Telecomunicazioni per informatica. Laboratorio. Con quaderno operativo di laboratorio. Per gli Ist. tecnici industriali.

484 Pages·2015·32.698 MB·Italian

by  Emilio Ferrari, Cesarino Galbassini

E. Ferrari
C. Galbassini

E. Ferrari
C. Galbassini
m w m w KW *
con Quaderno operativo di laboratorio
Prima edizione: 2015
Con la collaborazione della Redazione e dei Consulenti della CESIVI
Si ringrazia il progettista Claudio Mascheretti della UFG Elettronica per le numerose
indicazioni di indirizzo sulle comunicazioni short range.
Impaginazione e grafica: Studio Grafico 2B - San Paolo d’Argon (BG)
Copertina: Vavassori & Vavassori - Bonate Sotto (BG)
Stampa: Arti Grafiche Battaia Franco S.r.l. -Zibido S.G. (MI)
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Ristampa________________________________________________________________________
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PRESENTAZIONE
Questo volume è destinato all’insegnamento della disciplina
Telecomunicazioni nel terzo e quarto anno del nuovo indirizzo
Informatica e Telecomunicazioni, nello specifico per l’articolazione
Informatica.
Il testo, composto da 9 unità didattiche, fornisce tutto il materiale
necessario per sviluppare le conoscenze e le abilità richieste
per il secondo biennio e rappresenta una risorsa di contenuti e
di esercitazioni alla quale attingere per programmare l’attività
didattica.
Ogni unità comprende:
• argomenti di base trattati in modo conciso, con linguaggio
semplice ma rigoroso sotto il profilo tecnico;
• esempi applicativi tratti da situazioni reali, con la presenza di
aspetti tecnici innovativi;
• numerosi esercizi svolti di difficoltà crescente, in grado di
chiarire e consolidare i concetti, il procedimento risolutivo o
l’applicazione esposti nell’unità;
• una serie di esercizi da svolgere, per i quali è sempre indicata
la soluzione;
• un test finale vero/falso utile per il ripasso e l’autovalutazione;
• un estratto in lingua originale, proveniente da cataloghi e manuali
aziendali, per permettere agli studenti di affrontare la termino­
logia di settore in lingua inglese, contestualizzata all’interno di
documentazione tecnica reale.
Per aiutare l’apprendimento dello studente, la trattazione è accom­
pagnata da circa 800 tra disegni, figure e tabelle. Comprensione
della materia che può essere valutata e verificata passo passo,
grazie alla presenza di un totale di circa 700 esercizi, a prevalente
indirizzo applicativo.
Il testo, nel suo sviluppo, vuole mantenersi costantemente vici­
no agii aspetti reali e attuali dei settore, includendo l’analisi di
problemi e situazioni complesse, con particolare attenzione ai
processi produttivi.
Il volume è corredato di un importante quaderno operativo per
il laboratorio, contenente una nutrita serie di materiali strutturati
in schede per le esercitazioni, sia pratiche, sia in simulazione,
con spunti di riflessione sui risultati delle prove e con ulteriori
approfondimenti.
