• Traslatore di livello da RS-232 a TTL

1. (Vedi Fig.2) Se V=12V D1 è ON e Vi=5.6 V allora Vo=0 (livello 0-TTL)
2. se V=-12V è D2 ON allora Vi=-0.6V e Vo=4 V(livello 1 -TTL)

• Oscillatore al quarzo con porta logica

• Si tratta di un generatore di onde quadre detto anche multivibratore astabile.
• L'oscillazione avviene sempre alternandosi tra due stati uguali in ampiezza (livelli di tensione), che si possono considerare  quasi stabili o addirittura non stabili nel tempo.
• Viene normalmente realizzato mediante porte logiche opportunamente connesse.
• La connessione rispetta la struttura base di un oscillatore reazionato, che sappiamo essere l'anello di retroazione positiva vedi Fig.3.

• Vale la pena qui richiamare brevemente la teoria degli amplificatori retroazionati positivamente, anche se è stata messa tra i prerequisiti del presente corso via internet.
• Un amplificatore con amplificazone A presenta uscita ed ingresso collegati fra di loro tramite  una rete di reazione, generalmente resistiva, di attenuazione Beta. Affinchè un'oscillazione si inneschi e si mantenga, occorre che un segnale Vi presente in ingresso, amplificato di A volte dall'amplificatore e ridotto di Beta volte dalla rete di reazione, ritorni in ingresso in fase con il segnale iniziale e con amplificazione complessiva maggiore di 1.
• Se ad esempio l'amplificatore diretto introduce uno sfasamento di 180°, è necessario che la rete di retroazione , sfasi a sua volta di altri 180° in anticipo o in ritardo poco importa , e che il suo effetto attenuante non sia superiore all'effetto amplificante dell'amplificatore.
• Quanto detto al punto precedente si esprime matematicamente affermando che l'oscillatore così costruito soddisfa in toto alle relazioni o criteri di Barkhausen, che stabiliscono pertanto le condizioni matematiche necessarie e sufficienti per l'oscillazione.
• La condizione fisica che garantisce anche l'autoinnesco dell'oscillazione è la presenza  del rumore elettrico sempre interno al sistema elettrico.
• In condizioni ideali non è quindi indispensabile fornire energia dall'esterno, affinchè l'autooscillazione si inneschi e si mantenga stabile nel tempo.
• Si fa notare la generalità non solo elettronica ma anche fisica dei suddetti principi!

  Oscillatore a porta CMOS con Xtal:

 
• L'amplificatore diretto è costituito da una porta logica not, che viene fatta lavorare nella zona di transizione della sua caratteristica  di ingresso-uscita. Lo schema è illustrato nei particolari nella Fig.4.

 
• Qui la porta viene fatta funzionare nella zona di transizione tramite R1, e si comporta quindi come un amplificatore invertente con sfasamento pari a 180°.Allora per quanto detto, perchè l'oscillazione abbia origine, occorre che la rete a Pigreco di carico introduca a sua volta un ulteriore sfasamento di 180°; questo avviene solo se il quarzo assume un preciso valore induttivo elevato, lavorando in prossimità della sua frequenza di antirisonanza Fa. Il quarzo qui lavora nel cosiddetto modo parallelo.
 

• In particolare l'interfaccia seriale americana EIA RS232-C (E.I.A.=Electronic Industries Associates), corrispondente alla V24/V28 del CCITT europeo (Comitè Consultativ International Telegrafique et Telefonique), è uno standard di collegamento seriale che può essere di tipo sincrono o asincrono, ma nel nostro caso è asincrono, tra un dispositivo di comunicazione DCE (Data Communication Equipement) come ad esempio la nostra scheda U.A.R.T. ed un dispositivo terminale DTE (Data Terminal Equipement) come ad esempio il computer, con velocità di trasmissione inferiore o eguale a 19.2 Kbaud.
• Il supporto fisico di trasmissione è costituito da un insieme di 25 linee, non tutte indispensabili, che trasportano i bit di dati, di controllo e la massa.
• Il protocollo hardware o elettrico dell'interfaccia è riassumibile dall'analisi del relativo circuito elettrico equivalente, mostrato in Fig.5, dove il significato dei vari parametri è qui sotto elencato:

 

1. Vt=f.e.m. del trasmettitore a circuito aperto;(<25V)
2. Rt=Resistenza interna del trasmettitore;
3. Ct=Capacità equivalente del trasmettitore;
4. Cl=Capacità equivalente del ricevitore;(<2.5nF)
5. Rl=Resistenza di ingresso del ricevitore;(3K/7K)
6. Vl=f.c.e.m. del ricevitore a circuito aperto;(<2V)
7. Vi=d.d.p. all'interfaccia;(tra 5V e 15V)

• In tale standard il protocollo software definisce mark  la tensione Vi di valore inferiore a -3 V e  definisce space la tensione Vi superiore a +3V. Durante la trasmissione si associa il livello logico 1 a mark e lo 0 a space. I livelli logici sono bipolari ed in logica negativa.Tipicamente i valori di tensione assunti sono +,- 12V.    
• Il frame utilizzato per la trasmissione dati ha la struttura  di Fig.5-bis
• Rt e Ct sono tali da consentire in cto.cto una I cto.cto <0.5A
• Poichè la capacità per unità di lunghezza di un cavo  è di circa 200pF/metro si ha che la massima distanza tra i dispositivi collegati in tale standard non deve superare i 12-15 metri.

