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L'elettronica utilizza i fenomeni elettrici per il loro contenuto informativo. Le grandezze elettriche che contengono informazioni si chiamano segnali elettrici.
I segnali sono generati dai sensori grazie ai più disparati fenomeni fisici. Questi sensori forniscono tensione, corrente... in funzione della grandezza fisica, ad es. in modo direttamente proporzionale.
L'elettronica si occupa dell'elaborazione di questi segnali (amplificazione, filtraggio, memorizzazione, controllo, trasmissione a distanza ...).
Ogni segnale ha un campo di variazione, ad es. tra 0V e 24V, detto dinamica.
I segnali analogici possono assumere qualunque valore all'interno della dinamica e variano in modo analogo all'informazione. Ad es. un sensore di temperatura tra 0 e 100°C , genera in uscita una tensione che varia tra 0 e 10V: se la tensione vale 3,45V la temperatura vale 34,5°C).
I segnali digitali possono assumere solo un numero finito di valori. Sono un set limitato di numeri interi validi solo in particolari istanti. Nel caso binario questi valori sono soltanto 2, il valore minimo e massimo della dinamica: ad es. 0V oppure 10V.
Ad ogni stato del segnale digitale si associa un simbolo che rappresenta l'informazione: si parla di valore logico del segnale. Nel caso binario il simbolo logico si chiama bit e può assumere due valori: stato basso/stato alto, 1/0, L/H.
Purtroppo attenuazioni e disturbi alterano inevitabilmente i segnali.
Nel caso analogico questo comporta una alterazione dell'informazione e non è più possibile risalire al valore iniziale. Se 3,45V diventa 3,25V l'informazione iniziale si è irrimediabilmente perduta.
nel caso digitale, se l'alterazione non è eccessiva, è possibile risalire al valore logico corretto. Ad es. se 10V si attenua a 9V si può ancora ritenere che il valore logico associato sia lo stato alto.
Quindi si dice che la tecnica digitale ha una maggiore immunità ai disturbi
Altri vantaggi sono:
l'elaborazione sw sui dati espressi da bit
la gestione di informazioni di varia natura (audio, video, dati...) attraverso un unico sistema digitale (il microprocessore che elabora i bit, i canali di telecomunicazioni per lo scambio dati, le memorie, ecc...)
Il segnale elettrico è il supporto dell'informazione e bisogna tener ben presente che segnale e informazione sono concetti diversi. Ad es. si consideri un foglio di carta su cui è stampato un disegno o dei simboli come lettere e numeri: la carta è il supporto dell'informazione che nel caso del disegno è analogica nel caso delle lettere è digitale. Se il foglio è danneggiato, ad es. con fori, nel caso del disegno è impossibile ricostruire l'originale, nel caso delle lettere la ricostruzione perfetta è possibile (se i danni non sono eccessivi)
Segnale analogico
Segnale analogico
L'informazione è analogica se è rappresentata da un qualunque numero reale compreso in un intervallo di valori ben definito (dinamica dell'informazione). Ad es. la velocità di un veicolo che da fermo raggiunge 130Km/h assume presumibilmente tutti i valori tra 0 e 130Km/h.
Il segnale elettrico varia analogamente all'informazione e può assumere tutti i numeri reali contenuti in un suo intervallo (dinamica del segnale elettrico). Nel caso più semplice l'informazione è direttamente proporzionale all'ampiezza di una tensione.
Segnale digitale
Segnale digitale
L'informazione è digitale se il numero di stati che può assumere è finito; è rappresentabile da simboli che possono essere lettere (L, H...) o numeri interi. Ad esempio:
un semaforo può assumere solo pochi stati (rosso, verde, giallo, giallo lampeggiante, guasto): ogni stato è rappresentabile con i simboli numerici da 1 a 6.
Un contatto può essere aperto o chiuso, OFF e ON, 0 e 1.
E' importante comprendere che si utilizzano i numeri in quanto simboli e non per l'aspetto quantitativo: si parla di valore logico.
Ovviamente con i simboli si possono rappresentare anche i numeri. L'elettronica digitale utilizza le combinazioni generate dal sistema di numerazione binario: le singole cifre che formano il numero prendono il nome di bit (ad es. il segnale telefonico è digitalizzato a 8 bit, 256 stati diversi, mentre la musica hifi a 16 bit.)
Il segnale digitale binario che rappresenta il singolo bit, ha una dinamica suddivisa in due campi cui corrispondono i due possibili stati (ad es. 0-1,5V per lo stato logico basso e 3,5-5V per lo stato logico alto).
https://sites.google.com/site/docanoto/introduzione
ESEMPI
Sensore analogico di posizione: il Joystck
Sensore analogico di posizione: il Joystck
Un Joystck analogico è realizzabile con un potenziometro per ogni asse; un potenziometro è una resistenza con un terzo terminale, centrale e strisciante; si formano due resistenze in serie la cui somma è costante ma il cui valore cambia in funzione della posizione del contatto strisciante, o dell'angolo della leva del Joystck.
Quindi la grandezza fisica di ingresso è la posizione del cursore.
La tensione VBC, che varia con la posizione del cursore, si può assumere come variabile elettrica di uscita.
Se il contatto B è su :
C, l'uscita è nulla
A, l'uscita è massima ed è pari all'alimentazione E.
se il contatto striscia, è plausibile pensare (in realtà dipende dalla tecnologia realizzativa) che l'uscita assuma tutti i valori possibili tra 0 ed E. Ad es. in posizione centrale assume il valore E/2.
Problema: Se il potenziometro non è perfettamente funzionante, contatto strisciante usurato o discontinuità nello spostamento, o posizioni estreme non raggiungibili per polveri ecc., la tensione VBC risulta irrimediabilmente alterata e con essa l'informazione associata.
Sensore digitale di posizione: l'interruttore
Sensore digitale di posizione: l'interruttore
Questo sensore oltre a rappresentare il comune interruttore o pulsante, rappresenta anche una miriade di altri sensori che forniscono un contatto aperto o chiuso, come finecorsa, galleggianti, sensori PIR di presenza, sensori magnetici, cellule fotoelettriche ecc...
Un interruttore è un contatto che risulta aperto/chiuso, OFF/ON, ca/cc, 0/1.
La variabile k1 in fig. rappresenta lo stato del componente e può assumere solo due valori, simbolicamente rappresentati da 0 e 1: si tratta di una variabile binaria.
In corrispondenza la tensione di uscita, VBC, assume le tensioni 5V nel caso OFF e 0V nel caso ON
E' possibile scegliere a piacere lo stato logico per il corrispondente stato fisico.
Se l'interruttore non è perfettamente funzionante, non è un buon cc quando è chiuso (contatti usurati) oppure non è un perfetto ca quando è aperto, la tensione VBC differirà dai valori 0V o 5V, ma l'informazione ad essa associata potrà risultare invariata. Dai due esempi si deduce uno dei grandi vantaggi del digitale rispetto all'analogico: l'immunità dell'informazione ai disturbi subiti dai segnali elettrici.
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