sicomporta corne se i suoi ingressi fossero interruttori inserie. Entrambi gli interruttoridevono essere attivi nel medesimo tempo.

La funzione logica OR. La figura mostra il contenitore delcircuito 5N7432. Questo integrato contiene qualfrofunzioni logiche OR. L'uscita di ognuna di queste va alivello logico "1" quando uno qualsiasi deisuoi ingressi vale "1". Il suo comportamento equivaleelettricamente a due interruttori collegati in parallelo.

Consigli prctici

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ll connettore d'applicazione J4 lo chiameremo PIC-BUS.

Contiene tutti i segnali d'ingresso e uscita delmicrocontroller PIC situato nella scheda di controllo.Attraverso esso ci collegheremo con il resto delleschede da cui è costituito Monty. ll PIC potrà operarecon sensori e periferiche situati in questeschede senza Ia necessità di muoverlo dal suo zoccolo

Come si puo osservare nello schema, attraversoquesto con nettore passano

anche i segnali di alimentazione da 5 V e 13 Ve Ia massa. Fondamentale in un progettoelettronico è che tutte le masse siano comuni.

ll connettore ha 26 piedini. Nella fila superiore ci sonoquelli dispari dal 1 al 25 iniziando da destra. Nella filainferiore ci sono quelli pari dal 2 al 26 iniziandosempre da destra. Per esempio, i segnali della porla B

sono situati nella fila superiore del connettore,in ordine, dal piedino 1 al 15 iniziando da destra.ll nostro microcontroller PlCl 6F84, permette la

memorizzazione seriale ICSP (ln Circuit Serial

Programming), grazie alla quale servono solo duepin per introdurre il programma (RB6 e RB7).

?14lET8lt0 f12 1114 t31ó i518 1??0 1s1t ?1'r4 23?6 25

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Gonsigli prctici

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I microcontroller PlCl6FB4 puo funziona-re con quattro diversi tipi di oscillatori, che

possono essere specificati dall'utrlizzatore

al momento della programmazione,

mediante la parola di conf igurazione.

Nella nostra scheda di controìlo abbiamo utt-

lizzalo un oscrllatore tipo XT, formato da un cri-

stallo di quarzo e da due condensatori ceramicì

da27 pF.

I quattro tipi di oscillatori permessi sono:

1") Oscillatore tipo RC

Questo tipo di oscillatore, di costo molto

basso, è formato semplicemente da una resisten-

za e da un condensatore. ll collegamento di que-

sto oscillatore è riportato nel disegno rn alto,

inoltre sono anche indicate alcune coppie di

valori per ottenere determinate frequenze dr oscillazione.

2"1 Oseillatore tino XT1 / vJtttts rv' - ''Yv

Questo è l'oscrllatore utilizzato nella nostra scheda, e

si basa su di un oscillatore di cristallo, o risuonatore, per

frequenze comprese fra 100 KHz e 4 MHz. Nella figurariportata in alto nella pagina seguente possiamo vedere

lo schema elettrrco per il collegamento di questo oscil-

latore al nostro microcontroller sulla scheda di controllo

del Monty.

Con questo oscillatore otteniamo una frequenza di

foscnuaoNt Roff Crn+Voo 625kHz lOkf) 20PF

80 kHz I0 ko 22OpF

(5kcRext<100k) SOHz t0 kO 0,lPFRext

TI:osc2lcr-KouT

Collegamento e valori tipici per un oscillatore RC di basso costo

Oscillatore tipo XT utilizzato nella nostra scheda

SgF,n!$*|i,,,p,mi

del programma, e anche il consu-mo di energia. All'interno dellastessa famiglia dei PIC esistonomodelli progettati per lavorare a

frequenze differenti. ll tempo di

esecuzione di un' istruzìone e

quattro volte il periodo di clockdell'oscillatore che stiamo utiliz-zando.

TCICLO Dl ISTRUZIONE=4 * TCLOCK

Le rstruzionr di salto, che cr ser-viranno per testare lo stato deibit, impiegano il doppio deltempo ad essere esegutte rrspet-to ad un' istruzione semplice.

