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3A - Introduzione all'elettronica digitale

1 Premessa

2 Universalità dell'elettronica digitale

Esistono circuiti elettronici analogici e circuiti elettronici digitali.

Un segnale analogico varia con continuità e può assumere infiniti valori in un intervallo. Un segnale digitale1) ha un numero finito e prefissato di valori in un intervallo.

Un segnale digitale binario può assumere due soli valori, alto e basso, associati ai valori logici 0 e 1 assegnati ad una cifra binaria detta bit2). Combinando più bit è possibile rappresentare qualunque tipo di informazione, ad esempio interpretando una sequenza di bit come un numero espresso nel sistema di numerazione binario o come un carattere (codice ASCII), ecc.

In molti apparecchi elettronici convivono circuiti digitali e circuiti analogici; ad esempio uno smartphone è sostanzialmente un computer - un dispositivo elettronico digitale - ma contiene anche parti analogiche che servono a interagire con le grandezze fisiche esterne che sono sempre analogiche (altoparlante, microfono, ecc.). I circuiti analogici e quelli digitali scambiano informazioni tra loro grazie ai convertitori analogico-digitali (ADC) e digitali-analogici (DAC), come mostrato in figura 1.

La conversione A/D (figura 2) avviene:

  • campionando il segnale, ossia prelevandone il valore a intervalli regolari con una determinata frequenza3)
  • convertendo i valori analogici in digitali codificandoli con un certo numero di bit4)

La conversione D/A avviene:

  • convertendo il dato digitale in un valore analogico (ad esempio una sequenza di bit in un valore di tensione)
  • filtrando il segnale per eliminarne la “scalettatura”

3 Sistemi digitali

I sistemi digitali si classificano in:

  • a logica cablata, dove il funzionamento dipende da come è realizzato fisicamente il sistema (ad esempio una calcolatrice)
  • a logica programmata, dove il funzionamento dipende dal programma eseguito dal sistema (ad esempio un PLC o un microcontrollore)

I sistemi a logica programmata sono più lenti e più complessi ma molto più flessibili; è possibile cambiarne il funzionamento senza modificare il sistema ma semplicemente eseguendo un programma diverso.

Un'altra distinzione molto importante è quella tra:

  • circuiti combinatori, dove il comportamento dipende solo dallo stato degli ingressi
  • circuiti sequenziali, il cui comportamento dipende dallo stato degli ingressi ma anche da ciò che è avvenuto prima (hanno memoria)

I circuiti combinatori sono più semplici ma alcuni problemi richiedono una soluzione con circuiti sequenziali (vedi esempio del parcheggio di figura 4 dove è necessario memorizzare il numero di auto presenti per decidere se consentire l'accesso di un'altra auto5).

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1)
a volte detto anche numerico
2)
BIinary digiT
3)
la frequenza deve essere sufficientemente elevata, pena la perdita di informazione rispetto al segnale analogico originario
4)
maggiore è il numero di bit e maggiore è la precisione nella conversione
5)
oppure si pensi al movimento della cabina di un ascensore quando si preme il bottone di chiamata, oppure a un interruttore che accende e spegne la luce alternativamente ad ogni pressione
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sezione_3a.txt · Ultima modifica: 2019/01/10 12:09 da admin