1997 – NUOVO ORDINAMENTO Seconda Prova Scritta: tema di

ESAME DI MATURITA’ TECNICA INDUSTRIALE
Sessione Ordinaria: 1997
– NUOVO ORDINAMENTO
Seconda Prova Scritta: tema di ELETTRONICA GENERALE TELECOMUNICAZIONI
Sopra un nastro che deve scorrere ad una velocità variabile tra 1 e 10 m/sec sono disegnate linee
nere dello spessore di 1 mm e distanziate di 10 cm. Un elemento fotosensibile rileva la presenza delle
linee generando un impulso in corrispondenza di ciascuna di esse. A partire da questa rilevazione si
desidera realizzare un sistema che consenta la rilevazione della velocità in m/s con la precisione di
due decimali e permetta inoltre:
- la sua lettura in ogni momento da parte di un operatore umano,
- l' attivazione di un segnale acustico ed eventualmente di un avviso scritto se la velocità supera il
massimo o scende al di sotto del minimo stabiliti;
- la registrazione ogni 5 minuti dei valori della velocità e la creazione di una tabella con i valori
rilevati in 24 ore;
- la stampa ogni 24 ore della tabella dei valori associati all' ora del loro rilevamento e di un
diagramma che indichi, per intervalli di velocità di un metro al secondo, per quanto tempo nelle 24
ore la velocità si è mantenuta in ciascun intervallo.
Il candidato deve proporre per il sistema richiesto una soluzione che utilizzi componenti o apparati
programmabili. In particolare, formulate le ipotesi aggiuntive che ritiene necessarie, deve:
1. proporre lo schema generale del sistema illustrando la funzione ed il tipo di prestazione richiesta ai
singoli blocchi,
2. proporre una realizzazione, con componenti, apparati e linguaggi di sua conoscenza e discutendo
in particolare i problemi posti dai diversi valori di velocità a cui può scorrere il nastro:
a) della interfaccia destinata alla acquisizione dei dati e del programma che la governa,
b) di almeno un altro blocco di sua scelta oppure del programma per le elaborazioni e le stampe
previste ogni 24 ore.
Traccia di soluzione ⋅
1) Analisi del testo
2) Schema a blocchi complessivo
3) Scelta delle soluzioni tecniche
Il tema richiede specificamente l’utilizzo di un sistema in logica
programmata e in fig. 97.1 è riportato uno schema a blocchi di
massima.
Il quesito che riguarda più specificamente le competenze
elettroniche consiste nel rilevamento della velocità, a partire da
tacche disposte ogni 10 cm sul nastro e l’invio della medesima
al sistema programmato, in modo che renda possibile la lettura
della velocità in m/s, con la precisione di due decimali.
Per questo si ricorre ad una elettronica esterna, che fornisce al
sistema a μP il valore già codificato in forma binaria.
E’ riportato in fig. 97.1
Per il rilevamento di velocità si ricorre al seguente criterio:
- una fotocella rileva le linee nere del nastro e fornisce un
fronte di salita al passaggio bianco Æ nero, ovvero all’inizio di
ciascuna linea;
- i fronti vanno all’ingresso di un flip-flop T positive edge
trigger, la cui uscita commuta da 0 a 1 al passaggio di una
linea e da 1 a 0 al passaggio della successiva;
- lo stato 1 d’uscita del flip-flop abilita il passaggio dei fronti di
un clock ad un contatore;
- al passaggio 0 Æ 1 dell’uscita del flip-flop, il conteggio
termina ed il risultato del contatore viene inviato al μP, che
riceve in questo modo il numero di fronti contati durante il
passaggio di 0,1 m;
- conoscendo il periodo dei fronti di clock ed il numero di fronti
contati in 0,1 m, è possibile risalire alla velocità.
Dai valori limite della velocità (da 1 a 10 m/s) e dall’esigenza di
fornire il risultato con la precisione di due decimali, è possibile
risalire alla frequenza del clock.
In effetti occorre che sia fck = 10 kHz, perché:
1) alla velocità minima di 1 m/s, tra due successive linee,
vengono contati 1.000 fronti;
2) alla velocità massima di 10 m/s vengono contati 100
fronti.
La relazione tra i fronti contati tra due linee e la velocità di
1000
velocità =
n° fronti in m/s
scorrimento del nastro, è:
4) Studio approfondito dei blocchi
In questo modo, il risultato della divisione, effettuata dal
dispositivo in logica programmata, può fornire con una
precisione di due decimali la velocità del nastro in m/s.
Si fa riferimento allo schema di fig. 97.2:
a) generatore di clock: un generatore d’onda quadra con
frequenza 10 kHz si può ottenere mediante una coppia
di porte NOR CMOS (Vol. 3°, par 2.2);
b) buffer triggerato (Vol. 1°, par 6.6.5) : si rende
necessario per squadrare il segnale che proviene dalla
fotocella;
c) flip-flop T (Vol. 1°, par 7.6); : fornisce la “finestra” per il
conteggio dei fronti di clock (1°linea Æ Q = 1; 2° linea
Æ Q = 0; 3° linea Æ Q = 1 e così via);
d) porta AND: costituisce il dispositivo per l’abilitazione al
conteggio dei fronti di clock, che vanno al contatore
quando Q = 1;
e) contatore (Vol. 1°, par 7.6) : fornisce il numero di fronti
di clock contati tra due successive linee; per poter
contare i 1.000 fronti corrispondenti alla velocità
minima, occorre che abbia parola di almeno 10 bit.
Il funzionamento del sistema è asincrono, quindi è opportuno
realizzare un funzionamento in interrupt: il fronte di discesa del
flip-flop T invia una richiesta di interruzione al μP; questo abilita
il buffer d’uscita del contatore, legge il dato e azzera il
contatore, predisponendolo al successivo conteggio.
Si noti in fig. 97.2 la presenza dei due buffer invertenti, che
realizzano un ritardo tra i comandi EN e Reset, in moto da
consentire le due operazioni con un unico segnale da parte del
μP , introducendo un ritardo che rende possibile la lettura del
risultato del conteggio prima dell’azzeramento del medesimo.
Il tempo disponibile per queste operazioni è pari alla distanza
tra due linee, ovvero è di 0,01 s alla velocità massima.
fig. 97.1
fig. 97.2