Schema elettrrco per il collegamentodi un oscillatore tipo XT È quello impiegato nella scheda di controllo del Montv

4 MHz con la quale il PIC esegue un'istruzione di pro-gramma ogni microsecondo.

3") Oscillatore tipo HS

Si tratta di un oscillatore che raggiunge un'alta velo-cità, còmpresa fra 4 e 20 MHz, basato su di un cristallodi quarzo o un risuonatore ceramico. E il tipo di oscilla-tore da uîilizzare per raggiungere le maggiori velocità diesecuzione. Si collega in parallelo con due condensato-ri, come il tipo XT. 20 MHz è anche la massima frequen-za a cui può lavorare il PlC, che a questa velocità esegueun'istruzione in 200 ns.

Per esempio, se aboramo unoscillatore da 4 MHz , un programma da 500 istruzio-ni, 10 delle quali sono di salto, il programma impie-ghera ad essere eseguito:

TCICLO Dl ISTRUZIONE=4 * TCLOCK = 4 * 1/(4*10,) = lps

Tprogramma = 490 * lps + 10 * 2ps = 510 Us

Come prima valutazione di questo risultato possia-mo osservare che i programmi che introduciamo nelmicrocontrollore vengono eseguiti ad altissima velocità,praticamente in tempo reale.

4") Oscillatore tipo LP

Oscillatore di basso consumo,che utilizza un quarzo e che puoIavorare nel range di frequenze da35 a 200 KHz. Si collega allo stes-so modo dei tipo XT o HS. Nella

tabella sono riportati i valori deicondensatori che dobbiamo uti-lizzare per ottenere le frequenzedesiderate, nel caso di oscillatoritipo Xl, HS o L? con cristalli diquarzo. La frequenza di funziona-mento del microcontroller e unparametro fondamentale, da cuidipende la velocità di esecuzione

Tabella riassuntiva con i valori dei condensatoriproposti da Microchip per differenti frequenze di lavoro e ttpi di oscillatori

TIODE

LP

XT

HS

FREQ.

32kilz

200 kHz

l@ kHz

2 MHz

4 MHz

4 MHz

I0 MHz

PtGt 6cn8/ló8-100 pF

I5-33 pF

t00-I50 pt

I5-33 pF

l5-33 pF

l5-33 pF

15-33 pF

PtG f 6F83

ó8-100 pF

l5-33 pF

f00-150 pF

15-33 pF

l5-33 pF

l5-33 pF

l5-33 pF

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Connettori DB9 e D825. I connettori DB9 e DB25sono uno standard molto diffuso in elettronica, pervari motivi, uno dei quali è che sono il tipo diconnettore utilizzato dalla maggioranza dei PC percomunicare con le periferiche tipoil mouse o la stampante. Le porte seriali utilizzanoil connettore DB9, mentre quelleparallele (e anche alcune seriali) impiegano il D825.

Corrispondenze DB9 D825. Quando si utilizzail connettore DB25 per trasmissioni seriail, si impiegauna corrispondenza standard tra i dueconnettori DB9 e D825, che e quella mosnatanell'immagine. Porta parallela. È il connettoreDB25 montato nella nostra scheda di controllo ecomunicherà con la porta parallela del PC.

Questa porta usa livelli di tensione TTL, quindi nonsarà necessario adattare i suoi livelli alla tensione dellascheda di controllo. Comunque, è stdto utilizzdtoun circuita 7407 per amplificare i segnali. Usandoil connettore DB25 come porta parallela,la configurazione dei suoi pins è /a seguente:

Pins del connettore DB25 (porta parallela).Le connessioni illustrate nella figura sono quellerealizzate nella scheda dicontrollo sul connettore DB25 maschio e il chip 7407(che comunicherà con il microcontrollore).

DB25 MASCHTO l

i!:: irrìì-t Inri:a,a,a,a,a,a,a, 1

.::::: :

:lììììììì: l

ìììììììì |

ì

ll24

Consiqli prcrlicr

Collegamenti nella scheda di controllo

Segnole t/0

+Dolo Bif I Dl 3 0ulpul

+Dofo Bil 3 D3 5 Oulpul

+Dolo Bif 5 D5 7 0ulpul

+Doto Bil 7 Dl 9 0ulpul

+Busy -57 lì InPul

+Selecf In 54 13 Inpuf

-Selecl (3 17 0ulpul

Tutte le connessioni che si vedono nella tabella si

impregano quando la porta si utilizza per collegarsi, per

esempio, ad una stampante. Abbiamo già visto che il

nostro microcontrollore si scrive mediante ICSB per cui

utilizzeremo solo pochi pins per la comunicazione fra il

PC e il microcontrolloreSe osserviamo lo schema elettronico della figura,

vedremo che tutti i segnali che vanno verso il connetto-re, hanno una resistenza seriale da 'l 00 O, che serve per

la orotezione della oorta contro le sovratensìonì. Inoltrepossiamo vedere che l'unrco ingresso utilizzato verso il

PC è il piedino 10, attraverso il quale si potrà leggere ìl

contenuto del PlC.

