FREQUENZA E
PERIODO
Applicazioni personali didattiche
L'oscilloscopio è molto utile per visualizzare i segnali elettrici.
Si utilizza principalmente per verificare la forma ed il comportamento temporale dei segnali elettrici, non tanto per le misure precise.
Ecco un semplice oscilloscopio, già assemblato... è importante ,molto utile didatticamente,dai costi molto contenuti:
Costo 37,00 Euro
L’input sopporta un massimo di 50 Vpk con una scala compresa fra 5mV/div a 20 V/div.
I TEMPI possono variare da 10 us(micro secondi) a 500 s
La Frequenza arriva fino a 200 kHz con un errore massimo del 5%.
Set a corredo: alimentatore da 9 Volt e connettore BNC
TEST di prova utilizzando il capicorda posto sulla parte superiore su cui è serigrafato 1 KHz.
Questo test mi permette di verificare il perfetto funzionamento dell'oscilloscopio.
All'interno dell'oscilloscopio è presente un sistema elettronico che genera un segnale digitale ad onda quadra fissa di 3.3 Volt con una Frequenza fissa di 1000 Hz.
Ogni secondo questo segnale viene ripetuto ciclicamente per 1000 volte.
La durata di questo segnale sarà pari a 1/1000 = 1 ms - comunemente viene chiamato PERIODO
Impostiamo l'interruttore del segnale su "DC"
Accendiamo l'oscilloscopio.
Effettuiamo un primo test con un multimetro digitale
Colleghiamo:
L'oscilloscopio risulta calibrato correttamente se la tensione è pari 3.3/2 Volt
OK!! risulta perfettamente calibrato
Le due regolazioni principali di un oscilloscopio sono:
La manopola, rotante, ADJ permette la selezione dei valori delle regolazioni e la traslazione verticale e orizzontale della curva in esame.
Il piccolo monitor dell'oscilloscopio è costituito da un reticolo di 12 quadretti orizzontali e 8 quadretti verticali.
Due modalità operative necessarie durante l'analisi dei segnali, per una migliore visione d'insieme:
FASE : SPOSTARE LA CURVA DIGITALE O ANALOGICA VERSO IL BASSO O VERSO L'ALTO
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Pigiare il pulsante
V/DIV
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Ruotando l'ADJ
posso traslare la curva presente a video , per una
migliore visione, verso il basso o verso
l'alto Pigiando di nuovo V/DIV si esce dalla condizione di traslazione
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FASE : SPOSTARE LA CURVA DIGITALE O ANALOGICA VERSO SINISTRA O VERSO DESTRA
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Pigiare il pulsante
SEC/DIV
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Ruotando l'ADJ
posso traslare la curva presente a video , per una
migliore visione, verso il sinistra o verso
destra Pigiando di nuovo SEC/DIV si esce dalla condizione di traslazione
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La base dei Tempi è rappresentata dai quadretti orizzontali, mentre i Volt sono rappresentati dai quadretti verticali
Adesso alimentiamo l'oscilloscopio e colleghiamo il cavo BNC in dotazione.
Colleghiamo l'estremità della sonda ROSSA a becco di coccodrillo al capicorda che genera il segnale da 1 KHz
Per visualizzare solo un periodo di un segnale sul monitor è sufficiente impostare il SEC/DIV in questo modo:
avendo a disposizione 12 quadretti orizzontali divido il Periodo (Cycl) per 10 es.: 1 ms / 10 = 0.1 ms
Sul monitor si nota lo scorrimento orizzontale del segnale digitale.
Rendiamo visibile l'onda, spostandola verso il basso.
Per un istante pigiamo il tasto OK.
Avviene il "congelamento" dell'immagine come se fosse una foto. (Per disattivare il fermo immagine premere di nuovo OK)
Posizioniamo l'onda digitale come evidenziato in foto.
Cerchiamo di capire il significato delle informazioni evidenziate in alto a sinistra.
V/DIV = 1 Volt Ogni lato verticale di un quadretto vale 1 Volt
SEC/DIV = 0.1 ms Ogni lato orizzontale di un quadretto vale 0.1 ms
Constatiamo:
Si evince che:
Il Duty Cycle rappresenta l’intervallo di tempo in cui si ha lo stato alto rispetto al periodo totale, espresso in termini percentuali.
