A.S.E. A.S.E. 3. 3.1 ARCHITETTURA DEI SISTEMI ARCHITETTURA DEI SISTEMI ELETTRONICI ELETTRONICI LEZIONE N° 3 LEZIONE N° 3 • Riepilogo su segnali analogici e segnali digitali Riepilogo su segnali analogici e segnali digitali • Conversione da segnale analogico a segnale numerico Conversione da segnale analogico a segnale numerico • Conversione da segnale numerico a segnale analogico Conversione da segnale numerico a segnale analogico • Classificazione dei Sistemi Elettronici Classificazione dei Sistemi Elettronici • In funzione delle applicazioni In funzione delle applicazioni • In funzione dei tipi di segnali trattati In funzione dei tipi di segnali trattati • Effetti dei disturbi e rumore Effetti dei disturbi e rumore – ------------------------------------------------------------------ ------------------------------------------------------------------ ---------------- ---------------- • Sistema numerico Sistema numerico • Base 2, 3, 4, 5, 8, Base 2, 3, 4, 5, 8, 10 10 , 12, 16 , 12, 16 • Aritmetica binaria Aritmetica binaria
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A.S.E.3.1 ARCHITETTURA DEI SISTEMI ELETTRONICI LEZIONE N° 3 Riepilogo su segnali analogici e segnali digitaliRiepilogo su segnali analogici e segnali digitali.
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Transcript
A.S.E.A.S.E. 3.3.11
ARCHITETTURA DEI SISTEMI ARCHITETTURA DEI SISTEMI ELETTRONICIELETTRONICI
LEZIONE N° 3LEZIONE N° 3• Riepilogo su segnali analogici e segnali digitaliRiepilogo su segnali analogici e segnali digitali• Conversione da segnale analogico a segnale Conversione da segnale analogico a segnale
numericonumerico• Conversione da segnale numerico a segnale Conversione da segnale numerico a segnale
analogicoanalogico• Classificazione dei Sistemi ElettroniciClassificazione dei Sistemi Elettronici
• In funzione delle applicazioniIn funzione delle applicazioni• In funzione dei tipi di segnali trattatiIn funzione dei tipi di segnali trattati
• Effetti dei disturbi e rumoreEffetti dei disturbi e rumore– --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
• Sistema numericoSistema numerico• Base 2, 3, 4, 5, 8, Base 2, 3, 4, 5, 8, 1010, 12, 16, 12, 16• Aritmetica binariaAritmetica binaria
A.S.E.A.S.E. 3.3.22
RichiamiRichiami
• Definizione di SISTEMA ELETTRONICODefinizione di SISTEMA ELETTRONICO• Trasduttori Trasduttori • AMPLIFICATOREAMPLIFICATORE• Equilibrio energetico in un amplificatoreEquilibrio energetico in un amplificatore• Breve storia dell’ElettronicaBreve storia dell’Elettronica• Espansione di un Sistema ElettronicoEspansione di un Sistema Elettronico• Blocchi base costituenti un Elaboratore Blocchi base costituenti un Elaboratore
ElettronicoElettronico• Sistemi di elaborazione numericaSistemi di elaborazione numerica• Segnali analogici e segnali digitaliSegnali analogici e segnali digitali
A.S.E.A.S.E. 3.3.33
Riepilogo (1)Riepilogo (1)
• Segnale AnalogicoSegnale Analogico– Un segnale analogico ha un’ampiezza che Un segnale analogico ha un’ampiezza che
varia in maniera continua nel tempovaria in maniera continua nel tempo
• Segnale campionatoSegnale campionato– Viene “congelato” il valore che il segnale Viene “congelato” il valore che il segnale
analogico assume a intervalli regolari di analogico assume a intervalli regolari di tempotempo
• Segnale numerico 1Segnale numerico 1– Viene assegnato al segnale campionato il Viene assegnato al segnale campionato il
valore numerico relativo all’intervallo di valore numerico relativo all’intervallo di appartenenzaappartenenza
A.S.E.A.S.E. 3.3.44
Riepilogo (2)Riepilogo (2)
• Segnale numerico 2Segnale numerico 2– Al segnale quantizzato si può associare il Al segnale quantizzato si può associare il
valore numerico “codificato” valore numerico “codificato”
• Segnale DigitaleSegnale Digitale– Particolare segnale numerico che può Particolare segnale numerico che può
assumere solo due valori “0” e “1”assumere solo due valori “0” e “1”• Al valore “0” si associa, per esempio, 0 VAl valore “0” si associa, per esempio, 0 V• Al valore “1” si associa, per esempio, 5 VAl valore “1” si associa, per esempio, 5 V
A.S.E.A.S.E. 3.3.55
CodificaCodifica• Un valore numerico può essere Un valore numerico può essere
codificato in un numero N di segnali codificato in un numero N di segnali digitalidigitaliValore Valore
• IngressiIngressi– Natura dei sensoriNatura dei sensori
• In larga parte forniscono segnali analogiciIn larga parte forniscono segnali analogici– Variazione di tensione, correnteVariazione di tensione, corrente– Variazione di resistenza, capacità, induttanza, ….Variazione di resistenza, capacità, induttanza, ….
• Segnali digitali di raggiunta posizioniSegnali digitali di raggiunta posizioni
• UsciteUscite– Natura dell’attuatoreNatura dell’attuatore
• Elaborazioni lineariElaborazioni lineari– AmplificazioneAmplificazione– Somma di segnaliSomma di segnali– Differenza di segnaliDifferenza di segnali– Integrazione, derivazioneIntegrazione, derivazione– FiltraggioFiltraggio
• Elaborazioni non lineari (Numeriche)Elaborazioni non lineari (Numeriche)– Conteggio di impulsiConteggio di impulsi– temporizzazionetemporizzazione– Prodotto, divisione, medie pesate …Prodotto, divisione, medie pesate …
• Generazione di segnali sinusoidali, etc.Generazione di segnali sinusoidali, etc.
A.S.E.A.S.E. 3.3.99
Classificazione in funzione delle Classificazione in funzione delle ApplicazioniApplicazioni
• Sistemi Elettronici per l’AutomobileSistemi Elettronici per l’Automobile• Sistemi Elettronici per le TelecomunicazioniSistemi Elettronici per le Telecomunicazioni• Sistemi Elettronici per il ConsumerSistemi Elettronici per il Consumer• Sistemi Elettronici per per i processi Sistemi Elettronici per per i processi
IndustrialiIndustriali• Sistemi Elettronici per per l’automazioneSistemi Elettronici per per l’automazione• Sistemi Elettronici per la MedicinaSistemi Elettronici per la Medicina• Sistemi Elettronici per l’Elaborazione Sistemi Elettronici per l’Elaborazione
(Office)(Office)
A.S.E.A.S.E. 3.3.1010
Classificazione in funzione del Classificazione in funzione del tipo di ELABORAZIONEtipo di ELABORAZIONE
• Sistemi Elettronici ANALOGICISistemi Elettronici ANALOGICI– AmplificazioneAmplificazione– Interfaccia d’ingresso e d’uscitaInterfaccia d’ingresso e d’uscita
• scopo: processare e trasferire l’informazione fornita scopo: processare e trasferire l’informazione fornita da un ingresso analogico con la minima DISTORSIONEda un ingresso analogico con la minima DISTORSIONE
• Sistemi Elettronici DIGITALISistemi Elettronici DIGITALI– Utilizza i dispositivi elettronici come interruttori Utilizza i dispositivi elettronici come interruttori – I segnali d’ingresso e d’uscita sono impulsiviI segnali d’ingresso e d’uscita sono impulsivi
• Scopo: processare e trasferire l’informazione fornita Scopo: processare e trasferire l’informazione fornita da un ingresso digitale con il minimo errore e la da un ingresso digitale con il minimo errore e la massima velocitàmassima velocità
• Sistemi Elettronici di POTENZASistemi Elettronici di POTENZA– Controllo e conversione dell’energia elettricaControllo e conversione dell’energia elettrica
A.S.E.A.S.E. 3.3.1111
Tipi di segnaliTipi di segnali
• Il modo di realizzare un sistema Il modo di realizzare un sistema elettronico dipende dalle frequenze elettronico dipende dalle frequenze proprie dei segnaliproprie dei segnali– Sistemi per bassa frequenzaSistemi per bassa frequenza– Sistemi per radio frequenzeSistemi per radio frequenze– Sistemi per onde millimetricheSistemi per onde millimetriche
F
c
F
c
Frequenza
m/s) 10(3 luce della Velocità
ondad' Lunghezza8
A.S.E.A.S.E. 3.3.1212
Frequenze tipiche di alcuni Frequenze tipiche di alcuni segnalisegnali
– Agitazione termica degli elettroni in resistenzeAgitazione termica degli elettroni in resistenze– Accoppiamento induttivo o capacitivo con segnali di Accoppiamento induttivo o capacitivo con segnali di
altri sistemialtri sistemi
• Il rumore si somma direttamente al Il rumore si somma direttamente al segnale analogico e quindi lo deteriorasegnale analogico e quindi lo deteriora
