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L'elettronica

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La scheda Output

Cerca sul web, sulle riviste,chiedi consigli sui newsgroup di elettronica, tutti gli schemi per la gestione di carichi col computer hanno una caratteristica comune, utilizzano la porta parallela (assente sul mio Mac), al massimo fanno una conversione del segnale di una porta seriale in parallelo.
Considerando che moltissime periferiche comunicano via seriale con il computer ho pensato che ci deve essere il modo di realizzare una scheda output con ingresso seriale senza fare la conversione seriale/parallelo.
Partendo da questo concetto ecco la mia intuizione:

Il segnale in uscita da una porta seriale é una successione di impulsi positivi e negativi, ogni gruppo di 10 (8 di dati e 2 di gestione della comunicazione) definisce un byte, ovvero un carattere secondo il seguente schema:

La successione dei byte crea la trasmissione seriale.
Nel disegno vedete un byte dove il segnale passa dal livelo basso al livello alto 4 volte, differenti byte avranno un differente numero di passaggi basso/alto, da un minimo di 1 ad un massimo di 4. Una successione di byte avrà quindi un numero di passaggi basso/alto da un minimo di 1(un byte con un solo passaggio basso/alto) ad infinito (molti byte con molti passaggi basso/alto).
Ipotizziamo un circuito con una fila di 10 led nei quale ad ogni passaggio basso/alto del segnale al suo ingresso un contatore spegne il led precedente ed accende il seguente come questo schema a blocchi:

Vedremo un numero "n" di led accendersi in successione in base al numero e tipo di byte trasmesso dalla seriale.
Se con una rete di ritardo resettiamo il sistema ogni trasmissione é slegata dalla precedente, altrimenti avremo necessità di un numero infinito di led.
Spiego con un esempio, aplicamio un led ad ogni uscita, se trasmetto dalla seriale i caratteri "gv" si vedranno i led 1-2-3-4 accendersi in successione, resettato il sistema se trasmetto i caratteri "RB" si vedranno i led da 1-2-3-4-5 accendersi in successione.
Una velocità tipica della porta seriale é 9600 bps, ovvero 9600 bit al secondo, quindi nell'arco di 1 millisecondo possiamo accendere la successione di led 1-2-3-4-5.
Ipotizziamo che il ritardo Δt che provoca il reset del contatore sia tarato su 3 secondi, i led 1-2-3-4 rimarranno accesi per 0,0002 sec l'uno, il led 5 rimarrà acceso per 2,9992 sec.
Ponete adesso una rete di ritardo tra il contatore ed ogni led di 0,1sec

i led 1-4 non si accenderanno minimamente, il led 5 si accenderà per 2,8992 sec.
Quindi é possibile accendere un solo led alla volta e per di più definire quale led accendere.
Sostituite i led con altrettanti relé, il relé in quanto componente meccanico ha un ritardo di eccitazione ben superiore ad 0,0002 sec ma inferiore a 2,8992 sec, quindi possiamo fare a meno della rete di ritardo a monte di ogni led.
Come vedede in questo modo possiamo attivare esclusivamente il carico collegato al relé che ci


La scheda Output, notare la presenza di 1 solo integrato , il CD4017

interessa senza effettuare la conversione seriale/parallelo. Considerate anche che possiamo trasmettere dalla seriale il numero di caratteri che vogliamo, quindi ponendo in successione più circuiti simili al primo possiamo avere un numero elevatissimo di uscite (possiamo raggiungere l'uscita 1000 in 0,25 sec.), con la conversione seriale/parallelo l'aumento di uscite é realizzabile solo a fronte di un aumento della complessità del circuito.
Ad ulteriore semplificazione c'é da dire che un integrato che accende in successione una fila di led esiste già, é il CD4017.
Se la condizione monostabile dei relé é un problema basta applicare in cascata un relé passo-passo o un flipflop set-reset, con un primo impulso attivo il relé, con il secondo lo disattivo.

Download pdf schema e circuito stampato della Scheda Output

 

La scheda Input

Continua a cercare sul web, riviste ecc, le schede input sono ancora più rare e complesse, inoltre o utilizzo la porta parallela (comunque assente nel 4400) o faccio una conversione parallelo/seriale.
Volendo continuare con la filosofia della scheda output (evitare la conversione parallelo/seriale) dovevo realizzare un circuito nel quale gli ingressi erano identificati da un segnale seriale.
Torniamo al concetto base, la trasmissiane seriale é un susseguirsi di impulsi i quali, a gruppi di 10, formano i byte del segnale vero e proprio, se prendiamo il byte dell'esempio precedente

quello rappresentato é una "j".
Per normative il bit START é sempre basso e quello di STOP é sempre alto, gli altri 8 sono in funzione del carattere da trasmettere e tra di questi vi é il carattere "" (mela) che ha i bit 1-2-3-4 bassi e 5-6-7-8 alti, come in figura:

ipotizziamo una successione di caratteri , il segnale sarà come in figura:

Come ho gia detto una velocità tipica della porta seriale é 9600 bps, quindi 960 byte al secondo.
Immaginate ora un segnale ad onda quadra a 960 Hz e duty cycle al 50%, avrà questo aspetto:

come vedete il segnale é identico alla successione di byte , possiamo quindi dedurre che applicando l'uscita di un oscillatore con queste caratteristiche alla porta seriale il computer interpreterà il segnale come una successione di caratteri .
Facciamo un passo indietro, abbiamo visto come sia facile contare i passaggi basso/alto di un segnale, nel carattere vi é un solo passaggio basso/alto, quindi il numero di passaggi basso/alto coincide con il numero di byte .
Adesso guardate questo schema a blocchi:

Un segnale ad onda quadra di un oscillatore a 960 Hz e duty cycle al 50% é applicato all'ingresso di un contatore ed alla porta seriale del computer.
Una delle uscite del contatore (nell'esempio il 5) é applicata al reset dell'oscillatore, quindi effettuate 5 oscillazioni complete l'oscillatore si arresterà. Sulla porta seriale giungera un segnale interpretato come una successione di caratteri , per la precisione 5.


La scheda Input, anche se maggiormente complessa della scheda Output il numero dei pezzi rimane esiguo


Abbiamo quindi una corrispondenza diretta tra il numero della porta del contatore ed il numero di byte ricevuti dal computer. La solita rete di ritardo resetta il sistema.
Ponendo in successione più contatori é possibile scandagliare 960 ingressi in un secondo, un numero enorme per i miei scopi.
Lo scopo é raggiunto, avere degli ingressi digitali senza operare la conversione parallelo/seriale.

Download pdf schema e circuito stampato della Scheda Input

Direi che l'elettronica é definita, i circuiti sono estremamente semplici e non danno problemi nella loro realizzazione, adesso serve un software che gestisca il tutto.

 

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