Maturità - 1990

TEMA D'ESAME DI MATURITÀ PROFESSIONALE 1990

"TECNICO DELLE INDUSTRIE ELETTRICHE ED ELETTRONICHE"

Tema di ELETTROTECNICA ED ELETTRONICA:

Sopra un nastro trasportatore passano, alla velocità 

costante di 1m/sec. barre della lunghezza massima di 5m. 

In un punto del nastro è posizionato un interruttore 

che viene chiuso quando una barra arriva in quel punto, resta 

chiuso per tutto il tempo del passaggio della barra e si riapre 

appena la barra è passata.

Si vuole realizzare un dispositivo elettronico capace di fornire 

un lettore a cifre, con l'approssimazione di 1 cm, la lunghezza 

di ogni barra che passa.

Il candidato, formulate le ipotesi aggiuntive che ritiene necessarie,

a)  disegni uno schema a blocchi di un sistema elettronico capace di 

    svolgere il compito richiesto, illustrandone il principio 

    di funzionamento.

b)  indichi una possibile realizzazione circuitale, con componenti 

    discreti o integrati, di due blocchi a scelta, spiegandone 

    il funzionamento.

c)  illustri il criterio di dimensionamento degli elementi circuitali

    che eventualmente compaiono in uno dei due blocchi oppure esegua 

    il dimensionamento di tali elementi facendo riferimento alle 

    caratteristiche dei componenti reali a lui noti o da lui ipotizzati.

Soluzione © by Vittorio Crapella

CONSIDERAZIONE PER LA REALIZZAZIONE DELLO SCHEMA A BLOCCHI:

Considerato che le barre si spostano alla velocità di 1m/sec il contatore dovrebbe contare cento impulsi per ogni metro di barra che transita sul nastro e cioè 100 cm. Per ottenere questo basta realizzare un contatore che inizi a contare un impulso ogni centesimo di secondo da quando si chiude l'interruttore (START) e fermi il contatore appena l'interruttore ritorna in posizione di STOP. Ci vuole dunque un generatore di impulsi con frequenza di 100 Hz. Per ottenere delle commutazioni pulite, senza impulsi spuri dovuti ai rimbalzi sui contatti, l'interruttore (deviatore) comanda una memoria SET/RESET. Se si vuole un contatore capace di mantenere memorizzato il conteggio precedente sino al prossimo si dovrà utilizzare un contatore con dei latch di ritenuta dei dati. Ne consegue che dovrà esserci un impulso di comando iniziale per l'azzeramento del contatore e uno finale per la lettura del contatore nei latch. Si può pertanto definire il seguente schema a blocchi:

SCHEMA A BLOCCHI:

Conoscendo l'esistenza di un contatore già integrato in un unico componente e sapendo che conta con quattro cifre, mi conviene usare un generatore di clock per il conteggio da 1000 Hz al posto di quello da 100. Si ottiene così una precisione di misura maggiore, millimetri anziché centimetri. L'integrato in questione è l'SN74C926. Dati caratteristici

Il circuito di clock si realizza con un oscillatore astabile con porte CMOS di tipo NAND. Per poter generare un clock effettivo di 1000 Hz si dovrà regolare il trimmer R2. Il circuito ANti rimbalzi si realizza con la memoria S/R con due NAND pure CMOS.

SCHEMA COMPLETO:

FUNZIONAMENTO:

Considerando l'interruttore girato su STOP (sistema a riposo) abbiamo pin 5 U2B a livello 0 pertanto basta per avere 1 sul pin 4 U2B (punto B). In tale situazione i pin. 1 e 2 U2A sono a livello 1 che mandano a 0 il pin. 3 U2A (punto A) che blocca U1B e il CK è mantenuto alto e pertanto il contatore non può contare. Tramite R4 viene mantenuto a 0 il pin 13 U2D che forza il pin 11 a 1 e di conseguenza il punto D a 0. Anche U2C si comporta come U2D si ha così il punto E a 0. In queste condizioni C2 attraverso R6 è carico a Vcc (livello 1). Se il nastro trasporta una barra, che fa commutare il deviatore, il pin 1 U2A va a 0, pin 3 U2A a 1 come pure pin 6 e pin 5 U2B e pin 9 U2C a 1. Il pin 4 va a 0 tenendo pure a 0 il pin 2 U2A e pin 12 U2D. U2D non cambia lo stato sull'uscita pin 11 pertanto il punto D continua a rimanere a livello 0. L'U2C invece trovandosi pin 8 e 9 entrambi a 1 manda la usa uscita pin 10 a 0 che attraverso U1D porta il punto E a livello alto 1 azzerando così il contatore. Questo impulso di azzeramento può durare soltanto finché C2 riesce a mantenere il pin 8 alto, appena questo si scarica attraverso R6, che è a 0 con pin 4 U2B, il pin 10 U2C torna alto e il punto E basso. Nel frattempo essendo il punto A a livello 1 l'oscillatore astabile è libero di oscillare e manda avanti gli impulsi sul CK e il contatore conta. Ci attraverso R4 si porta a livello alto così da essere pronto a garantire per un istante un livello 1 al pin 13 quando il deviatore ricommuta su STOP per fermare il conteggio e visualizzare la lunghezza della barra sul display. Infatti al termine della barra il deviatore passa su STOP mandando il pin 5 U2B a 0 e il pin 4 a 1 e pin 3 U2A a 0. Il punto A va a 0, il ck si blocca, il pin 12 U2D va a 1, essendo pure il pin 13 U2D a 1 andrà a 0 il pin 11 che attraverso U1C forza il punto D a livello alto per un tempo che dipende da C1 R4. Questo impulso (MEM) abilita la lettura del contatore da parte dei latch. Sul display appariranno, in modo multiplexato, le cifre che rappresentano centinaia, decine, unita di centimetri con i decimali che rappresentano i millimetri.

ANDAMENTO DEGLI IMPULSI: