MECCATRONICA Modulo 12: Interfacce Manuale (concetto) Dr.-Ing. Gabriele Neugebauer Matthias Römer np neugebauer und partner ohg, Germania Concetto europeo per la Formazione Continua in Meccatronica di personale esperto nella produzione industriale globalizzata Progetto UE no. 2005-146319 Minos, durata dal 2005 al 2007 Progetto UE no. DE/08/LLP-LdV/TOI/147110 MINOS ++, durata dal 2008 al 2010 Il presente progetto è finanziato con il sostegno della Commissione europea. L autore è il solo responsabile di questa pubblicazione (comunicazione) e la Commissione declina ogni responsabilità sull uso che potrà essere fatto delle informazioni in essa contenute. www.minos-mechatronic.eu
Partners per la creazione, valutazione e diffusione dei progetti MINOS e MINOS**. - Chemnitz University of Technology, Institute for Machine Tools and Production Processes, Germany - np neugebauer und partner OhG, Germany - Henschke Consulting, Germany - Corvinus University of Budapest, Hungary - Wroclaw University of Technology, Poland - IMH, Machine Tool Institute, Spain - Brno University of Technology, Czech Republic - CICmargune, Spain - University of Naples Federico II, Italy - Unis a.s. company, Czech Republic - Blumenbecker Prag s.r.o., Czech Republic - Tower Automotive Sud S.r.l., Italy - Bildungs-Werkstatt Chemnitz ggmbh, Germany - Verbundinitiative Maschinenbau Sachsen VEMAS, Germany - Euroregionala IHK, Poland - Korff Isomatic sp.z.o.o. Wroclaw, Polen - Euroregionale Industrie- und Handelskammer Jelenia Gora, Poland - Dunaferr Metallwerke Dunajvaros, Hungary - Knorr-Bremse Kft. Kecskemet, Hungary - Nationales Institut für berufliche Bildung Budapest, Hungary - Christian Stöhr Unternehmensberatung, Germany - Universität Stockholm, Institut für Soziologie, Sweden Articolazione del materiale didattico Minos : moduli 1 8 (manuale, soluzioni e esercizi): Conoscenze fondamentali/ competenze interculturale, gestione del progetto/ tecnica pneumatica/ azionamenti elettrici e controlli automatici/ componenti meccatronici/ sistemi meccatronici e funzioni/ attivazione, sicurezza e teleservizio/ manutenzione remota e diagnosi Minos **: moduli 9 12 (manuale, soluzioni e esercizi): Prototipazione Rapida/ robotica/ migrazione/ Interfacce Tutti i moduli sono disponibili nelle seguenti lingue: tedesco, inglese, spagnolo, italiano, polacco, ceco e ungherese Per ulteriori informazioni si prega di contattare Dr.-Ing. Andreas Hirsch Technische Universität Chemnitz Reichenhainer Straße 70, 09107 Chemnitz Tel.: + 49(0)0371 531-23500 Fax.: + 49(0)0371 531-23509 Email: minos@mb.tu-chemnitz.de Internet: www.tu-chemnitz.de/mb/werkzmasch oder www.minos-mechatronic.eu
Interfacce Minos Contenuto 1 Interfacce... 7 1.1 Introduzione... 7 1.2 Alimentazione elettrica... 8 1.2.1 Spina euro... 8 1.2.2 Spina shock-proof ( shuko )... 9 1.2.3 Spine in Gran Bretagna...11 1.2.4 Spine in Svizzera... 12 1.2.5 Spine in Nord America... 13 1.2.6 Altri sistemi... 14 1.2.7 Connettori... 15 1.2.8 Lampade... 19 1.2.9 Batterie... 21 2 Interfacce per computer... 23 2.1 Introduzione... 23 2.1.1 Concetti di base... 24 2.2 Interfacce esterne per computer... 25 2.2.1 Porte di connessione per stampanti... 25 2.2.2 Interfaccia seriale... 27 2.2.3 Porte per tastiera e mouse (PS/2)... 29 2.2.4 Interfaccia USB... 31 2.2.5 Interfaccia FireWire... 34 2.3 Connessioni per monitor... 36 2.3.1 VGA... 36 2.3.2 Interfaccia DVI... 38 2.3.3 Interfaccia HDMI... 40 2.3.4 Interfaccia DisplayPort... 41 2.4 Interfaces de interior... 42 2.4.1 Alimentazione... 42 2.4.2 Porte ISA... 44 2.4.3 Porta PCI... 45 2.4.4 Interfaccia PCI-Express... 47 2.4.5 Altre interfacce per le porte di espansione... 48 2.4.6 PCMCIA... 49 2.4.7 Porte e connessioni per unità a disco... 50 2.4.8 Connessione IDE per unità hard disk... 52 2.4.9 Interfaccia Seriale ATA... 54 2.4.10 Interfaccia esata... 56 2.4.11 Interfaccia SCSI... 57 2.4.12 Interfaccia Serial Attached SCSI... 59 3
Minos Interfacce 2.5 Interfacce Audio... 66 2.5.1 Trasmissione analogica del suono... 66 2.5.2 Trasmissione digitale dell audio... 69 2.6 Interfacce video... 70 2.6.1 Interfaccia video composito... 70 2.6.2 Interfaccia S-video... 71 2.6.3 Interfaccia SCART... 72 2.6.4 Interfaccia video a componenti... 73 2.7 Interfacce di rete per computer... 74 2.7.1 Interfaccia Ethernet... 74 2.7.2 Interfaccia WLAN... 76 2.7.3 Interfaccia Bluetooth... 78 2.7.4 Interfaccia IrDA... 80 2.8 Interfacce telefoniche e internet... 81 2.8.1 Telefoni analogici... 81 2.8.2 Rete ISDN... 83 2.8.3 Sistema DECT... 84 2.8.4 Telefonia mobile... 84 2.8.5 Sistema UMTS... 86 2.8.6 Rete WiMAX... 86 2.8.7 Sistemi DSL... 87 3 Interfacce di Software... 88 3.1 Interfacce di programmazione... 88 3.2 Protocolli Internet... 89 3.3 Standard Universal Plug and Play... 90 4 Interfacce uomo-macchina... 91 4.1 Tastiera... 91 4.2 Mouse... 93 4.3 Monitor per computer... 96 4.3.1 Interfacce utente a simboli... 96 4.3.2 Interfacce utente grafiche... 97 4.4 Interfacce vocali... 98 4.5 Progettazione delle interfacce... 99 4
Interfacce Minos Elenco delle figure Figura 1.1: Spina euro... 8 Figura 1.2: Spina sagomata e spina shock-proof... 9 Figura 1.3: Spina shock-proof con e senza il contatto addizionale di protezione... 10 Figura 1.4: Spina utilizzata in Gran Bretagna...11 Figura 1.5: Spina utilizzata in Svizzera con adattatore... 12 Figura 1.6: Spina utilizzata in Nord America... 13 Figura 1.7: Esemplare di adattatore di spine da viaggio... 14 Figura 1.8: Connettori per basse ed alte temperature... 15 Figura 1.9: Connettore per ferro da stiro... 16 Figura 1.10: Spina e connettore a trifoglio... 17 Figura 1.11: Connettore piccolo e connettore da rasoio... 18 Figura 1.12: Lampade ad incandescenza con attacco E27, E14 ed E10... 19 Figura 1.13: Lampade alogene per attacco GU10 e per attacco a cappello... 20 Figura 1.14: Batterie al litio mini, mignon, micro e pile a bottone... 21 Figura 2.1: Cavo per stampante... 25 Figura 2.2: Chiavette per interfaccia parallela... 26 Figura 2.3: Cavi per l interfaccia seriale RS-232... 27 Figura 2.4: Mouse con connettore D-Sub a 9-piedini... 28 Figura 2.5: Porte PS/2 del computer... 29 Figura 2.6: Disposizione dei contatti di una presa mini-din... 30 Figura 2.7: Cavi USB con spine tipo A, tipo B e mini... 31 Figura 2.8: Trasmissione differenziale dei dati... 32 Figura 2.9: Cavi FireWire con spine a 4 ed a 6 piedini... 34 Figura 2.10: Cavo VGA e connettori BNC... 36 Figura 2.11: Adattatori Mini-VGA / VGA... 37 Figura 2.12: Presa DVI... 38 Figura 2.13: Adattatore DVI / VGA... 39 Figura 2.14: Cavo HDMI... 40 Figura 2.15: Spina di connessione dell alimentatore alla piastra madre... 42 Figura 2.16: Cavi per l alimentazione di unità drive... 43 Figura 2.17: Scheda di espansione ISA... 44 Figura 2.18: Scheda d espansione PCI... 45 Figura 2.19: Cavo per la connessione di unità a floppy disk... 50 Figura 2.20: Linee incrociate del cavo di connessione per unità a floppy disk... 51 Figura 2.21: Cavo di connessione IDE... 53 Figura 2.22: Unità hard disk con interfaccia SATA... 54 Figura 2.23: Unità con una presa esata... 56 Figura 2.24: Cavo di connessione per l interfaccia SCSI... 57 Figura 2.25: Moduli di memoria SIMM, PS/2-SIMM e SD-RAM... 60 Figura 2.26: Modulo di memoria SO-DIMM... 63 Figura 2.27: Socket 7 y Pentium de Intel... 65 Figura 2.28: Cavo RCA... 66 Figura 2.29: Differenti connettori DIN e Mini-DIN... 67 5
