Stesura preliminare
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:
Questi circuiti non possono essere simulati con Deeds.
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).
La frequenza del segnale generato dipende esclusivamente (o quasi: nota 1) dal valore di C e di R:
f ≈ 1 / ( R · C )
Di seguito quanto visibile sullo schermo di un Picoscope; in blu l'uscita digitale della porta, in rosso l'ingresso:
Due domande:
Consideriamo il seguente circuito (nota 4) costituito da tre inverter oppure da tre porte NAND/NOR con i due ingressi collegati insieme 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:
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 permette di generare segnali digitali periodici, anche se a volte 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:
Tre domande:
Un altro esempio è costituito dal segnale di clock dell'interfaccia SPI.
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.
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
Il tempo di propagazione di una porta logica dipende dal tipo di porta logica e dalla tensione di alimentazione. Di seguito sono mostrate 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.
Consideriamo il seguente circuito:
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.
Pagina creata nel novembre 2020
Ultima modifica: 20 dicembre 2022
Appunti scolastici - Versione 0.1025 - Maggio 2024
Copyright 2012-2024, Vincenzo Villa (https://www.vincenzov.net)
Creative Commons | Attribution-ShareAlike 4.0 International (CC BY-SA 4.0)