I piedini 5,4,3 e 2, anch'essi usati, sono uscite inarrivo dal PC che realizzano distinte funzioni durante la

memorizzazione. Per esempio, il piedino 2 porterà il

segnale periodico del clock, e ìì piedino 3 ibits da scri-

vere nel PlC. Bisogna inoltre dire che isegnalidrterra del

connettore 1B-25, sono comuni con la terra della sche-

da di controllo.I segnali della porta parallela che corrispondono con

la disposizione dei pins del connettore, sono indicati

nella tabella a lato.

-Strobe -(0 0ulpul

S3 l5-[rror Input

sil ;ft

4ffiry,-r4*.#ffi rj::m'/a1tt a 4,. 1:l

i;\*******-*-*t,u"n,,.,

%#nig

rlu,i, f e::ìjv

.a a:::,:.a:

ìì:- :::.::::

sE .l %.*-

Come possiamo osservare questo circuito pro-

grammatore utilizza tensioni da 5 e da 13,8 VAbbiamo gia visto che i 13,8 V si otlengono con Iostabilizzatore 7812 e i tre diodì rettificatori 1N4007.

Nell'immagine è mostrato lo schema completoche si utilizta per la programmationedel microcantroller PlC. Attraverso tl connettoreDB25 (J3) ci collegheremo alla portaparallela del PC, e scartcheremo i programmi nel

microcontrol ler. I noltre potremoleggere i programmi che il PIC ha in memorta.

memoria di programma del PIC, il PC invia una sequen-

za di uno e zero attraverso la linea di R6 e contempo-

raneamente il PIC risponde inviando i bit tramite la linea

di RB7 al piedino 10 del connettore. Tutte queste fun-

Questa tensione è necessaria per inrziare il

processo di scrittura deì PlC, dato che per

portare iì microcontroller in modo scrittura, è

necessario inviare un segnale di reset (sul pie-

dino N/CLR) di 13,8 V.

Per commutare questa tensione di 13,8 V

utilizzìamo un transistor PNP BC55B; se nella

base del transistor c'è tensione questo non

conduce, e nel reset abbiamo 5 V che arrivano

attraverso il diodo D11 e Ia resistenza R14

Quando tramite il piedino 5 della porta paral-

lela si invia uno O, i transìstor si polarizza e

lascia passare i 13,8 V al segnale di reset del

PlC, attraverso rl diodo DlO Quando arriva la

tensione di 13,8 V il dìodo LED D9 si illumina.

Terminata la scrittura del PIC si annulla il

segnale di O sul piedino 5 del connettore DB25

e si manda un segnale di reset di 5 V per

mezzo del piedino 4 del connettore, in modo

che il PIC rimanga programmato e possa ese-

guire il programma.

Per introdurre il codice macchina nella

memoria del microcontroller, si utilizzano i

segnali provententi dai pin 2 e 3 del connetto-

re D825, iquali vanno sui pin RB6 e RB7,

rispettivamente. La memorizzazione si realizza

bit a bit. Tramite la linea di R6 si invia un

segnale periodìco, facendo corrispondere ad

ognr impulso positivo il valore del bit presente

sulla linea che va a R7. Durante la lettura delìa

+5Vcc

0kR3

r0k

c5 Il00nf

= ,:ok, R2

r0k IJ

74079

R9

.uff'lti

-.

\'..,f*o9'

ì 3.8vddlwr

7

3

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RìO

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R5 741ton

ok

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7407olî | ^rl^ ,k

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1.',,3",: -"'i'.. -r'ì ;

#1*ii'IPTì :

r N41 48

:Rt5'lkD9

t"Vpp or

Drr I sw2rN4t48 | Íl-H (

RESE'Rl44k7

l(RBó(Reloi)

RB7{Reloi)

MCLR/Vpp

+5Vcc

Schema impiegato per la programmazrone del PIC

Consisl!,. nraJlci

zioni sono realizzate tramite il software di programma-zione corrispondente, eseguito nel pC.

