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DETTAGLI RIVISTA N. 215 - Maggio 2017
   
(continua da home page)
Frequenzimetro e generatore di clock
... che trovate descritto in queste pagine. Si tratta di uno strumento da banco bivalente, in quanto alla funzione frequenzimetro aggiunge quella di generatore di segnale di clock, molto utile in quest’era in cui la logica e i dispositivi digitali sono diffusissimi. Sicuramente in commercio si trovano strumenti già pronti, ma realizzare il nostro ha una sua motivazione: è basato non sui classici integrati, oscillatori, contatori o microcontrollori, bensì su un FPGA (Field Programmable Gate Array). Proprio una logica programmabile è alla base della scheda controller Led Matrix, che abbiamo proposto nel progetto “Display gigante modulare” apparso nel fascicolo n° 208 di Elettronica In, nella quale abbiamo annunciato che la stessa board poteva essere riconfigurata per svolgere molti altri compiti, compreso quello di frequenzimetro, in virtù della disponibilità delle connessioni BNC e del supporto dell’hardware per frequenze intorno ai 400 MHz. Detto, fatto! Abbiamo trasformato la controller Led Matrix in un vero e proprio strumento da laboratorio 2 in 1: Frequenzimetro e Generatore di Clock. Grazie alla riprogrammabilità di un sistema basato su FPGA, possiamo sviluppare un nuovo progetto che nulla ha a che vedere con il precedente se non il fatto che entrambi condividono la stessa scheda di sviluppo. In questo caso però l’FPGA Spartan-6 controllerà una seconda scheda con un display a 12 digit (cifre) sul quale visualizzerà il valore di frequenza del segnale d’ingresso da misurare.
Eco digitale
Avete presente che cos’è un’eco? Se siete entrati in una grotta o avete provato a gridare qualcosa in un canyon certamente sì... L’eco non è altro che il ritorno da varie direzioni di suoni, rumori e voci riflessi, con diversa intensità e un certo ritardo dovuto al tempo di propagazione. L’elettronica ha cercato più volte di replicare questo effetto, a beneficio degli effetti speciali per le colonne sonore di film e documentari, ma anche e soprattutto per la musica suonata sia in studio che dal vivo. Non a caso uno degli effetti più utilizzati è proprio l’eco, un tempo realizzato a nastro (un registratore a due testine registrava il suono con quella attraversata per prima dal nastro magnetico e la seconda testina lo riproduceva, fornendo appunto l’eco: variando la velocità di scorrimento si cambiava l’intervallo dell’eco), da qualche decennio è ormai disponibile allo stato solido, implementato da vari circuiti elettronici, anche single chip. Oggi la funzione si implementa anche con circuitazioni digitali e DSP. In queste pagine vogliamo però proporre un effetto eco molto semplice ed economico, ma al tempo stesso efficace, utilizzabile ad esempio per la voce di un cantante o per creare effetti speciali durante una presentazione o una rappresentazione teatrale; per il nostro progetto abbiamo scelto un integrato della Holtek, Casa specializzata e nota per questo genere di componenti per trattamento, generazione ed elaborazione del suono, tra cui spiccano sintetizzatori di suoni, di versi di animali, chip per organo elettronico, truccavoce e chi più ne ha, più ne metta. Analizzando lo schema elettrico vedremo come funziona questo integrato e in che modo viene utilizzato.
Wireless Power Contest - I progetti dei vincitori
Prendendo spunto dalla disponibilità del kit di sviluppo per wireless power creato da Futura Elettronica, la nostra Redazione, in collaborazione con www.open-electronics.org, IDT (che produce gli integrati) e Würth (che ha fornito le bobine d’accoppiamento) nello scorso mese di settembre ha messo in strada il Wireless Contest; il concorso, che invitava i partecipanti a sottoporre progetti basati sul kit Wireless Power 5W descritto nell’articolo proposto nel fascicolo n° 208, si è finalmente concluso e la giuria ha nominato i progetti vincitori, che in questo articolo presentiamo. Ricordiamo che il 1° premiato si è aggiudicato un oscilloscopio digitale a 2 canali da 200 MHz con generatore di segnale integrato, il 2° un oscilloscopio digitale 2 canali da 70 MHz e il 3° un oscilloscopio palmare monocanale con memoria da 1 MHz. Prima di descrivere i progetti vincitori, riepiloghiamo brevemente la piattaforma sulla quale i partecipanti al contest hanno dovuto sviluppare, che consta di due unità: una trasmittente e l’altra ricevente. La trasmittente è l’unità che irradia il campo elettromagnetico la cui energia verrà trasferita al dispositivo ricevente collocato nel raggio d’azione, secondo modalità e rendimento che dipendono da fattori che esamineremo. La piattaforma utilizza dispositivi IDT per il wireless power per i quali la Casa californiana fornisce un demo kit open source di cui è disponibile la documentazione completa, incluso lo schema elettrico e i file sorgenti per realizzare i PCB; trasmettitore e ricevitore sono in grado di trasferire una potenza di 5W a 5V con una corrente disponibile pari, pertanto, ad 1A (in accordo con lo standard WPC versione 1.1.2 della specifica Qi).
