1 – Appunti veloci : concetti base di Elettronica Digitale.

In elettronica i circuiti possono lavorare fondamentalmente con due tipi di segnali, ed in funzione di questi possiamo avere i circuiti analogici ed i circuiti digitali.

I primi, cioè i circuiti analogici utilizzano per il loro funzionamento i segnali analogici, ovvero quei segnali che variano con continuità nel tempo assumendo tutti i valori compresi in un intervallo di tempo.

Mentre i circuiti digitali, utilizzano i segnali digitali, cioè quei segnali che non variano continuamente e possono assumere determinati valori. Come nel caso del classico segnale digitale ovvero quello binario al quale si associa il valore di 0 oppure di 1.

Di seguito una rappresentazione grafica dei segnali indicati ..

La conversione analogico-digitale.

Il sistema di conversione fornisce in uscita segnali digitali di tipo binario, con la stessa informazione dei segnali analogici originari. Il numero binario esprime in ogni istante il singolo segnale analogico corrispondentemente all’ampiezza del segnale analogico in quell’istante.

Campionamento.

Ovvero campionare il segnale ad una frequenza di campionamento fc, significa prelevare l’ampiezza del segnale a istanti stabiliti con periodicità fissa, ottenendo un segnale che negli istanti di campionamento ha la stessa ampiezza del segnale in origine, ma che in istanti diversi assume valore nullo.

La frequenza di campionamento fc, deve essere elevata per avere i campioni abbastanza vicini in modo da fornire una ricostruzione del segnale perfetta. Quindi si può esprimere negli istanti di campionamento, l’ampiezza del segnale in forma numerica o meglio in forma binaria con un numero di bit scelto in virtù della precisione che si vuole ottenere,

Ovviamente è possibile il processo inverso, si può ottenere un segnale analogico, filtrando opportunamente un segnale digitale eliminando con il filtro la discontinuità del segnale digitale. Perché il segnale analogico possa essere campionato senza perdere l’informazione è necessario che la fc rispetti il teorema di Shannon fc ≥2 fmax ovvero la frequenza di campionamento deve essere maggiore o uguale del doppio della frequenza massima del segnale da campionare. fmax è la massima componente in frequenza del segnale analogico in cui la sua ampiezza non vi sia trascurabile. Ad esempio la frequenza audio umana di ascolto è compreso fra i 20 Hz ed i 20 kHz per campionare un segnale audio necessita di una frequenza di campionamento pari a 2x20kHz ovvero di 40 kHz o superiore.

Sistemi digitali

Logica cablata = insieme di dispositivi elettronici collegati tra loro per ottenere un funzionamento, non sono flessibili e non sono modificabili.

Logica programmata 1°tipo = si utilizzano dispositivi elettronici il cui funzionamento può essere determinato in fase costruttiva o poi dall’utente con programmatori, sono molto flessibili.

Logica programmata  2° tipo = permettono di utilizzare sempre lo stesso dispositivo, microprocessore o microcontrollore per elevata complessità, la funzione svolta dipende dal programma inserito in memoria, sono più lenti e costano.

Circuiti combinatori

Sono i più semplici, assegnano un valore di uscita in funzione dei valori in ingresso nello stesso momento. Hanno il limite in quanto le uscite dipendono solo da quello che c’è in ingresso in quell’istante, cioè non tengono conto delle condizioni precedenti.

Esempio di circuito combinatorio di una tastiera di una calcolatrice ..

Circuiti sequenziali.

In questi circuiti la risposta non dipende solo da quello che è presente in ingresso ma anche da quello che è avvenuto in precedenza. Di seguito rappresentato l’esempio di funzionamento di un circuito sequenziale di gestione di un parcheggio.

La scheda magnetica utilizzata per l’accesso al parcheggio viene letta da un lettore adatto, che fornisce ad un circuito combinatorio il suo codice binario. Riconosciuto il codice abilitato questi fornisce un uscita ad 1 ed apre la sbarra di accesso al parcheggio, il sensore di ingresso  rileva la presenza del veicolo e fornisce un segnale binario a 1 al contatore che incrementa l’unità, e una vettura letta dal sensore di uscita fornisce un valore 1 al contatore che decrementa. Noto il valore massimo delle vetture che il parcheggio ospita se il contatore lo raggiunge comanda ad 1 il display che fornisce l’informazione esaurito, diversamente lo comanda in condizione di aperto. Quindi il sistema parcheggio, opera con variabili di tipo binario e circuiti in forma digitale, o meglio circuiti combinatori. Il contatore non ha un comportamento combinatorio in quanto la sua uscita dipende anche dal valore precedente quindi è di tipo sequenziale.

Riassumendo i circuiti digitali possono essere fondamentalmente combinatori e sequenziali.

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