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CONTROLLORE DI DIREZIONE - SCHEMA ELETTRICO, ELENCO COMPONENTI

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CONTROLLORE DI DIREZIONE - SCHEMA ELETTRICO, ELENCO COMPONENTI

CONTROLLORE DI DIREZIONE

SCHEMA ELETTRICO

ELENCO COMPONENTI

Quantità

Sigla di riferimento



Valore

Caratteristiche

2

R1, R3

56 KΩ

¼ W

1

R2

33 KΩ

¼ W

2

RD, RD1

220 Ω

¼ W

2

RB, RB1

10 KΩ

¼ W

1

C

1

D

1N4148

Diodo

2

U1, U2

74LS00

NAND

3

P1, P2, P3

Pulsanti



2

S1, S2

BC107B 141f54b npn

BJT

2

D1, D2

Diodi LED

RELAZIONE TECNICA

È stato progettato un controllore di direzione, la cui funzionalità può essere sfruttata per indicare la direzione assunta, per esempio, da un sistema collegato ad un motore elettrico. Tuttavia, per ora, ci limitiamo ad analizzare il funzionamento del controllore con soli segnali elettrici, utilizzando un pulsante per indicare un "movimento" in avanti, uno per indicare un "movimento" indietro ed uno per resettare il circuito.

Possiamo rappresentare il circuito mediante un opportuno schema a blocchi:

Analizziamo pertanto il funzionamento di ciascun blocco.

INGRESSO

In ingresso troviamo, come già detto, tre pulsanti, mediante i quali è possibile resettare il circuito, indicare uno spostamento "avanti" o "indietro". Nel caso in cui azioniamo, ad esempio, la funzione "avanti", per poter passare allo stato "indietro" bisogna prima resettare il circuito, mediante l'apposito pulsante.

CELLE DI MEMORIA

Un ruolo principale nel dispositivo è assunto pertanto dalle celle di memoria, costituite da alcuni latch: si tratta di dispositivi sequenziali in cui l'uscita dipende dai valori presenti in ingresso e dai valori precedenti. Sono, quindi, dispositivi di memorizzazione. Nel nostro caso abbiamo tre latch a porte logiche NAND, con due ingressi per i dati, due uscite e due circuiti di retrazione per ciascuno. Premendo quindi un qualsiasi pulsante, variamo gli stati dei latch, i quali conservano l'informazione e la mantengono fino a quando non ricevono un nuovo comando di commutazione.

PILOTAGGIO

In questo caso, il pilotaggio dei LED in uscita, viene effettuato da due BJT BC107B 141f54b : i BJT, ad emettitore comune, fungono da interruttori chiusi, conducendo, quando sulla base vi è livello logico alto (1), interruttori aperti quando invece vi è livello logico basso (0).

DISPOSITIVO DI USCITA

Il dispositivo di uscita è costituito da due LED di colore differente, che rendono visibile il tipo di  funzione azionata: un LED, acceso, indica che è attiva la funzione "avanti", l'altro indica invece che è attiva quella "indietro".

Osserviamo ora lo schema del circuito, per poter meglio comprenderne le caratteristiche. Si noti che mediante il pulsante P1 azioniamo la funzione "avanti", mediante il pulsante P2 resettiamo le celle di memoria del circuito e con il pulsante P3 azioniamo la funzione "indietro". I pulsanti P1 e P3 sono collegati ad un ingresso di due distinte celle di memoria, mentre il pulsante P2 è collegato al secondo ingresso di entrambe, in quanto il resettaggio deve chiaramente essere comune. Gli ingressi cui vanno i pulsanti P1 e P3 devono poter presentare livello logico alto o basso: proprio per questo, a entrambi gli ingressi, viene realizzato un nodo che da una parte presenta il pulsante collegato a massa, dall'altra un collegamento a Vcc mediante una resistenza, la cui funzione è quella di evitare il cortocircuito al momento dell'azionamento del pulsante. Il valore di tali resistenze viene determinato dal seguente calcolo:

        

Il secondo ingresso di entrambi i latch, collegato al pulsante P2 (che va a massa), presenta una rete costituita da una resistenza, un diodo (collegati a Vcc) e un condensatore (collegato a massa). Il valore di tale resistenza è pari a:

         

Dove con n si indica il numero degli ingressi pilotati, nel nostro caso due.

