In breve: Le funzioni logiche si possono realizzare con circuiti fissi (cablati) o con programmi (programmate). Possono essere combinatorie o sequenziali.
Una prima idea
In elettronica spesso dobbiamo prendere decisioni automatiche. Pensa a un cancello che si apre solo con il telecomando giusto. Oppure a un semaforo che cambia colore in sequenza.
Per ottenere questi comportamenti usiamo le funzioni logiche. Una funzione logica riceve segnali in ingresso e produce segnali in uscita. I segnali valgono 0 oppure 1, cioè spento o acceso.
Cablate o programmate
Una funzione si dice cablata quando è realizzata con componenti fisici collegati tra loro. Si usano porte logiche, relè o circuiti integrati specifici. Per cambiarla bisogna modificare i collegamenti.
Una funzione si dice programmata quando è realizzata con un dispositivo che esegue istruzioni. Esempi tipici sono il microcontrollore e il PLC. Per cambiarla basta riscrivere il programma.
La scelta dipende da costo, velocità e flessibilità. Le soluzioni cablate sono molto veloci. Le soluzioni programmate sono più facili da aggiornare.
Combinatorie o sequenziali
Una funzione è combinatoria quando l'uscita dipende solo dagli ingressi attuali. Non c'è memoria del passato. Esempi sono sommatori, decodificatori e multiplexer.
Una funzione è sequenziale quando l'uscita dipende anche dagli stati precedenti. Qui serve la memoria. Esempi sono i flip-flop, i contatori e i registri.
Nelle reti sequenziali spesso c'è un segnale di clock che scandisce il tempo. Il clock sincronizza i cambiamenti di stato.
Esempi pratici
Esempio combinatorio cablato: una porta AND a due ingressi accende un LED solo se entrambi gli interruttori sono chiusi. Si realizza con un integrato della serie 74.
Esempio sequenziale cablato: un flip-flop tipo D memorizza il valore di ingresso al fronte di salita del clock. Più flip-flop in cascata formano un contatore.
Esempio programmato: con un microcontrollore Arduino possiamo leggere due pulsanti e accendere un'uscita solo se sono premuti insieme. Lo stesso comportamento di una AND, ma scritto nel codice.
Esempio industriale: un PLC controlla un nastro trasportatore. Avvia il motore con il pulsante di marcia e lo ferma con quello di arresto. Questa è una semplice rete sequenziale programmata.
Parole difficili
- Porta logica: componente che esegue un'operazione logica come AND, OR, NOT.
- PLC: dispositivo programmabile usato per automatizzare macchine industriali.
- Microcontrollore: piccolo computer su un chip, con memoria e ingressi-uscite.
- Flip-flop: circuito che memorizza un bit di informazione.
- Clock: segnale periodico che scandisce i tempi nei circuiti sequenziali.
- Stato: condizione memorizzata che influenza il comportamento futuro del circuito.
Riferimenti
- Norma: Riordino degli istituti tecnici
- Obiettivo formativo coperto: ob.tecnico-elettronica-elettrotecnica.elettrotecnica-ed-elettronica.cl3.funzioni-cablate-programmate.01