Arduino e l'ADC
Dopo aver conosciuto e studiato nei dettagli l’ADC interno al microcontrollore ATmega328P che equipaggia le schede Arduino Uno (e non solo) ed aver approcciato alle tecniche di ottimizzazione delle acquisizioni, concludiamo il tutorial presentando una serie di esempi basati sulle possibili combinazioni tra sensori che lavorano a diverse tensioni ed il riferimento dell’ADC (ARef) che si decide di adottare in ogni specifico caso applicativo. Vedremo quindi cosa fare di fronte a una serie di casi “classici”, a partire da alcuni esempi di collegamento ad Arduino di alcuni sensori generici attivi, in diverse combinazioni. Per la comprensione delle formule occorrerà necessariamente far riferimento al riquadro Legenda per lettura formule (lo trovate nelle prossime pagine), che riporta la Legenda di tutte le sigle che abbiamo utilizzato negli esempi di calcolo che incontrerete e quindi nelle formule che li riguardano. Partiamo con il primo esempio applicativo.
FM Radio Shield
Da quando ci è apparsa per la prima volta, la popolare scheda di prototipazione nata a Ivrea ed evolutasi in molteplici trasformazioni, l’abbiamo vista svolgere tantissimi e svariati compiti, tanto da farci affermare che Arduino è universale; dall’interfacciamento con sensori e piccoli attuatori, dalla casa al tempo libero, l’abbiamo vista adattarsi a tutte le applicazioni normalmente affidate a semplici microcontrollori consumer. Ora, raggiunta da un pezzo la piena maturità, per Arduino è giunto il momento di sbarcare nel mondo della radio; ecco quindi nascere uno shield ad hoc, contenente uno dei più recenti radioricevitori FM single chip, già utilizzato in dispositivi (per esempio gli smartphone o le radio USB) dove serve una radio FM compatta, low-power, dalle buone caratteristiche e realizzabile con pochissimi componenti esterni, evitando le tanto odiate bobine di sintonia, vero e proprio spauracchio per lo sperimentatore che voglia avvicinarsi al mondo della radiofrequenza. La radio vera e propria è tutta contenuta in uno shield standard applicabile ad Arduino Uno ed anche alla nostra Fishino Uno e può essere controllata sia da PC, sia localmente, semplicemente aggiungendo all’insieme uno shield dotato di display alfanumerico e pulsanti. Ma vediamo meglio di cosa si tratta, analizzando il circuito elettronico di tale shield.
Generatore di alta tensione modulare
Sperimentare con l’alta tensione è qualcosa di veramente affascinante, perché differenze di potenziale molto elevate (parliamo di diverse migliaia di volt) scatenano svariati fenomeni nell’aria circostante, che vanno dallo scoccare di scariche elettriche alla creazione di aloni luminosi (visibili con poca luce o al buio a causa della ionizzazione dell’aria nei dintorni) in prossimità dei conduttori ed ancor più delle punte, fino ad arrivare all’accensione apparentemente inspiegabile di tubi al neon nei paraggi. Purtroppo lavorare con migliaia di volt non è come utilizzare un circuito alimentato da una pila da radio a transistor e impone precauzioni e accortezze per evitare sia di folgorarsi, sia di fare danni. Il progetto proposto in questo articolo è rivolto a tutti coloro che sono incuriositi e affascinati dall’alta tensione e da tutti i fenomeni ad essa collegati come ad esempio scariche elettriche, effetto corona, vento ionico, principio delle punte e ionizzazione dell’aria, ma che per timore o motivi di sicurezza non le hanno mai sperimentate direttamente. La nostra scheda, che abbiamo battezzato MiniHV, può essere usata come “laboratorio” per prendere confidenza con l’alta tensione al fine di vedere e capirne gli effetti nell’ambiente circostante, imparando i concetti correlati alla quantità di carica, al campo elettrico e all’isolamento elettrico, senza correre rischi, perché l’energia erogabile dalla scheda è limitata. Nella nostra quotidianità, le alte tensioni sono in realtà molto presenti e vicine a noi. Basti pensare a quando indossiamo un paio di scarpe con la suola di gomma, camminiamo sul tappeto di casa e appena avviciniamo la chiave alla portiera dell’auto vediamo un piccolo arco elettrico che si innesca. In questo caso le tensioni posso raggiungere anche i 20.000 volt ed oltre, ma noi avvertiamo solo un fastidio o poco dolore quando entriamo in contatto con l’arco elettrico, perché malgrado l’elevata tensione, la corrente scaricata è minima: dell’ordine dei microampere.