ALIMENTAZIONE DEL ROBOTCome abbiamo già spiegato, l'alimentatore delrobot è predisposto per ricevere sia tensione con-

Un'alternativa alle pile convenzionali,consiste nell'uso di batterie ricaricabili.

Le batterie piit comuni sono quelleal nichel/cadmio, le quali possono essere

ricarÌcate moltissime volte senzache si danneggino. Per le applicazioni

che oltre a I l' a utonom i a ri ch i edonoanche elevate prestazioni, le batterie ideali

sono quelle al piombo,che sono ugualmente ricaricabili, ma

fo rn iscon o maqq iore corrente.

tinua che alternata, tramite la quale alimenteremotutto il robot. Per forntre tensione continua utiliz-zeremo le plle, mentre per la tensione alternataun trasformatore. ll trasformatore che utilizzere-mo per alimentare questa scheda dovrà essere dj12 VAC.

Quando programmeremo il plC èraccom a ndabi I e uti I izza resempre il trasformatore, dato cheil consumo di questo procedimentoe elevato, e potrebbero consumarsile pile rapidamente.ln realtà mentre stiamo provandoil programma sulla scheda, o nonabbiamo ancara la versìonedefinitiva, è consigliabile utilizzaresempre il trasformatore,per risparmiare le pile,e assicurarci una sufficrente quantitàdi energia.Dopo che il microcontrollerè stato programmato, alimenteremoil robot con le pile, in questo modosi potrà muovere liberamente,senza essere legato ad un cavo.

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INGRESSI DIGITALIGli ingressi digitali sono quelli che presentano solo due

stati logici, che possiamo rdentificare come "1" o "0".

Questi sono gli schemi che dobbiamo realizzareper utilizzare un interruttore o un pulsante. lnfunzione del posizionamento e collegamento dellaresistenza, potremo ottenere all'attivarsi: un "1" ouno "0". Nello schema della figura, nella situazionedi riposo entrambe le uscite sono a "0", quindi,quando si attiverà I'interruttore o il pulsanteotterremo un "1" logico I pulsanti e gli interruttorinon sono necessariamente costituiti da un solocontatto; esistono commutatori e interruttori che allaloro attivazione chiudono numerosi contatti. lnoltre ct

sono interruttori che chrudono fra i loro estremidiverse uscite, a seconda della positione in cui si

trovano. Per gli interruttori disponiamo inoltre dipacchetti di microinterruttori, come quello mostratonell'immagine, che permettono di disporrein un unico componente di diversi ingressi digitali.

Un '1 logico corrisponderà alla presenza di una determi-

nata tensione, ed uno 0 logico segnalerà I'assenza della

medesima.

I dispositivi d'ingresso digitale pÌu comuni sonogli interruttori e i pulsanti. GIi interruttori hanno undispositivo meccanico, grazie al quale

mantengono la loro ultima posizione. ln questomodo, se mettiamo l'interruttore a "1", la sua uscitarimarrà in questo stato sino a quando non locambieremo a "0". Al contrario un pulsante ha unostato logico permanente quando si trova a riposo,il quale potrà essere "1" o "0", questo dipende dalloschema elettronico impiegato. Lo stato dellasua uscita cambia solo durante I'intervallo di tempoin cui viene attivato.

ffi

Vcc

sw SPsr {SI5WPUSHBUTTON

RIrok

R2lok

SW DPDT SW DIP.s

WH

H

Questo effetto si manifesta al cambiamento dellostato logico della perifertca, quandosi produce uno stato transitorio, sino al nuovo stato,in cui l'uscita è arbitraria e varia da 0 a 1.

Queslo succede perche in un periodo di Lempo

molto piccolo vengono prodotte diverse chiusuree aperture delle placche metalliche di cui sonor ostil uitc le neri feriche meccaniche.

La durata dell'effetto rtmbalzo è molto piccola,pero, siccome il tempo di elaborazione delmicrocontroller è ancora minore, se noncontrolliamo i rimbalzi, i programmi del PIC nonfunzioneranno correttamente. Per contrastareI'effetto dei rimbalzi esistono soluzioni hardwaree software. Le soluzioni software consistono nel fareuna temporizzazione con il PlC, ogni voltache si rivela un cambro di uscita di un interruttore,per aspettare che si stabilizzi. Le soluzioni hardware,

cercano di annullare I'effettorimbalzo all'uscita dell'interruttore, rn modo chevari solodala0oda0 a 1 una volla avvenula la commulazione.

