Lezione A0 Elettronica per l informatica Indice della lezione A0 Elettronica per l informatica Ruolo di questo corso Obiettivi di questo corso

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1 Lezione A0 : sistema di acquisizione dati ichiami su condizionamento di segnale Indice della lezione A0 : sistema di acquisizione dati ichiami su condizionamento di segnale 3 4 uolo di questo corso Obiettivi di questo corso Elettronica nella laurea in informatica: Sistemi elettronici Dispositivi e circuiti Elettronica per informatica Sistemi, moduli e circuiti elettronici per applicazioni di sistema (es. Acquisizione dati) architetture circuiti tipici analisi di applicazioni gestione della potenza Sviluppare capacità di analisi critica a livello di sistema Impostare ed eseguire una verifica attraverso simulazioni e misure. 5 6

2 Organizzazione di questo corso Finestre esterne Lezioni flusso principale navigabile con audio cartelli materiale su finestre richiamate da hotword Esercizi test di fine lezione esempi svolti (disponibili poi anche sul sito come aggiornamenti) L apertura della finestra esterna blocca il video per continuare chiuderla e premere play Il materiale presentato nelle finestre esterne è disponibile nel CD (files.pdf stampabili) Laboratorio guide per lo svolgimento delle esercitazioni (saranno disponibili sul sito) 7 8 Obiettivi di questa lezione Prerequisiti per il modulo Descrivere organizzazione, contenuti e caratteristiche del modulo Tipologia e utilizzo del materiale didattico Lezioni CD Testo su carta Materiale aggiuntivo Descrivere l applicazione di riferimento sistema di acquisizione dati Primo argomento: richiami su condizionamento di segnale con amplificatori operazionali Elettronica applicata, comunicazioni, calcolatori: da Sistemi ELN Dispositivi e Circuiti ELN amplificatori operazionali, transistori bipolari e MOS circuiti digitali (porte, flipflop, registri, contatori, ) da Teoria dei segnali analisi di segnali, spettri in frequenza, modulazioni. 9 0 Contenuti Argomenti raccolti in nità 0: presentazione, sistema di riferimento, richiami (questa lezione) A: bus di comunicazione B: linee C: sistemi di conversione A/D/A D: gestione della potenza

3 Indice della lezione A0 : sistema di acquisizione dati ichiami su condizionamento di segnale Testo su carta: J. Millman, A. Grabel: Microelectronics. Editore: McGraw Hill Dante Del Corso: Elettronica per telecomunicazioni. Editore: McGraw Hill Sito web 3 4 Laboratorio Materiale su CDOM Sono disponibili manuali e guide per le esercitazioni e le relazioni (testo e sito web) Il CDOM contiente materiale didattico supplementare: Esempi di esercizi risolti Note applicative Data sheet Parte di questo materiale viene usata nelle lezioni 5 6 Indice della lezione A0 : sistema di acquisizione dati ichiami su condizionamento di segnale 7 8 3

4 Principale applicazione di riferimento: Sistema di acquisizione n sistema di acquisizione dati si compone di diverse parti per: sentire variabili fisiche (attraverso dei sensori/trasduttori) Effettuare il condizionamento elettrico dei segnali in modo da renderli leggibili da una scheda di acquisizione A/D Convertire i segnali analogici in formato digitale Processare, analizzare, immagazzinare e visualizzare i segnali acquisiti con l aiuto del software 9 0 Trasduttori traducono i fenomeni e le grandezze fisiche in segnali elettrici Temperatura Pressione midità Luce Forza Spostamento Livello Etc... Condizionamento di segnale I segnali elettrici vengono condizionati in modo da essere correttamente utilizzati dal frontend analogico delle schede di acquisizione Isolamento Amplificazione Linearizzazione Filtraggio Schede di acquisizione A/D Segnale di ingresso continuo nel tempo e nelle ampiezze (analogico) digitale (on/off) Campionamento aliasing 3 Schede di acquisizione A/D ange alori (di tensione) max. e min. che il convertitore A/D può quantizzare Selezionabili in maniera hardware o software isoluzione Quantizzazione nelle ampiezze Software di acquisizione Può essere il fattore più critico per ottenere informazioni affidabili e alte prestazioni Trasforma il PC e l HW in un sistema completo di acquisizione, analisi e visualizzazione dati 4 4