Termostato con Fishino
Malgrado in questi anni si siano affermati, dilagando, i social network e i servizi di instant messaging, molte persone non vanno oltre Whatsapp, ignorando l’esistenza di servizi di messaggistica validi come Telegram. Eppure Telegram è stata la prima app di messaggistica ad adottare la crittografia dei messaggi, implementata solo di recente in Whatsapp. La particolarità che rende “superiore” Telegram è il fatto che supporta i bot, che sono utenti virtuali o, se preferite, dei robot software, in grado di interagire come fossero veri utenti e di realizzare varie funzioni in maniera automatica; utenti particolari anche perché non devono essere associati a un numero di telefono. L’ultima volta che abbiamo parlato di Telegram e utilizzato i suoi bot è stato nel progetto Notes Machine comparso nel numero di Febbraio 2017. In esso abbiamo già analizzato le potenzialità della libreria Fishgram, creata per sfruttare appieno il nostro bot, perciò senza dilungarci troppo sulla sua implementazione, in questo articolo ne vedremo un’altra interessante applicazione. Accenneremo anche a una piattaforma IoT, ovvero ThingSpeak, la quale ci permette di inviare gratuitamente dei dati dal nostro Fishino per disporli su un grafico, anch’esso in buona parte personalizzabile. Per questo progetto è stato utilizzato un Fishino Guppy, molto utile date le sue ridotte dimensioni, in simbiosi con una semplice PCB creata su misura.
Vertical laser Engraver
Tipicamente un plotter è una speciale stampante in grado di disegnare con una penna a inchiostro come fosse a mano libera, con linee continue, opportunamente guidata da una meccanica di precisione; il foglio è disposto in orizzontale e può essere anche di materiale diverso dalla carte. Del plotter sono state create nel tempo varie versioni, anche per il ritaglio di pellicole e rivestimenti, ma anche verticali, come ad esempio il nostro Vertical Plotter pubblicato nel fascicolo n° 200. Ora abbiamo voluto spingerci più avanti, riprogettando tale plotter verticale ma in versione a laser, quindi con al posto del pennarello un laser allo stato solido in grado di tracciare col calore. Così è nato l’incisore a laser su supporto verticale descritto in questo articolo, che è un apparato dove, su un robusto pannello, si muove una testa di plottatura la quale, tramite un laser a semiconduttore sorretto e posizionato da due cinghie dentate, è in grado di riprodurre immagini tipo BMP in bianco e nero su diversi materiali piani, letteralmente bruciandone la superfice pixel dopo pixel. Il modulo laser utilizzato è a luce visibile, blu a 445 nm di lunghezza d’onda e la sua potenza ottica (ben 2 watt) è sufficientemente elevata da produrre rapidamente il calore che serve a incidere legno, cartone e laminati. Se è ideale per effettuare stampe abbastanza rapide, una potenza del genere richiede una certa cautela: sarà quindi indispensabile, durante l’utilizzo del plotter e nelle fasi di collaudo, munirsi di occhiali protettivi e avere molta prudenza. Ma di questo ed altri dettagli spiegheremo più avanti; ora è il momento di gettare uno sguardo alla composizione della macchina.
L'ambiente MikroE
Chi ha una certa pratica ed esperienza nello sviluppo di applicazioni embedded, sa che uno degli step fondamentali che si deve affrontare, ogniqualvolta ci si trova di fronte allo sviluppo di un nuovo progetto, è la sua prototipazione. Spesso, prima di sviluppare la parte hardware definitiva, si rende necessaria una prima fase di “fattibilità”, per determinare se il sistema elettronico in questione sia realizzabile con le tecnologie e con i vincoli che abbiamo imposto durante la fase di concept iniziale. Uno strumento fondamentale per questa fase del ciclo di sviluppo consiste in una buona evaluation board per il microcontrollore che intendiamo utilizzare, associata ad un buon programmatore/debugger e ad una toolchain (catena di strumenti) software. Ci sono aziende che hanno fatto proprio dello sviluppo dei tool hardware e software per la prototipazione il loro core business e molte di esse si sono specializzate in funzione del produttore di “silicio” (ossia dei chip e del microcontrollore utilizzato), diventandone un partner o addirittura venendone col tempo acquisite. In quest’ottica, una delle aziende che gioca un ruolo molto importante nel mercato dei tool di sviluppo è la MikroElektronica (spesso abbreviata in Mikroe), azienda serba nata a Belgrado, che si è specializzata nella produzione di tool di sviluppo per la nota famiglia di microcontrollori PIC, arrivando a coprire con le sue demoboard e toolchain software, l’intero portafoglio di microcontrollori Microchip (8, 16 e 32-bit).
 
 
   
 
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