              Cavo null modem:
 

• Per collegare tra loro due computer tramite interfaccia seriale oppure un PC alla nostra scheda si deve preparare un cavo noto come cavo null modem, con almeno tre fili (RxD, TxD e GND) e due connettori a 25 poli femmina da porre alle due estremità del cavo.

 

• Occorre , però fornire i corretti potenziali alle linee di ingresso che non si intendono utilizzare. In questo modo si imbroglia il computer.
• L'imbroglio consiste nel fatto che il trasmettitore autorizza se stesso ad inviare dati.Si veda la Fig.6

• Notoriamente la divisione di frequenza avviene frapponendo tra generatore di clock ed il microprocessore un particolare divisore-squadratore in grado di fornire una forma d'onda perfettamente squadrata e di frequenza opportuna sottomultipla della frequenza fondamentale di sistema prodotta dall'oscillatore a porta logica precedentemente descritto.

•    Per ottenere questo si utilizza un contatore asincrono integrato con modulo opportuno costruito secondo ,lo schema di Fig.7

        Alimentazione e regolazione di tensione:
 

• I regolatori di tensione lineari sono dispositivi che forniscono una tensione di uscita continua e particolarmente stabile nei confronti delle variazioni della tensione di ingresso, del carico e della temperatura.
• Essi vengono largamente impiegati negli alimentatori stabilizzati (regulated power supply), dove sono inseriti come stadio finale, immediatamente a valle del filtro di spianamento come dalla Fig.8

• Nel nostro caso l'alimentatore di scheda fornisce una tensione duale +,-12Volt stabilizzata mediante semplice filtro capacitivo, accanto ad una tensione regolata di precisione di 5 Volt prodotta dall'integrato 7805. L'assorbimento complessivo della scheda deve comunque mantenersi al di sotto degli 600 milliAmpère, per ottenere una buona regolazione della tensione. Il regolatore va montato su dissipatore standard.
• Il trasformatore è con secondario a presa centrale da 8-10 VA

        Reset a freddo:
 

• Il blocco di reset "a freddo" della scheda,  costituito da un condensatore una resistenza  e un diodo, produce all'atto dell'accensione del dispositivo un impulso negativo di durata ed ampiezza tali da resettare il program counter dell'integrato MC14469 direttamente al pin 3, abilitato allo scopo, evitando al contempo che durante il normale funzionamento spikes spuri possano riesettare nuovamente il program counter.

        L'integrato U.A.R.T. MC.14469P cuore di tutto il sistema:
 

•  Si tratta di un Receiver/Transmitter della Motorola(tm) asincrono in tecnologia CMOS distribuito sia su DIP plastico da 40 pin  che in contenitore PLCC.
•  L'integrato elabora  una o due parole a 11 bit di uno stream seriale. Una delle parole entranti rappresenta l'indirizzo della scheda su cui è montato l'integrato  e se ricevuta dall'integrato abilita la trasmissione dati in una seconda parola a 11 bit. Ciascuna parola a 11 bit contiene 8 bit dati, un bit di parità, un bit di start e uno di stop
• Essendo 7 i bit di indirizzo ricevuti si possono  utilizzare singolarmente via software ben  128 unità integrate interconnesse in simplex o full-dupplex mode.
• I canali di I/O sono tre; in particolare due di input  ad 8 bit ed uno di output a 7 bit tutti settabili via software da elaboratore.
• I modi di funzionamento possibili  sono ben  4.(ricezione,ricezione-trasmissione,trasmissione,libero) 
• Le applicazioni dell'integrato sono le  tipiche dell'acquisizione e del controllo dati da ADC remoto o da MPU remota.
• La tensione di alimentazione è compresa tra 4.5V e 18 V
• Il data rates garantito è a 4800 Baud con alimentazione TTL per arrivare a 9600 Baud con alimentazione dell'integrato a 12 volt.
• In  ricezione l'integrato opera una conversione da seriale a parallelo, mentre in trasmissione effettua l'operazione inversa.
• La chip complexity è pari a 300 porte equivalenti.
• E' inoltre in grado di ricevere e trasmettere dati simultaneamente da/e per computer in Full-Duplex.
• Ha una bassa corrente di riposo pari a 75 uA a 5Volt e 25 °C.
• Ammette un'implementazione sia esterna che interna all'integrato, dell'orologio di sistema.