Il quaderno operativo è composto da 3 parti, le prime due, di
natura introduttiva, trattano i temi della sicurezza in laboratorio
INDICE
Filtra di ricostruzione............................................................................73
SI SCHEDA 12 • Prove su encoder e decoder.......................52
Encoder con priorità 4532....................................................................52 B SCHEDA 24 - Prove di riflessione sulle linee......................74
Decoder per display 4511....................................................................53 Terminazione parallelo..........................................................................74
I l SCHEDA 13 - Prove sui contatori........................................54 Terminazione serie................................................................................74
Contatori binari e BCD..........................................................................54 B SCHEDA 25 - Generatori pseudo-random...........................74
Contatore BCD con display...................................................................55 Shift register retroazionati.......................................................................75
i SCHEDA 14 ■ Prove sui temporizzatori.............................55 Shift register a 8 bit................................................................................75
Applicazione a una linea..........................................................................76
RC e inverter trigger..............................................................................55
Astabile con 555...................................................................................56 B SCHEDA 26-Prove suRS 232 ................................................77
Generatore di toni.................................................................................56 Connettore.............................................................................................77
Oscillatore con quarzo e inverter CMOS...........................................56 Cavi........................................................................................................77
i SCHEDA 15 - Circuiti con temporizzatori...........................57 Hyperterminal........................................................................................78
Livelli elettrici dei segnali.....................................................................79
Misuratore di riflessi............................................................................57
Generatore di funzioni digitali periodiche..........................................58 B SCHEDA 27 - Prove su RS 485 ................................................80
Divisore di frequenza per tre...............................................................58
Da RS 232 a TTL....................................................................................80
l! SCHEDA 16 -Misure sui PLL..................................................58 Da TTL a RS 485....................................................................................80
Rivelatore di fase.................................................................................58 B SCHEDA 28 - Serial device server........................................81
LM567...................................................................................................60
Tibbo device server...............................................................................81
PLL_Virtual...........................................................................................60
IP address..............................................................................................81
B SCHEDA 17 - Scrittura di una RAM statica......................61 Collaudo.................................................................................................82
Scrittura manuale di una RAM statica................................................61 Rete di sensori.......................................................................................82
Hi SCHEDA 18 - Da Verilog alla macchina a stati................62 B SCHEDA 29 - Prove sulla modulazione AM .......................82
Serbatoio di mescola............................................................................63 Segnale modulato AM..........................................................................82
Rivelatore a diodo.................................................................................83
B SCHEDA 19 - Analisi di forme d'onda periodiche............63
Trasmissione DSB..................................................................................83
Scomposizione di una quadra.............................................................63
B SCHEDA 30 - Prove sulla modulazione FM........................83
Ricostruzione della quadra..................................................................63
Analizzatore di spettro........................................................................63 VCO........................................................................................................83
B SCHEDA 20 - Impedenza al variare della frequenza ....64 Deviazione di frequenza.......................................................................84
B
RC al variare della frequenza..............................................................64 SCHEDA 31 - Analizzatori di modulazione........................85
RL al variare della frequenza...............................................................65 Vettore errore........................................................................................85
RLC serie al variare della frequenza...................................................65
B SCHEDA 32 - Prove sulla modulazione PAM.....................87
RLC parallelo al variare della frequenza............................................66
Spettro del segnale PAM......................................................................87
B SCHEDA 21 - Prove sui filtri..................................................66
Individuazione dei blocchi....................................................................87
Filtro RC................................................................................................66
B SCHEDA 33 - Comandi AT per GSM......................................88
Analisi in AC........................................................................................67
Connessioni...........................................................................................88
Due celle RC in cascata.......................................................................67
Comandi di base...................................................................................89