+Vcc SEGNAtED'ENTRATA

+Vcc

Sia gli interruttori che i pulsanti, sono periferiched'ingresso di tipo meccanico.Tutte le peilferiche ad ingresso meccanico presentanoun fenomeno conosciuto come effetto rimbalzo.

AZIONAMENTO

Nell'immagine si vede un esempio di crrcuitoantirimbalzo. Questo circuito si basa sull'imprego diun flip-flop RS con memoria, in modoche ìl segnale. passando a î o a 0, produca un uscita"1" o "0" fissa sin dal prrmo momento.

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Un altro modello di sensore digitale e quello almercuio. Questi sensori utilizzano rl movimentodel mercurio allo stato liquido per chiudere oaprire dei conIdIIi Possiamo utilizzare queslisensori in un robot, per rtlevare l'inclinazione dellasupelicie sulla quale si sta muovendo, in mododa poter dare I'ordine di retromarcia nel caso chequesta inclinaztone rischi di far ribaltare il robot.AWERTENZA: il mercurio è una sostanza tossicanar rt ti nr tacta tínn r'li

dispositivo non deve essere ne tagliato, ne aperto.

Sensori otticiI sensori otttci sono sensori digitaliche utilbzano un raggio di luce infrarossaper il loro funzionamento. 5i basano sull'uso di unfotodiodo e di un fototransistor, che sonocomponenti elettronici capaci di modificare il lorocom po rta mento i n fu nzionedella quantità di luce che inctde sopra di essr.

Oltre agli tnterruttari e ai pulsantr, esrtonoaltri tipi di sensori meccanrci adatti all'uso del

mondo della mtcrorobotrca. Qualunque sensoredi tipo meccanico che uttl,tteremo presenterà

sempre l'effetto rimbalzo

Nell'immagine è mostrato un sensoredi ingresso conosctuto come fine corsa o bumper.

Questo interruttore dtspone di una laminamatsllirs e ho nt to svaro dirtpr<a lt tnnhè)/a a

seconda del modello, e cheattiva ilsensore ogni volta che vtene premuta.ln questo modo potremoutilitzare i ftne corsa per sapere quando Monty\/^ A <h^ttÒrò a^ntr^ ttn

^.-,, -Jgerto,e in quale posizrone si trova l'ostacolo.

]

I sensori ottici piu comuni utilzzano un fotodiodocome fonte di emissione del raggio di luce, e unfototransistor come ricevitore di detta luce.

ll fototransistor è un tipo di transistor chepolarizza la sua base quando c'e presenza dt luce.quando invece non riceve luce, non lascia

circolare corrente tra collettore ed emettitore.

RT

220

lìtsoloFrolsolAfoR-A

R2rk

Nell'immagine si mostra un sensore ottico aforcella. Questo sensore può rilevare un oggettoche passa tra le sue pareti. ln questo modo, se

montiamo un pezzo a forma di stella sull'asse diund ruota, e un sensore ottico a interruzioneche conti quante volte passano gli estremi della

stella tra le sue pareti, potremo fare il calcolodella distanza percorsa

dal robot, calcolare la sua velocità, ecc.

.É

J'#

ffi

ffi

ffi

É

E-.:,:'#.:H

'#-

É:#

ll sensore dell'immagine e un sensore ottico a

riflessione. Emette un raggio di luce con undeterminato grado di inclinazione. Se questa /uce

rimbalza sopra una superficie bianca e ritorna alfototransistor, I'uscita del sensore andrà a "1". AIcontrario, se la luce non ilmbalza, o la superficie è

nera (quindi assorbe la luce) il fototransistor non sipolarizza, e all'uscita del sensore avremo uno "0".

Con questo principio di funzionamento si puointuire come faremo a far si che il robot segua la

traiettoia di una ltnea nera disegnata sulpavimento, oppure che riconosca il verso della

curva, gli spostamentì, ecc.

KCAE

KCAE

lJn'importante differenza dei sensori di tipoottico, rispetto a quelli meccanici, consiste nel

fatto che non presentano l'effetto rimbalzo.

Questo e dovuto al fatto che non ci sono partimeccaniche coinvoltenel funzionamento di questi dispositivi.