Le uscite dei due latch sono poi collegate in ingresso ad un terzo latch, dove si ha l'operazione di confronto tra gli stati dei pulsanti. Le due uscite di questo latch vanno poi in ingresso a due porte NAND distinte, cortocircuitate in ingresso, che quindi invertono il segnale ricevuto ai fini del pilotaggio dei BJT. In uscita a tali porte troviamo due resistenze (resistenze di base del BJT) che limitano la corrente che va a circolare nel transistor, per evitarne il danneggiamento. Il loro valore è calcolabile come:

        

Al collettore di entrambi i BJT sono poi collegati i due LED, preceduti da due resistenze limitatrici, di valore:

        

Supponiamo ora di premere il pulsante P1, azionando quindi la funzione "avanti": in ingresso al primo latch avremo allora 0 e 1, e quindi uscita 1; in ingresso al secondo latch abbiamo invece 1-1, quindi condizione di memoria (essendo i nostri latch inizialmente resettati troviamo livello logico basso). In ingresso al terzo latch abbiamo allora 1-0, e pertanto in uscita troveremo 0-1, livelli invertiti successivamente dalle porte NAND in 1-0. Il BJT S1 fungerà allora da interruttore chiuso, mentre S2 da interruttore aperto: il LED D1 sarà acceso, quello D2 sarà invece spento. È così attiva la funzione avanti.

Se supponiamo ora di premere il pulsante P3 per azionare la funzione indietro, noteremo che in ingresso al terzo latch avremo 1-1: si conserva così la condizione precedente, che, abbiamo visto, portava ad avere in uscita a tale latch i livelli 0-1. Il LED D1 rimarrà acceso, quello D2 spento.

Bisogna quindi resettare il circuito, premendo il pulsante P2: in ingresso ai primi due latch avremo quindi 1-0, e alle due rispettive uscite troveremo livello logico basso. Il terzo latch, così, di cui gli ingressi sono entrambi bassi, non è operativo.

Supponiamo ora di premere il pulsante P3: mentre al primo latch troveremo in ingresso 1-1, e quindi uscita pari a quella precedente (0), in ingresso al secondo latch avremo 0-1, quindi uscita alta. Il terzo latch avrà allora in ingresso 0-1, e in uscita 1-0. Tali stati vengono poi invertiti dalle porte NAND  cortocircuitate: sul BJT S1 troveremo allora livello logico basso (interruttore aperto), su S2 livello logico alto (interruttore chiuso): il LED D1 sarà spento, mentre D2 sarà acceso. È così attiva la funzione indietro.

COLLAUDO

A progetto terminato sono state realizzate le elaborazioni principali per giungere al collaudo del lavoro: stesura dello sbroglio, che mostra il progetto per la realizzazione del circuito stampato; master e layout, che mostrano rispettivamente i collegamenti stampati e la disposizione dei componenti.

Successivamente il progetto è stato realizzato sperimentalmente su bread-board. Il tutto è stato visionato con l'ausilio di un tester, per verificare la presenza di eventuali errori o problemi di collegamento, e successivamente collaudato sperimentalmente. Alimentato il circuito, si può verificare realmente il funzionamento dello stesso: premendo il pulsante P1 si è acceso solo il LED D1, premendo successivamente P3 il LED D2 non si è acceso, in quanto il circuito andava prima resettato premendo il pulsante P2; fatto ciò, premendo il pulsante P3 il LED D2 si è acceso. Possiamo così dire che il circuito realizzato funziona correttamente e in accordo a quanto detto nella progettazione.



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