Filtro attivo...........................................................................................68
Lettura dei messaggi.............................................................................89
Filtro attivo con guadagno in banda.................................................68
Invio di un messaggio...........................................................................89
Analisi della risposta in frequenza di un filtro passivo LC...............69
Analisi della risposta in frequenza di un filtro attivo.......................69 B SCHEDA 34 - Connessione RS 232 - WiFi.............................90
Analisi della risposta in frequenza di filtri attivi integrati...............70
RN-131...................................................................................................90
B SCHEDA 22 - Prove sugli amplificatori............................70 Connessione lato seriale.......................................................................90
Amplificatore non invertente.............................................................70 Connessione ad hoc lato WiFi..............................................................91
Inseguitore di tensione.......................................................................71 Gestione parametri...............................................................................93
B
Amplificatore invertente....................................................................71 SCHEDA 35 - Connessione RS 232 - Bluetooth.................93
B SCHEDA 23 - Prove sui convertitori ADC e DAC............72 T9JRN41 -l/RM.......................................................................................93
ADC in tensione..................................................................................72 Lettura parametri..................................................................................94
DAC intensione...................................................................................72 Factory reset..........................................................................................95
THD......................................................................................................73 Bridge RS 232 - Bluetooth....................................................................95
4
LA SICUREZZA
IN LABORATORIO
Si possono individuare quattro diverse zone
U f Elementi di sicurezza
di pericolosità:
Da quando la presenza dell'energia elettri­ • in zona 1, per correnti inferiori a 0,5 mA,
ca nella vita quotidiana è diventata per tutti non si hanno normalmente reazioni percet­
un'abitudine, si è iniziato, colpevolmente, a tibili;
ridurre la necessaria attenzione circa le pre­ • in zona 2, tra 0,5 e 10 mA, si supera la so­
cauzioni da assumere e le adeguate norme di glia di percezione e si hanno deboli reazioni
comportamento, tanto che il rischio elettrico muscolari, prive di effetti fisiologicamente
rappresenta, ad oggi, la maggiore causa di in­ pericolosi, tanto che l'infortunato riesce an­
cidenti, anche mortali, dentro e fuori i luoghi di cora a staccarsi dal contatto;
lavoro. Sono più di 45mila gli italiani che ogni • in zona 3, tra 10 e 30 mA, non si ha alcun
anno rimangono vittima di incidenti e infortuni effetto fisiologico pericoloso se la scarica
di natura elettrica a causa, sia di impianti ob­ elettrica si interrompe entro 0,5 s, mentre,
soleti e inadeguati, sia di comportamenti che per correnti superiori (da 30 a 500 mA), si
non rispettano le norme di sicurezza. hanno effetti pericolosi come contrazione
involontaria dei muscoli (fenomeno di teta-
nizzazione), difficoltà respiratorie e aritmie
Pericolosità della corrente
La pericolosità del fenomeno di elettrocuzio­ nella pulsazione cardiaca, fortunatamente
ne, cioè della corrente elettrica che attraver­ reversibili, che normalmente, se la loro du­
sa parti del corpo umano, dipende da molti rata è limitata entro i 200 ms, si concludono
fattori, elettrici e fisiologici, di cui i principali senza danni organici; la massima corrente
sono il tipo di corrente (continua o alternata), alla quale si riesce ancora a mollare la pre­
la sua intensità, il percorso seguito attraverso sa, detta corrente di rilascio o corrente di
il corpo, il tempo di esposizione al fenome­ distacco, si aggira sui 10a-30 mA;
no, lo stato di salute e lo stato mentale del • in zona 4, oltre la curva caratteristica c1
soggetto. (zona di fibrillazione), la possibilità di in­
La soglia di percezione vale tipicamente correre nella fibrillazione ventricolare di­
0,5 mA in alternata e 2 mA in continua. La fig. venta sempre più probabile, superando le
1.1 riporta una suddivisione statistica riferita curve c2 (5%, con 50 mA) e c3 (50%), con
a un individuo medio, percorso, dalla mano conseguenti arresto del cuore, arresto della
sinistra ai piedi, da una corrente alternata con respirazione e gravi bruciature.
frequenza compresa fra i 15 Hz e i 100 Hz. La fibrillazione, difatti, è un'alterazione della
regolare alternanza contrazione-espansione
del muscolo cardiaco, che introduce uno stato
irregolare privo di contrazioni ed espansioni; è
un fenomeno irreversibile, annullabile solo me­
diante l'impiego di opportuni defibrillatori.
Il limite convenzionale, al di sotto del quale la
corrente industriale è considerata non perico­
losa, vale quindi
10 + 30 mA
Intensità della corrente [mA] Limiti di tensione
La tensione corrispondente alla corrente pe­
Zone di pericolosità della corrente elettrica ricolosa è di difficile valutazione poiché la
alternata (15-M00 Hz). resistenza del corpo umano può variare con
5
1. LA SICUREZZA IN LABORATORIO
ampi margini, in funzione dei punti di contat­ Una cabina di trasformazione (o più sempli­
to, dell'estensione del contatto stesso, della cemente un trasformatore da palo), situata
pressione e dello spessore della pelle e del suo in prossimità della fornitura, la trasforma poi
grado di umidità. I percorsi più pericolosi si dalla Media Tensione alla Bassa Tensione (fig.
hanno fra una delle mani e la schiena. La re­ 1.3).
sistenza equivalente del corpo cambia anche
con il valore della tensione applicata e con la
frequenza. Per un adulto medio i valori della
resistenza equivalente offerta dal corpo (nel
percorso dalle mani ai piedi) a una tensione
alternata a 50 Hz vanno all'incirca dai 4.000 Q
a 50 V, ai 3.000 Q a 120 V, fino ai 2.000 Q a
230 V efficaci. Per questo motivo non vengo­
no ritenute pericolose, in locali asciutti (abita­
zioni e uffici), tensioni sinusoidali con valore Cabina di trasformazione MT-BT.
efficace minore di 50 V
Le norme CEI suddividono gli impianti elettrici
l = V = . 50V =12 5m A in quattro categorie, in funzione dei range di
1 R 4.000 a lz'3mM
tensione nominale Vn di alimentazione, conti­
e tensioni continue minori di 120 V (Norma CEI nua o alternata, come indicato in tab. 1.1.