5 Software di acquisizione dati Programmable software tilizzo di linguaggi di programmazione Flessibile e completo Complesso e con tempi lunghi di realizzazione Data acquisition software Non richiede programmazione Permette allo sviluppatore di progettare comunque strumenti dedicati all analisi dei dati (Es. LABIEW) Progettare un sistema di acquisizione dati Elementi chiave nella scelta dell architettura e dei componenti: Applicazione fissa o mobile? Tipo di segnali di I/O: analogici o digitali? Frequenza dei segnali di ingresso? Funzionamento continuo? Compatibilità tra hardware e software: i drivers delle schede A/D sono disponibili? Prezzo? 5 6 ANALOG frontend Digital processing PCI controller PCI bus 7 8 Indice della lezione A0 Amplificatore Operazionale ideale materiale didattico sistema di riferimento: sistema di acquisizione dati Tensione di uscita: = d = ( ) I d I ichiami su condizionamento di segnale = d

6 Amplificatore Operazionale ideale Amplificatore Operazionale ideale Tensione di uscita: I Tensione di uscita: I = d = ( ) d I = d = ( ) d I Correnti di ingresso nulle I, I = 0 = d Correnti di ingresso nulle I, I = 0 = d Guadagno 3 3 Amplificatore Operazionale ideale Circuiti base con operazionali Tensione di uscita: = d = ( ) Correnti di ingresso nulle I, I = 0 Guadagno I d I d = / = 0 = d La reazione permette di controllare i parametri di un modulo tramite elementi passivi Quattro configurazioni base di reazione: /, /I, I/, I/I Per cosa utilizziamo gli operazionali: Condizionamento di segnale Filtri Sistemi di acquisizione Applicazioni di potenza Amplificatore di tensione Amplificatore non invertente La reazione permette di realizzare un amplificatore di tensione con guadagno assegnato (A ) i alta, u bassa β = A = = = β I d A, i, u E 35 A d d A = = 0, A d d quindi I β = 0 = = β I I = = = β I d E Il guadagno dipende solo dalle due resistenze e i alta, u bassa 36 6

7 Effetto della reazione sui parametri Circuito di riferimento Il guadagno Ar dipende solo da / esistenza di ingresso i corrente nulla nel morsetto di ingresso: i Av = Ar = / i. S I =0 = A, I, u = 0 L esistenza di uscita u la frazione di tensione di uscita riportata all ingresso non dipende dal carico: u = 0. u = 0. Il guadagno dipende solo dalle due resistenze e i è alta, quindi il rapporto u/i non dipende da S 37 u è bassa quindi il rapporto u/i non dipende da L 38 Amplificatore invertente Generalizzazione con Z Questa configurazione permette di realizzare amplificatori invertenti o di transresistenza i = u bassa I I = A = I = I = = I A, i, u 39 Quanto visto con vale per Z qualsiasi: Z AO Z I Z AO Z Z Z = I Z Z = Z I 40 ari tipi di amplificatori Amplificatori con ingresso in tensione Caratteristiche degli amplificatori: ingresso in tensione: Impedenza di ingresso alta uscita in tensione: Impedenza di uscita bassa ingresso in corrente: Impedenza di ingresso bassa uscita in corrente: Impedenza di uscita alta Ad D E scita in corrente scita in tensione D Ad I c I s S 4 4 7

8 Amplificatori con ingresso in corrente Sommario della lezione A0 II D IM I m AO scita in tensione materiale didattico sistema di riferimento: sistema di acquisizione dati I I ichiami su condizionamento di segnale scita in corrente II D I AO Zc I Test finale lezione A0 Fonti Quali sono i parametri fondamentali per un sistema di acquisizione? Cosa si intende per campionamento? Cos è l aliasing? Signal conditioning con amplificatori operazionali Quali sono le i e o ottimali per amplificatori: I,, I I, I Dante Del Corso: Elettronica per telecomunicazioni. Editore: McGraw Hill Edgar P. Casale: data acquisition system fundamentals. Ohio State niversity National Instruments Measurement Computing Prossima lezione (A) Architetture di interconnessione Bus, strutture e protocolli Architetture tipiche di interconnessione ed esempi 47 8

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