• Il rumore viene amplificato insieme al segnaleIl rumore viene amplificato insieme al segnale
v
t
A.S.E.A.S.E. 3.3.1414
Rumore nei Sistemi DigitaliRumore nei Sistemi Digitali
• Il rumore si somma direttamente al segnale Il rumore si somma direttamente al segnale digitale e quindi lo deterioradigitale e quindi lo deteriora
• È possibile ricostruire il segnale definendo gli È possibile ricostruire il segnale definendo gli intervalli entro i quali si attribuisce il valore intervalli entro i quali si attribuisce il valore alto e il valore bassoalto e il valore basso
• 0V > basso > 2 V ; 3 V > alto > 5 0V > basso > 2 V ; 3 V > alto > 5
Architettura di un calcolatoreArchitettura di un calcolatore
A.S.E.A.S.E. 3.3.1717
Sistema DecimaleSistema Decimale
• Il sistema decimale è comunemente Il sistema decimale è comunemente utilizzato nella nostra vita quotidianautilizzato nella nostra vita quotidiana
• Tipico numero decimaleTipico numero decimale
• Esso significaEsso significa
• Ciascun simbolo di questo numero Ciascun simbolo di questo numero rappresenta una quantità intera (8, 7, 2, rappresenta una quantità intera (8, 7, 2, 6,4)6,4)
64.872
21012 104106102107108
01.041.06121071008
04.06.027080064.872
A.S.E.A.S.E. 3.3.1818
Notazione PosizionaleNotazione Posizionale
mnn ddddddN 10121 .
• Per rappresentare una quantità maggiore di Per rappresentare una quantità maggiore di quella associata a ciascun simbolo ( cifra, quella associata a ciascun simbolo ( cifra, digit)digit) si usano più digit per formare un numerosi usano più digit per formare un numero
• La posizione relativa di ciascun digit La posizione relativa di ciascun digit all’interno del numero è associata ad un pesoall’interno del numero è associata ad un peso
• Rappresenta il polinomioRappresenta il polinomiom
mn
nn
n bdbdbdbdbdbdN
1
10
01
12
21
1 .
A.S.E.A.S.E. 3.3.1919
Sistema numerico non Sistema numerico non posizionaleposizionale
• I numeri romani non danno luogo a un I numeri romani non danno luogo a un sistema numerico posizionalesistema numerico posizionale
• Lo stesso simbolo in posizioni diverse Lo stesso simbolo in posizioni diverse assume valori diversi, ma non pesi assume valori diversi, ma non pesi diversi in funzione della basediversi in funzione della base
• EsempioEsempio– I; II; IVI; II; IV
A.S.E.A.S.E. 3.3.2020
Sistema NumericoSistema Numerico• Base (radice)Base (radice)
• Numero di simboli diversi di un sistema numericoNumero di simboli diversi di un sistema numerico
• Digit (Cifra)Digit (Cifra)• ciascun simbolo = DIGIT denota una quantitàciascun simbolo = DIGIT denota una quantità
• Se si usano basi diverse, lo stesso Se si usano basi diverse, lo stesso numero rappresenta quantità diverse in numero rappresenta quantità diverse in funzione della base usatafunzione della base usata
• Si deve quindi indicare la base utilizzataSi deve quindi indicare la base utilizzata
• EsempiEsempi
– bibinary diginary digitt = bit (letterale pezzettino) = bit (letterale pezzettino)
Operazioni aritmetiche di baseOperazioni aritmetiche di base
• Le quattro operazioni aritmetiche di base Le quattro operazioni aritmetiche di base sono:sono:– AddizioneAddizione– SottrazioneSottrazione– MoltiplicazioneMoltiplicazione– DivisioneDivisione
• Tali operazioni sono note in base decimaleTali operazioni sono note in base decimale• Si possono eseguire con la stessa tecnica Si possono eseguire con la stessa tecnica
