Il microprocessore ha quarant'anni e il suo impiego nelle elaborazioni di dati necessarie all'automazione industriale è fuori discussione, ma come si facevano queste elaborazioni prima che ci fosse il microprocessore? E' vero che allora l'automazione industriale era ai primi passi, tuttavia le esigenze di calcolo erano tali che si cercava comunque di risolvere in qualche modo i problemi, utilizzando la tecnologia del tempo. Essendo allora imperante l'elettronica analogica, è ovvio che gran parte di questi problemi venivano risolti con calcolo analogico, tuttavia i progressi delle tecniche digitali già all'inizio degli anni '60 permettevano calcoli numerici mediante l'uso di contatori d'impulsi (vedi [1][2][4][5][7][8]). Si può infatti dire che lo sviluppo delle tecnologie digitali (almeno nel campo delle applicazioni industriali) è iniziato con la realizzazione di contatori a transistor a conteggio in sistema binario oppure anche in decimale (BCD, decimale codificato in binario).

Recenti interventi nel Forum hanno evidenziato la difficoltà di applicazione dei Mosfet quali interruttori di potenza in corrente continua. La semplice supposizione che un un componente elettronico si comporti come l'apertura e la chiusura di un contattore elettromeccanico non corrisponde alla realtà: occorre un'attenta valutazione dei parametri in gioco e la verifica che la potenza dissipata rientri nei limiti del componente. Una possibile soluzione per questa analisi è la simulazione, con uno dei tanti strumenti di software oggi disponibili, fra cui ad es. MicrocCap.

Ecco una possibile configurazione di prova:

in cui V1 è l'alimentazione (supposta =12V) ed R1 "il carico" controllato dal Mosfet M1 (ad es. l' IRF024 con principali parametri 55 V 17 A, come da datasheet) e con una tensione di Gate (VG) variabile linearmente da 4 a 6 V. Il risultato fornito da MicroCap è illustrato da questo grafico, in cui le tracce rosse rappresentano la caduta di tensione fra Drain e Source del Mosfet e le tracce blu la corrente (I) del carico. Quest'ultimo è fatto variare da 1 a 6 ohm (a gradini da 1 ohm) per vedere l'effetto combinato delle variazioni sia della tensione di Gate che del carico.

Proseguendo nell'illustrazione di programmi in JAVA per l'uso "didattico" dello SCU, propongo alcune funzioni particolarmente utili in automatismi sequenziali. Come le precedenti (vedi [1][2]), si riferiscono a funzioni tradizionali dei circuiti integrati "tradotte" in moduli di software che ne permettono l'emulazione nella scheda valutazione SCU.

Dopo aver visto i programmi per il SR-FF ed il T-FF, è importante vedere anche il tipo di flipflop che permette la "memorizzazione al volo" di uno stato logico (D, dato) nell'istante in cui arriva il fronte d'onda positivo del clock (CK). Per facilitare la comprensione della funzione si sono infatti mantenute le sigle convezionali, aggiungendo solo la variabile Cp necessaria alla rilevazione del fronte d'onda del clock. . Ecco il programma:

Proseguendo nell'illustrazione di programmi tipici per le applicazioni dello SCU (vedi precedente), si vuole qui esaminare la possibilità di utilizzare la scheda di valutazione per funzioni tipiche di un PLC. Ovviamente la grande differenza sta nella forma di programmazione: non Ladder(KOP) né AWL, ma direttamente in linguaggio JAVA.

Entriamo subito in argomento con un programma che mostra l'uso delle 3 funzioni logiche fondamentali (NOT, AND,OR) fra 2 variabili (booleane) A e B, fisicamente rappresentate dallo stato degli interruttori d'ingresso RC4 ed RC5:

Come ormai dovrebbe essere noto dalla lettura del precedente articolo, è necessario dichiarare le variabili in gioco nell'apposito spazio del programma Base_SCU_EVB ed incollare nello stesso il testo fra Loop e Fine Loop. Avviando il programma di base, si hanno le accensioni dei LED d'uscita della scheda (RB4, RB5, RB6) in corrispondenza degli stati degli ingressi A e B, in accordo con le rispettive operazioni logiche svolte. Sulla notazione delle funzioni logiche, non resta che prenderne atto ed imparare ad utilizzarle (se i concetti sono chiari, la simbologia non è certo un problema).

Già dall'apparire delle prime interfacce con la porta USB dei personal computer, sono convinto della potenzialità di questa soluzione che permette il colloquio del PC con il mondo fisico esterno. Proprio in questa linea avevo illlustrato qualche anno fa in un minicorso le possibilità di utilizzo del dispositivo USB-6008 della National Instruments, auspicando che anche in Italia venisse prodotto qualche dispositivo del genere (in particolare a costi competitivi per favorirne la diffusione anche in applicazioni hobbistiche).Ho quindi accolto con estremo favore la segnalazione relativa allo sviluppo dello SCU (Switch Control Unit), ampliamente illustrato in recenti articoli [1][2][3].