64-8-4-41, Comitato Elettrotecnico Italiano),
seppure applicate per un tempo illimitato.
Categoria
0 1 2 3
deirimpianto
Classificazione dei sistemi elettrici v„ 120 <V„ 1.500 <V„
L'energia elettrica, prodotta mediante le cen­ Vn maxDC [V] s 120 s 1.500 * 30.000
> 30.000
trali e gestita da un ente pubblico o privato > 50 < Vn 1.000 <V„
(gestore dell'energia), è distribuita mediante VnmaxAC [V] VI10 o £ 1.000 £ 30.000
BT MT AT
reti in corrente alternata prima in Alta Tensio­
ne (AT, Vn > 30.000 V) e successivamente in Categorie degli impianti elettrici secondo le
Media Tensione (MT, 1.000 V < Vn <30.000 V, norme CEI.
fig. 1.2).
Mentre le forniture industriali possono anche
essere in MT, con cabina di trasformazione MT/
BT a carico dell'utente, le forniture civili sono
di cat. 1 in BT e il punto di consegna dell'ener­
gia da parte del gestore inizia dal contatore,
che è di pertinenza dell'ente gestore.
L'attivazione del contatore è subordinata alla
sottoscrizione di un formale contratto scritto
che specifica la potenza nominale richiesta
dall'utente e la garanzia di continuità del servi­
zio offerta dall'ente erogatore, il contatore mi­
sura la quantità di energia assorbita dall'uten­
te, la registra in kWh e ne comunica il valore
al gestore, mediante segnali di comunicazione
che utilizzano, come mezzo di trasmissione, la
stessa linea elettrica di distribuzione (tecnica di
trasmissione detta "a onde convogliate").
La massima potenza disponibile vale il 10%
in più della potenza impegnata; oltre questo
valore interviene un apposito dispositivo limi-
6
1. LA SICUREZZA IN LABORATORIO
tatore che sgancia l'interruttore automatico (fig. 1.6), perché dispone di due maglie di terra
interno al contatore. indipendenti.
La fornitura di categoria 1 può essere di tipo
trifase o monofase.
In ambito civile, la fornitura trifase in BT è
L---- *
destinata ad alcune utenze dei servizi condo­ 230 V •
N—' »
miniali (pompe, ecc.). Presenta una tensione
PE
di 230/400 V (50 Hz), con potenza disponibile
Fresa bipasso 10/16A
fino a 15 kW, e fa uso di quattro conduttori
(fig. 1.4), tre di fase (Li, L2, L3), solitamente di
colore nero o marrone, e uno detto neutro Fornitura monofase.
(N), di colore blu.
Il conduttore di neutro è connesso al morsetto
comune (centro stella) dei tre avvolgimenti del
secondario del trasformatore MT/BT e, insie­ 0 nUoUoUo \ 0_ L2
,, nooos „ U
me a questo, collegato saldamente al terreno
N
(messo a terra) in prossimità del trasformatore
stesso.
TT i : PE
1
D Sistema di distribuzione TT.
/TffiTO
\V ,2
’ UUU v3, Nelle aziende con cabina MT/BT di proprie­
X^V23
■ UUU tà (fig. 1.7), disponendo già della maglia di
v, v2 v3
terra per il secondario del trasformatore, la
distribuzione interna può avvenire a quattro
fili (sistema TN-C, con conduttore di neutro
e PE congiunti) o anche a cinque fili (sistema
B Tensioni concatenate e di fase in un sistema di
distribuzione trifase. TN-S, con il conduttore PE separato).
Le tensioni disponibili sono di due valori:
|—^OOcr—0-^— ___________ bi.
• 400 V, se prelevate tra fase e fase (V12, V23,
nooo\ „ L2 L2
V31), dette tensioni concatenate;
nooo\ „ L3 l3
• 230 V, se prelevate tra una delle fasi e il
PEN N
filo di neutro (V,, V2, V3), dette tensioni di
fase T PE
1 < > i | <> < > |
11____________________1 •____________
La fornitura monofase è a 230 V, con potenza TN-C TN-S
nominale da scegliere a contratto tra 1,5 kW,
I Sistema di distribuzione TN.
