Clock

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In fase di sviluppo Stesura preliminare In fase di sviluppo

Spesso un circuito digitale necessita di un clock per sincronizzare le varie parti di cui è composto. In questa pagina vediamo alcune soluzioni circuitali che possono essere realizzate usando una breadboard.

Al fine di garantire le migliori prestazioni è necessario:

Trigger di Schmitt

Un  generatore di onda quadra può essere realizzato con un inverter con ingresso a trigger di Schmitt, una resistenza (indicativamente da 1 kΩ a 100 kΩ) ed un condensatore (indicativamente da 100 pF a 100 µF).

Astabile con trigger di Schmitt

La frequenza del segnale generato dipende esclusivamente (o quasi: nota 1) dal valore di C e di R:

f ≈ 1 / ( R · C )

74HX14 su breadboard

Di seguito quanto visibile sullo schermo di un Picoscope; in blu l'uscita digitale della porta, in rosso l'ingresso:

Ingresso ed uscita

Due domande:

Usare tre (o cinque) inverter

Consideriamo il seguente circuito (nota 4) costituito da tre inverter oppure da tre inverter con ingresso a trigger di Schmitt:

Quesiti:

Il seguente diagramma temporale è stato ottenuto con un integrato 74HC14 alimentato a 3.3 V:

Cinque inverter

Di seguito un generatore di onda quadra costituito da cinque inverter con ingresso a trigger di Schmitt ed il il grafico che mostra tutte le loro uscite. Si può ben osservare il tempo di propagazione.

Arduino

Arduino permette di generare segnali segnali di clock, anche se con una frequenza piuttosto bassa.

Un primo modo può essere quello di alternare nel loop() le funzioni che impostano alto e basso un pin. Qui un esempio.

In alternativa è possibile usare la modalità PWM (Pulse Width Modulation, modulazione a larghezza di impulso), disponibile su alcuni pin e controllabile dall'hardware attraverso la funzione AnalogWrite() (nota 3).

Di seguito un esempio di codice e le corrispondenti uscite:

Segnali PWN in uscita ad Arduino

Tre domande:

NE555

NE555 è un circuito integrato piuttosto vecchio ancora utilizzato per generare onde quadre e molto altro; nei fogli tecnici (da cercare su internet) sono disponibili numerosissimi impieghi che ne hanno fatto uno dei circuiti integrati più popolari nella storia dell'elettronica.

Oscillatori al quarzo

Rispetto agli altri oscillatori descritti in questa pagina, l'uso di un cristallo di quarzo permette al segnale generato di essere stabile nel tempo ed accurato nella frequenza. In genere è la scelta preferita anche se il cristallo di quarzo:

L'uso potrebbe essere non banale se si vogliono ottenere prestazioni elevate, ma per circuiti digitali ordinari il circuito di riferimento è piuttosto semplice. La frequenza del clock dipende (quasi) esclusivamente dal tipo quarzo utilizzato. Di seguito lo schema di riferimento, adatto per cristalli di qualche MHz.Il valore dei singoli componenti non è critico e potrebbe essere un po' modificato per meglio adattarsi al quarzo utilizzato

Oscillatore a cristallo

Tempo di propagazione

Il tempo di propagazione di una porta logica dipende dal tipo di porta logica e dalla tensione di alimentazione. di seguito entrata ed uscita di un inverter, viste sia in modalità analogica (In alto) che digitale (in basso).

L'ingresso è stato ottenuto con uno qualunque dei circuiti presentati in questa pagina.

Alea statica

Consideriamo il seguente circuito:

Porta XOR

L'ingresso è D1 e l'uscita D2; in base alle tabelle di verità, D2 dovrebbe essere sempre uno, ma questo non succede...

I grafici seguenti mostrano i due ingressi della porta XOR (D0 e D1, blu e rosso) e l'uscita (D2, verde). Qui una spiegazione.

Note

  1. La frequenza ottenuta dipende anche da un fattore correttivo compreso indicativamente tra 0.6 e 1.2 in funzione della tensione di alimentazione. Per i dettaglio potete consultare i fogli tecnici del componente utilizzato
  2. Se si realizza il circuito su breadboard questo accorgimento potrebbe essere inutile o addirittura controproducente. Utile verificare con un oscilloscopio la tensione di alimentazione
  3. La frequenza è fissa e dipende dal pin utilizzato. TON e TOFF possono essere invece impostati. Si noti inoltre che, malgrado il nome della funzione, l'uscita non è analogica, ma digitale
  4. Questo circuito non è simulabile con Deeds, come del resto gli altri presenti in questa pagina
  5. Praticamente nessuno dei produttori pubblica il tempo di propagazione quando l'alimentazione è 3.3 V. Se necessario, può essere stimato con un confronto con i valori più vicini, tenendo conto che nei circuiti CMOS tensione di alimentazione e velocità dono direttamente proporzionali, o quasi


Pagina creata nel novembre 2020. Ultima modifica: 14 novembre 2020


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