Minos Interfacce Figura 2.30: Connettori jack da 6.35 mm stereo e da 3.5 mm con quattro contatti... 68 Figura 2.31: Cavo con connettore RCA per video composito... 70 Figura 2.32: Cavo S-Video... 71 Figura 2.33: Connettore SCART... 72 Figura 2.34: Prese per segnale video a componenti... 73 Figura 2.35: Adattatore Ethernet per 10Base2 e Twisted Pair... 74 Figura 2.36: Unità switch Ethernet... 75 Figura 2.37: Antenna WLAN... 77 Figura 2.38: Interfaccia IrDA di un telefono cellulare... 80 Figura 2.39: Presa telefonica NFN e spina F utilizzate in Germania... 81 Figura 4.1: Tastiera per computer con la disposizione dei tasti utilizzata in Germania... 91 Figura 4.2: Tastiera di computer portatile... 92 Figura 4.3: Mouse a più tasti e con un solo tasto... 93 6
Interfacce Minos 1 Interfacce 1.1 Introduzione Un interfaccia è richiesta ogni qualvolta sistemi diversi devono comunicare tra loro. La parola inglese interface deriva dal latino inter (tra) e facies (strutture, forme). Per realizzare la comunicazione tra due sistemi è indispensabile che questi condividano la stes-sa interfaccia. Ciò indipendentemente dal modo in cui l informazione scambiata attraverso l in-terfaccia viene effettivamente elaborata all interno di ciascun sistema. Le interfacce sono soggette a diversi standard, allo scopo di garantire una comunicazione esen-te da errori tra i sistemi. Innanzitutto dobbiamo distinguere tra la comunicazione tra apparecchiature e la comunicazione tra apparati e l operatore umano. Il primo caso è classificato come interfaccia macchina-macchina (MMI) mentre il secondo è de-finito nella categoria interfaccia uomo-macchina (HMI). Il ruolo delle interfacce è di primaria importanza nell informatica. Le interfacce hardware connettono tra loro parti distinte del computer. Questo consente di com-binare insieme in maniera intercambiabile componenti di diversi produttori. Le interfacce hardware innanzitutto veicolano segnali elettrici, ma, ovviamente, anche le dimensioni fisiche delle parti da connettere devono combaciare. LE interfacce software connettono diversi programmi del computer tra loro; tra questi c è anche il sistema operativo che può scambiare dati con i programmi utente. Una menzione a parte merita il caso delle interfacce di rete, che permettono a computer diversi di comunicare tra loro, che sono realizzate con una speciale combinazione di caratteristiche hardware e software. Delle interfacce sono richieste anche per la comunicazione tra uomo e computer. Questo tipo d interfacce dovrebbero consentire operazioni intuitive e possibilmente bassi requisiti di adde-stramento. 7
Minos Interfacce 1.2 Alimentazione elettrica Un esempio d interfaccia di uso quotidiano è quella per l alimentazione di un qualsiasi apparec-chio elettrico: la spina è connessa ad una presa a muro. Il voltaggio nominale di 230V è utiliz-zato in Europa ed in molte altre nazioni. Tuttavia le spine e le prese differiscono per dimensioni e forma. Innanzitutto bisogna distinguere tra spine con due e tre connettori (detti reofori). Per la trasmis-sione della potenza elettrica sono necessari due conduttori; il terzo ha funzioni di protezione di sicurezza. 1.2.1 Spina euro La spina euro ha due conduttori, leggermene convergenti alle estremità. Questo consente di fissare saldamente la spina ad una presa a muro. I reofori hanno un diametro di 4 mm e per circa la metà della loro lunghezza sono isolati. Il dia-metro della parte isolata mediante un rivestimento in materiale plastico è inferiore a quello delle estremità di contatto. Le spine euro consentono la circolazione di correnti fino a 2.5 A; dal momento che non è previ-sto un conduttore di protezione le apparecchiature connesse mediante spine euro devono avere un isolamento di sicurezza. Esempi tipici sono le lampade ed apparecchi elettrici vi bassa po-tenza. Le spine euro possono essere utilizzate in molti paesi europei, inclusa la Svizzera, grazie al loro ristretto ingombro. Figura 1.1: Spina euro 8