Rimandando agli articoli citati per i dettagli, riassumo le principali caratteristiche dello SCU: microcontrollore PIC18F14K50 a 20 piedini, preprogrammato per rilevare ingressi sia analogici che digitali e pilotare uscite digitali, in collegamento con la porta USB di un personal computer ed alimentato direttamente da questa.

Una recente richiesta nel Forum riguardava un circuito di generazione di onde "quadre" basato sull'impiego di un amplificatore operazionale. Ritengo utile allargare il discorso per esaminarne più in generale il funzionamento e mostrare possibili variazioni della forma d'onda generata.

Partiamo dallo schema di base di un amplificatore reazionato come il figura:

E' questo un tipico circuito "astabile", nel senso che vi è una continua commutazione fra i valori estremi (saturazione positiva o negativa) dell'uscita, generando quindi un' onda quadra.

Vediamone il funzionamento.

Facendo riferimento alla figura precedente, si osservi che all'ingresso invertente dell'operazionale (V-) viene applicato il segnale dell'uscita attraverso il circuito R1C1, mentre all'altro ingresso (V+) viene applicata metà del segnale dell'uscita (attraverso il partitore R2 ed R3, con R2=R3).

Negli ultimi anni si va diffondendo l'impiego di LED particolari in grado di mutare a piacimento il colore della luce emessa.

Il principio si basa sull'inserimento in uno stesso contenitore di tre singoli LED, ciascuno di un proprio colore e precisamente uno rosso (R,red), uno verde (G,green) ed uno blu (B,blue).

La mescolanza dei tre colori dà luogo ad una luce che dipende dall'intensità di ciascuno dei tre colori originari (vedi la composizione RGB dove sono rappresentati i colori possibili alimentando ciascun Led ad una data corrente oppure a zero).

E' ovvio che variando le singole intensità di corrente si possono poi ottenere tutti i colori dello spettro visibile).

Fisicamente questi prodotti hanno 4 terminali perché è posto in comune l'anodo oppure il catodo dei singoli LED: questa è quindi una prima fondamentale caratteristica che condiziona i circuiti di controllo.

Sistemando vecchie riviste ho ritrovato un mio articolo di trent'anni fa sulla simulazione che riporta, fra diversi esempi, un semplice ma interessante problema di controllo dinamico.

L'articolo è stato pubblicato sulla rivista dell' ANIE TECNOLOGIE ELETTROTECNICHE nel Marzo 1981 (N.3), il titolo (dato dalla Redazione della rivista) è Simulare per meglio comprendere ed il problema è questo:

data una massa (M) appesa ad una molla con parametro di elasticità Km , in equilibrio statico yen , viene applicata mediante un elettromagnete una forza Fem che porta la massa ad una nuova posizione di equilibrio yef .

Il punto di equilibrio naturale yen della massa appesa è ricavabile considerando le forze in gioco: il peso (cioè [Formula], con g accelerazione di gravità = 9.81m / s2) e la forza antagonista della molla, esprimibile con .

Dopo aver visto gli automatismi basati sul conteggio, possiamo esaminare soluzioni ancor più flessibili, basate sull'uso dei registri a scorrimento , forse più noti con la dizione inglese di shift-registers.

In questi dispositivi infatti, il dato applicato all'ingresso, viene fatto "scorrere" attraverso i vari stadi di cui sono composti, mediante un impulso di clock.

Nei vari stadi si ha perciò la sequenza degli stati presenti all'ingresso in corrispondenza dei singoli impulsi di clock applicati.

Rispetto alle soluzioni con conteggio viste in precedenza, questo permette la contemporaneità del comando di più uscite (anziché di una sola per volta), ampliando quindi le possibilità di controllo.

Le mie prime esperienze lavorative (negli ormai lontani anni cinquanta) sono state presso un'azienda produttrice di centrali telefoniche.

In realtà io non mi occupavo di telefonia, ma di applicazioni collaterali quali gli allora nascenti apparati di telesegnalazione e telecomando, tutti però rigorosamente basati su tecniche elettromeccaniche (il transistor era allora ancora una curiosità di laboratorio !).

D'altra parte, l' automazione telefonica, cioè la commutazione automatica (senza interventi di operatori) dei collegamenti fra telefoni, era allora il massimo esempio di automazione.

Elementi fondamentali di quella tecnologia erano il relè ed il commutatore a passi (o selettore), bene illustrati nel riferimento precedente, che permettevano di trasformare sequenze di impulsi (generati dai disco combinatore dell'apparecchio telefonico) in collegamenti fisici tra l'apparecchio chiamante e quello chiamato.