Lezione A0. Presentazione del modulo. Richiami su condizionamento di segnale. Elettronica per l informatica

Dimensione: px

Iniziare la visualizzazioe della pagina:

Download "Lezione A0. Presentazione del modulo. Richiami su condizionamento di segnale. Elettronica per l informatica"

Veronica Leone
6 anni fa
Visualizzazioni

1 Elettronica per l informatica 1 Lezione A0 Presentazione del modulo Obiettivi, prerequisiti, contenuti Materiale didattico Sistema di riferimento: sistema di acquisizione dati Richiami su condizionamento di segnale 2

2 Elettronica per l informatica 3 Indice della lezione A0 Presentazione del modulo Obiettivi, prerequisiti, contenuti Materiale didattico Sistema di riferimento: sistema di acquisizione dati Richiami su condizionamento di segnale 4

3 Ruolo 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 5 Obiettivi di questo corso Sviluppare capacità di analisi critica a livello di sistema Impostare ed eseguire una verifica attraverso simulazioni e misure. 6

4 Organizzazione di questo corso 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) Laboratorio guide per lo svolgimento delle esercitazioni (saranno disponibili sul sito) 7 Finestre esterne 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) 8

5 Obiettivi di questa lezione 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 9 Prerequisiti per il modulo 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. 10

6 Contenuti Argomenti raccolti in Unità 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 11 Elettronica per l informatica 12

7 Indice della lezione A0 Presentazione del modulo Obiettivi, prerequisiti, contenuti Materiale didattico Sistema di riferimento: sistema di acquisizione dati Richiami su condizionamento di segnale 13 Materiale didattico Testo su carta: J. Millman, A. Grabel: Microelectronics. Editore: McGraw Hill Dante Del Corso: Elettronica per telecomunicazioni. Editore: McGraw Hill Sito web 14

8 Laboratorio Sono disponibili manuali e guide per le esercitazioni e le relazioni (testo e sito web) 15 Materiale su CDROM 1 Il CDROM contiente materiale didattico supplementare: Esempi di esercizi risolti Note applicative Data sheet Parte di questo materiale viene usata nelle lezioni 16

9 Elettronica per l informatica 17 Indice della lezione A0 Presentazione del modulo Obiettivi, prerequisiti, contenuti Materiale didattico Sistema di riferimento: sistema di acquisizione dati Richiami su condizionamento di segnale 18

Sistema di riferimento Principale applicazione di riferimento: Sistema di acquisizione Un sistema di acquisizione dati sicompone di diverse parti per: sentire variabili fisiche (attraverso dei

10 Sistema di riferimento Principale applicazione di riferimento: Sistema di acquisizione Un sistema di acquisizione dati sicompone 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 19 Sistema di riferimento 20

11 Sistema di riferimento Trasduttori traducono i fenomeni e le grandezze fisiche in segnali elettrici Temperatura Pressione Umidità Luce Forza Spostamento Livello Etc Sistema di riferimento 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 22

12 Sistema di riferimento Schede di acquisizione A/D Segnale di ingresso continuo nel tempo e nelle ampiezze (analogico) digitale (on/off) Campionamento aliasing 23 Sistema di riferimento Schede di acquisizione A/D Range alori (di tensione) max. e min. che il convertitore A/D può quantizzare Selezionabili in maniera hardware o software Risoluzione 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 24

13 Sistema di riferimento Software di acquisizione dati Programmable software Utilizzo 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) 25 Sistema di riferimento 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? 26

14 Sistema di riferimento ANALOG frontend Digital processing PCI controller PCI bus 27 Elettronica per l informatica 28

15 Indice della lezione A0 Presentazione del modulo Obiettivi, prerequisiti, contenuti materiale didattico sistema di riferimento: sistema di acquisizione dati Richiami su condizionamento di segnale 29 Amplificatore Operazionale ideale Tensione di uscita: 1 I U = A d d = A d ( 1 2 ) 2 d I A d U = A d d 30

16 Amplificatore Operazionale ideale Tensione di uscita: 1 I U = A d d = A d ( 1 2 ) 2 d I A d Correnti di ingresso nulle I, I = 0 U = A d d 31 Amplificatore Operazionale ideale Tensione di uscita: 1 I U = A d d = A d ( 1 2 ) 2 d I A d Correnti di ingresso nulle I, I = 0 U = A d d Guadagno A d 32

17 Amplificatore Operazionale ideale Tensione di uscita: 1 I U = A d d = A d ( 1 2 ) 2 d I A d Correnti di ingresso nulle I, I = 0 U = A d d Guadagno A d d = U /A d = 0 33 Circuiti base con operazionali 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 34

18 Amplificatore di tensione La reazione permette di realizzare un amplificatore di tensione con guadagno assegnato (A R ) Ri alta, Ru bassa I A R, Ri, Ru U R β = 2 R 1 R 2 d A d R 1 A R = U I 1 R 1 R = = 2 β R 2 I E R 2 U 35 Amplificatore non invertente U = A d d A d quindi d A d R 1 d = 0, I β = 0 U R 2 I E U U A R 1 = β = I U I R R = 1 2 R I 2 1 R R = = 1 2 β R 2 Il guadagno dipende solo dalle due resistenze R1 e R2 Ri alta, Ru bassa 36

19 Effetto della reazione sui parametri Il guadagno Ar dipende solo da R1/R2 Resistenza di ingresso Ri corrente nulla nel morsetto di ingresso: Ri Resistenza di uscita Ru la frazione di tensione di uscita riportata all ingresso non dipende dal carico: Ru = Circuito di riferimento Av = Ar = R1/R2 1 Ri. R S I 1 =0 I = 1 A, R I, R u = 0 U R L I Ru = 0. Il guadagno dipende solo dalle due resistenze R1 e R2 Ri è alta, quindi il rapporto u/i non dipende da R S Ru è bassa quindi il rapporto u/i non dipende da R L 38

20 Amplificatore invertente Questa configurazione permette di realizzare amplificatoriinvertenti o di transresistenza Ri = R1 Ru bassa I A R, Ri, Ru U I I1 = R A U R 1 = I R 1 = U I 2 I = R R R = R R1 I R2 U 39 Generalizzazione con Z Quanto visto con R vale per Z qualsiasi: I AO 1 Z1 Z2 U I Z1 Z2 AO 1 U U Z1 Z = Z 2 2 I U = Z Z 2 1 I 40

21 ari tipi di amplificatori 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 41 Amplificatori con ingresso in tensione D Ad R1 Uscita in tensione I U R2 E D Ad I U Uscita in corrente I Rc S Rs 42

22 Amplificatori con ingresso in corrente IM Rm II I Uscita in tensione D AO U I 1 R1 I2 R2 Uscita in corrente II D I AO Zc IU 43 Sommario della lezione A0 Presentazione del modulo Obiettivi, prerequisiti, contenuti materiale didattico sistema di riferimento: sistema di acquisizione dati Richiami su condizionamento di segnale 44

23 Test finale lezione A0 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 Ri e Ro ottimali per amplificatori: I,, I I, I 45 Fonti Dante Del Corso: Elettronica per telecomunicazioni. Editore: McGraw Hill Edgar P. Casale: data acquisition system fundamentals. Ohio State University NationalInstruments Measurement Computing 46

24 Prossima lezione (A1) Architetture di interconnessione Bus, strutture e protocolli Architetture tipiche di interconnessione ed esempi 47

Documenti analoghi

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

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