Interfacce Minos 1.2.2 Spina shock-proof ( shuko ) Le cosiddette spine shock-proof, o spine di sicurezza, sono ampiamente utilizzate in Europa. Entrambi i reofori hanno un diametro pari a 4.8 mm che è leggermente maggiore di quello della spina euro. Da ambedue i lati della spina ci sono zone di contatto per il conduttore di protezio-ne. La presa ha due contatti a molla nelle parti corrispondenti. Quando viene inserita la spina prima vengono collegati i contatti di protezione e poi i reofori sono posti in collegamento con i conduttori della presa. La presa sagomata ha una forma simile ma manca dei contatti di protezione: viene prevista con apparecchiature che hanno un assorbimento elettrico maggiore di quello ammissibile per l euro-plug, come gli aspirapolvere, ad esempio. A differenza della spina euro, questa spina non può essere utilizzata in tutti i Paesi, ad esempio in Svizzera, a causa delle maggiori dimensioni esterne e dei reofori più spessi. I reofori della spina hanno infatti un diametro maggiore per poter condurre una corrente più alta; per questo stesso motivo non sono coperti da isolante, che richiederebbe una riduzione del diametro. Queste spine e le spine di sicurezza possono condurre correnti fino a 16 A alla ten-sione di 230 Volt. Figura 1.2: Spina sagomata e spina shock-proof 9
Minos Interfacce Nel sistema di sicurezza elettrica francese è previsto che il contatto di sicurezza della presa a muro sporga dalla presa. Tali prese possono essere utilizzate solo con spine che hanno un foro nel corrispondente contatto di sicurezza. Le spine con i contatti di sicurezza laterali possono essere utilizzate con le prese senza questo contatto di sicurezza. Il contatto di sicurezza nel sistema francese ha lo scopo d impedire l inversione delle polarità; infatti le spine non possono essere collegate ruotate di 180, come invece è possibile, ad e-sempio, con le spine euro. Questo offre il vantaggio che il contatto della fase non viene mai scambiato con quello del neu-tro tra la presa e la spina e quindi, ad esempio, che la fase sia sempre connessa al contatto di estremità inferiore di una lampadina e non alla ghiera esterna. Attualmente spine specifiche per il sistema francese così come spine senza il foro per il contatto di sicurezza sono utilizzate molto di rado. Praticamente tutte le spine di sicurezza hanno il foro in addizione, che viene connesso al conduttore di sicurezza. Ciò consente di utilizzare tale tipo di spine anche in Francia. 10 Figura 1.3: Spina shock-proof con e senza il contatto addizionale di protezioneadicional
Interfacce Minos 1.2.3 Spine in Gran Bretagna Le spine utilizzate in Gran Bretagna sono piuttosto grandi: i reofori hanno una sezione quadrata e quello di sicurezza sporge dalla spina formando un triangolo con gli altri due. Grazie a questa disposizione dei contatti la spina è preservata da cambi di polarità ed una volta connessa alla presa di sicurezza il cavo si trova sempre dal lato inferiore. Ogni connettore è dotato di protezione dal momento che le prese a muro in Gran Bretagna hanno un cablaggio ad anello: la linea di alimentazione parte dalla scatola dei fusibili e connette tutte le prese in serie prima di ritornare alla scatola dei fusibili. Pertanto una presa ha due vie per ricevere l alimentazione. Al contrario nel resto dell Europa è comunemente adottato il cablaggio a stella. Ciascun cavo è dotato di protezione, generalmente da 10 A o 16 A di corrente. Diversamente l anello ha una protezione da 32 A allo scopo di fornire con sufficiente potenza tutte le utenze. Dal momento, però, che questa corrente è troppo elevata per le singole utenze, ciascuna apparecchiature connessa alla rete deve essere dotata di una sua protezione nella spina. I fusibili comunemente utilizzati per questa protezione hanno specifiche da 3 A, 5 A o 13 A di corrente. Figura 1.4: Spina utilizzata in Gran Bretagna 11