in qualunque basein qualunque base• Si considera ora il sistema binario e quello Si considera ora il sistema binario e quello
ternario ternario – quello binario è di gran lunga il più importantequello binario è di gran lunga il più importante
A.S.E.A.S.E. 3.3.2424
AddizioneAddizione
• Addizione di due digitAddizione di due digit– Può essere espressa i modo tabellarePuò essere espressa i modo tabellare
• Sistema binarioSistema binario Sistema ternario Sistema ternario
bb
00 11
aa
00 00 11
11 1100
C=C=11
a+ba+baa
00 11 22
bb
00 00 11 22
11 11 2200
C=C=11
2222 00
C=C=11
11C=C=11
a+ba+b
A.S.E.A.S.E. 3.3.2525
Addizione binaria 1Addizione binaria 1
• Somma di due bitSomma di due bit• x + yx + y• s = Sommas = Somma• c = Carry (RIPORTO)c = Carry (RIPORTO)
• EsempioEsempio
xx yy ss cc
00 00 00 00
00 11 11 00
11 00 11 00
11 11 00 11
11 11 11 11
11 00 11 11 00 00 11
11 11 11 00 11 00 11
11 11 00 00 11 11 11 00
carry
89 + 117 = 206addendoaddendosomma
A.S.E.A.S.E. 3.3.2626
Addizione binaria 2Addizione binaria 2
• In caso di numeri frazionari si deve In caso di numeri frazionari si deve allineare il punto allineare il punto binariobinario
• Moltiplicazione di due digitMoltiplicazione di due digit– Può essere espressa i modo tabellarePuò essere espressa i modo tabellare
• Sistema binarioSistema binario Sistema ternario Sistema ternario
bb
00 11
aa00 00 00
11 00 11
a x ba x bbb
00 11 22
aa
00 00 00 00
11 00 11 22
22 00 2211
C=C=11
a x ba x b
A.S.E.A.S.E. 3.3.3535
Moltiplicazione binaria Moltiplicazione binaria
• Prodotto di due bitProdotto di due bit• X x X x YY• P = ProdottoP = Prodotto
• EsempioEsempio
xx yy PP
00 00 00
00 11 00
11 00 00
11 11 1111 0.0. 11 11
11 00 11
11 0.0. 11 11
00 00 0.0. 00
11 00 11 11
11 11 00 1.1. 11 11
2.75 x 5 = 13.75
moltiplicandomoltiplicatore
prodotto
Prodotti parziali
A.S.E.A.S.E. 3.3.3636
Moltiplicazione ternaria Moltiplicazione ternaria
• Prodotto di due digitProdotto di due digit• X x X x YY• P = ProdottoP = Prodotto• C = CarryC = Carry
• EsempioEsempio
xx yy PP CC
00 00 00 00
00 11 00 00
00 22 00 00
11 00 00 00
11 11 11 00
11 22 22 00
22 00 00 00
22 11 22 00
22 22 11 11
22 11 00 22
11 00 22
11 11 22 11 11
00 00 00 00
22 11 00 22
22 22 22 11 11 1165 x 11 = 715
moltiplicandomoltiplicatore
prodotto
Prodotti parziali
A.S.E.A.S.E. 3.3.3737
Divisione binariaDivisione binaria
• Operazione divisione si effettua con Operazione divisione si effettua con moltiplicazioni e sottrazioni multiplemoltiplicazioni e sottrazioni multiple
• Esempio binarioEsempio binario
divisoredividendo
quoziente
resto
11 00 11 00 0.0. 11 11 11-- 11 11 11 11 0.0. 11
11 00 00-- 11 11
00 11 00-- 00 00
11 00 11-- 11 11
11 00
A.S.E.A.S.E. 3.3.3838
Divisione TernariaDivisione Ternaria
• EsempioEsempio
divisoredividendoquoziente
resto
22 00 11 00 11 22-1-1 22 11 00 22
11 1100 0011 11 0011 00 11
22
A.S.E.A.S.E. 3.3.3939
ConclusioniConclusioni
• Conversione A to D e D to AConversione A to D e D to A• Tipi di segnali, Tipi di elaborazioneTipi di segnali, Tipi di elaborazione• Classificazione dei Sistemi ElettroniciClassificazione dei Sistemi Elettronici
• In funzione delle applicazioniIn funzione delle applicazioni• In funzione dei tipi di segnali trattatiIn funzione dei tipi di segnali trattati
• Effetti dei disturbi e rumoreEffetti dei disturbi e rumore• Nei sistemi analogiciNei sistemi analogici• Nei sistemi digitaliNei sistemi digitali
• Sistema numericoSistema numerico• Base 2, 3, 4, 5, 8, Base 2, 3, 4, 5, 8, 1010, 12, 16, 12, 16• Aritmetica binariaAritmetica binaria