Consigli prcrtici

$a$x#G$s

Montcrcrqi:nrl|gg":#fg_t!*#q,s,r,?*

Pt 28

taaaaa.aajaaaa:::::::tììt:4.it t................,iui

fllontaggio passo cr pcrsso

Sensori di temperatura a giunzionedi semiconduttorePer misurare la temperatura sono moltousati i sensori a giunzione di semiconduttore,come i modelli LM35 o AD590.

Questi tipi di sensori modificano la tensioneo la corrente alla loro uscita in funzionedella temperatura. Sono sensori molto lineari.Senza dubbio, il nostro microcontroller,cervello del robot, e un microprocessoredi tipo digitale che puo solo lavorarecon dati binari. Come faremo, quindi, per leggere'i segnali analogici? Abbiamo due soluzioni:

lngressi analogtciGlì inares<i analooiei nnsq.no avere un numero

illimitato di valori fra due range.Oltre ai sensori digitali che abbramo già vrsto,

vi sono moltissimi altri sensorii rt tì <annsli .li tt<rtf. <nnn ,tr: ,ì^^ t- ,1^^ì, ^' \ u' rLL/' 'u'r )vt tJ ut LtPv at tatvgttv.

ln seguito mostreremo alcuni esempi.

Cella LDR

La cella LDR mostrata nell'immagine, è un tipodi resistenza che varia la sua resistività in funzionedella quantità di luce che incide su di essa.

Con questa proprieta e un piccolo circuito diadaltamenb, possiamo misurdre, ad esempio,ls nttantifs rli lttrp rhp r'e in un'abitazione.

Co nve rtito re a n a I og t co / d i g i ta I e

Una forma di comunicazione mediante questo

tipo di segnali, si può avere utilizzando convertitorianalogico/digitali. Si tratta di chip che leggonoil segnale analogtco e lo trasformanoin valore digitale (codice binario), secondo soglie.prestabilite. Dato che l'uscita di questi chipè digitale la potremo inviare direttamente al PlC.

Un'altra soluzione consrte nell' utilizzaredei circuiti esterni di condizionamento a soglia,per fare in modo che I'uscita dei sensori

si converta in un livello "l" o "0", a seconda chevenga raggiunta o meno la soglia limite per cuiabbiamo progettato il circuito. E facile capireche con questa seconda soluzione non potremoleggere il dato reale dell'uscita del sensore.

Uscite digitaliCosi come i segnali d'ingresso che arrivano almicrocontroller sono di natura digitale,i segnali di uscita che questo genera sonoanch'essi digitali. Si tratta di segnali che varianoda 5 a 0 V con un'intensità massima di 20 mAper piedino. Con questa intensità potremo attivarediretlamente alcuni sensori di uscita digitale,per altri avremo bisogno di aumentare la potenza.

Consigli prctici

f)icn/:ru : <Òffa <Ònmanfi

Un display a sette segmenti è un dispositivocostruito utilizzando dei diodi LED, con unadisposizione speciale, in modo che illumìnandolipossano rappresentare numeri digitali.Perciò, anche i display possono essere attivatidirettamente dai pin del microcontroller, vistoche si tratta, in definitiva, di diodi LED

ll display può essere ad anodo comuneo a catodo comune, in funzione se il terminalecomune dei diodi LED è I'anodo o il catodo.lVe/ c.aso che si trdtti di un display di catodocomttnc ttn seonale "1" che arriva dal PIC

prod u rrà l' accens ion e del seg mento.

Quindi se la configurazione del displayè di anodo comune, un "1" del PIC manterràun segmento del display spentoe sarà necessario inviare uno "0" per accenderlo.

Diodi LED

I carichi tipo LED, come quello mostratonel I' immagine, possono essere attivatidirettamente dai piedini del microcontroller.I diodi LED sono periferiche moltoutilizzate, dato che ci permettono di vederelo stato logico dei segnali,senza necessità di utilizzare il tester per verificarli

Convertito re a n a I og i co/ d ig ita I e

Nell'immagine vediamo un display ad anodocomune modello TlL312 che è

alimentato con tensione positiva di +5 Val piedino î4 (anodo comune a tutti i segmenti)Per attivare ogni segmento individualeè necessario, pertanto, introdurrelivello logico "0" sul piedino corrispondente.

TtL 3t2

I

2

3

4

6

7

+5V?

,-. À

cc

14

t3

12

I10

9

ó

o

o

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Consigli prctici

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