3 kW, 4,5 kW, 6 kW o 10 kW. La distribuzione
impiega due soli conduttori (fig. 1.5), uno di
Esercizi n. 1, 2, 3, 4
fase (nero, grigio o marrone) e il neutro, ob­
bligatoriamente di colore blu.
A questi, all'interno degli edifici, si aggiunge
un terzo conduttore, di colore giallo-verde, I E 9 Concetto di rischio elettrico
detto PE, che permette di collegare gli invo­
Il Decreto Legislativo n. 81/2008 (art. 8, capo
lucri metallici (carcassa) degli utilizzatori alla
maglia di terra indipendente dell'edificio uten­ III, titolo III) impone al datore di lavoro di prov­
te (massa). Un tale sistema di distribuzione, vedere a tutte le operazioni necessarie a salva­
guardare i lavoratori da tutti i rischi di natura
caratteristico degli impianti civili, è detto TT
7
1. LA SICUREZZA IN LABORATORIO
elettrica, obbligandolo a eseguire una speci­ talmente in tensione, per esempio, per un
fica valutazione del rischio elettrico. Valutati guasto o per un cedimento dell'isolamento
i rischi, il datore di lavoro deve adottare tutte principale.
le misure tecniche e organizzative necessarie Per evitare tali contatti, le norme CEI impon­
a eliminare o ridurre i rischi presenti, a indivi­ gono alcune contromisure (tab. 1.2).
duare i necessari dispositivi di protezione indi­
viduali e collettivi e a predisporre le procedure Tipo di contatto
d'uso e manutenzione degli impianti. Diretto Indiretto
Isola­
Prote­
Protezioni contro i contatti accidentali Protezio­ mento Differenziale + messa a
zione
ne totale involucri terra
Limitando il discorso ai sistemi TT per impianti attiva
barriere
civili, si può vedere (fig. 1.8) come una persona
Bassissima tensione di
può subire gli effetti del passaggio di corrente
sicurezza
quando entra in contatto anche con uno solo doppio isolamento
Prote­
degli elementi in tensione (un conduttore at­ Prote­ Ostacoli, luoghi non conduttori
zioni
zione distan­ locali isolanti
tivo, un morsetto, ecc.), poiché chiude, con passi­
parziale ziamento (collegamento
il proprio corpo appoggiato al pavimento, la ve
equipotenziale locale non
maglia elettrica che, attraverso il terreno, con­ connesso a terra)
giunge le due maglie di terra, dell'edificio e del separazione elettrica
trasformatore MT/BT. Si parla in questo caso
Classificazione dei contatti accidentali e dei
di contatto diretto relativi sistemi di protezione.
Un primo accorgimento, per prevenire i con­
tatti diretti con le parti in tensione, consiste
nel creare una separazione fisica (barriera),
tra l'individuo e la parte attiva in tensione,
mediante coperture a isolamento completo o
con involucri e vere e proprie barriere di se­
parazione. Tale sistema è definito protezione
totale.
Protezioni parziali dai contatti diretti sono
costituite, invece, da ostacoli di protezione o
sistemi di distanziamento.
Oltre a essere costruiti con materiali adeguati
all'impiego e al luogo di installazione, gli appa­
recchi elettrici vanno dotati di un manuale che
riporti le modalità d'uso in sicurezza. Sul corpo
del dispositivo, una sigla alfanumerica con le
lettere iniziali IP (International Protection) ne
specifica il grado di protezione agli agenti fisici
esterni, solidi (prima cifra, tab. 1.3) e liquidi
(seconda cifra, tab. 1.4) (CEI EN 60529).
Oltre a prevenire i contatti accidentali diretti
con le parti in tensione, utilizzando materiali
Si parla, invece, di contatto indiretto (fig. isolanti non removibiii e involucri adeguati,
1.9) quando si tocca un elemento, come un una protezione aggiuntiva, impiega un in­
contenitore metallico, un carter, uno sportello, terruttore differenziale, con corrente di soglia
che non è in tensione in condizioni ordinarie non superiore a 30 mA negli impianti dome­
di isolamento, ma che può risultare acciden­ stici.
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