In questo caso con estrema sintesi,in termini pratici, ottengo in uscita sul capicorda una tensione fissa di 1.65 Volt
La curiosità è soddisfatta.
Con segnale PWM si intende, letteralmente, modulazione della larghezza di un impulso (o Pulse Width Modulation).
Nella pratica si tratta di una tecnica per generare un segnale onda quadra con un duty cycle variabile.
Ciò che caratterizza e rende interessante la tecnica PWM è la possibilità di variare il duty cycle,
cioè la possibilità di variare l’intervallo di tempo in cui si ha lo stato alto rispetto al periodo totale.
ARDUINO UNO Rev. 3 - FISHINO UNO
I PIN 3 5 6 9 10 11 di Arduino UNO hanno per default le seguenti frequenze del PWM :
980 Hz sui pin 5 e 6
490Hz sui pin 9,10, 3, 11
Questo è un fattore da tener conto in alcuni casi.
Esercitazione sul PIN 9
Il Periodo (Cycl) è uguale a 1/498 = 2 ms
Per visualizzare solo un periodo di un segnale sul monitor è sufficiente impostare il SEC/DIV in questo modo:
Avendo a disposizione 12 quadretti orizzontali divido il Periodo (Cycl) per 10 es.: 2 ms / 10 = 0.2 ms
Programma installato su Arduino :
void setup ( )
{
pinMode ( 9 ,OUTPUT ) ;
analogWrite (9,191 ) ;
}
void loop ( )
{ }
Utilizzando un multimetro digitale posso rilevare una tensione continua ai capi del pin 9 e la massa di Arduino.
Polo positivo del multimetro collegato all'uscita del pin 9
L'istruzione analogWrite accetta solo valori che vanno da 0 a 255.
Per la misurazione è sufficiente variare il valore, caricare il programma su Arduino e rilevare i Volt.
Ad esempio, applicazioni tipiche del PWM , con collegamenti da Arduino,sono il controllo della luminosità dei LED e rotazione dei servomotori.
Utilizzando la tecnologia PWM , a bassa potenza di Arduino, e con opportuni transistor ( i MOSFET, pilotabili a bassa tensione) posso gestire con una variazione continua : la velocità di motori, la luminosità delle lampade, ventole, con potenze ed assorbimenti superiori.
Questo è il risultato verificato con l'oscilloscopio:
Risultato pienamente soddisfacente......
Il servomotore ed Arduino.
Si utilizzano sempre i PIN 3 5 6 9 10 11
Per pilotare un servomotore è necessario un segnale con un PERIODO di 20 ms, cioè con una Frequenza di 50 Hz.
Una opportuna durata della "larghezza" del segnale alto (DUTY CYCLE) , all'interno del (PERIODO), determina una rotazione specifica del servomotore.
Es. per un Servo, se la larghezza dell'impulso alto, (DUTY CYCLE), è pari a:
Alcuni servomotori hanno una escursione della rotazione pari a 120 gradi, altri fino a 180 gradi.
Va sempre verificato il relativo datasheet ( caratteristiche tecniche).
Per generare un segnale con un PERIODO di 20 ms, che corrispondente ad una frequenza di 50 Hz , si ricorre ad una specifica libreria per Arduino.
La libreria genera una frequenza di 50 Hz e sulla base dell'angolo definito nel programma genera l'appropriato DUTY CYCLE.
//TEST OSCILLOSCOPIO
#include <Servo.h>
Servo myservo;
void setup()
{ myservo.attach(9);
myservo.write(90);
}
void loop()
{ }
E questo è il risultato:
Calcolo del duty cycle che rappresenta, in valori percentuali, il rapporto tra la durata del segnale "alto" ed il periodo.
Es.: Duty cycle = (1.5 ms/20 ms) x 100 = 7.5 % Duty cycle = (2 ms /20 ms) x100 = 10 % Duty cycle = (1 ms /20 ms)x100 = 5 %
Anche questa curiosità è soddisfatta.......
ESERCITAZIONE con TINKERCAD:
