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Display ad encoder

Buono a sapersi | Schema elettrico | Montaggio | Tavola | Collaudo | Esperimenti

Buono a sapersi

Costruendo questo dispositivo impareremo come fare funzionare un encoder visualizzandone i dati su un display. Girando la manopola a destra o sinistra, vedremo variare il numero sul display. Gli encoder rappresentano di gran lunga il metodo più comodo e razionale per regolare i dispositivi digitali. Pensate ad esempio ad una radiosveglia, a quanto sarebbe più comodo potere regolare l'ora girando una manopola (come lo si faceva nella vecchia sveglia della nonna...). Invece siamo costretti a premere i pulsantini! Per fortuna le cose stanno cambiando, e gli encoder si diffondono sempre più, e sono via via impiegati per autoradio, forni a microonde, strumenti, hi-fi. Grazie alla sempre più larga diffusione, gli encoder vanno trasformandosi da componenti professionali a componenti di consumo comune (con tutti i vantaggi di reperibilità e minor prezzo).

Schema elettrico

Lo schema elettrico non presenta particolari difficoltà. Si tratta di collegare gli ingressi del driver per display tipo 4511 alle uscite del Nutchip, e l'encoder a due ingressi. Il display è del tipo a catodo comune: il modello scelto si adatta perfettamente ad una basetta sperimentale, ma potete sostituirlo con altri modelli purchè sempre a catodo comune. In tal caso bisognerà controllare che la piedinatura sia la stessa: lo si fa ponendo il (presunto) catodo al negativo e toccando gli altri piedini con il positivo a 5 volt con una resistenza da 390 ohm in serie. I segmenti si dovranno accendere uno ad uno.
L'encoder si collega semplicemente a due piedini di ingresso. Dal punto di vista elettrico l'encoder equivale ad una coppia di pulsanti (chiamati A e B) in cui due contatti sono riuniti in uno solo (il piedino COM, che poniamo a massa). Con i Nutchip non servono componenti per collegare un pulsante: ogni ingresso infatti dispone di una resistenza incorporata di "pull up", che rende l'ingresso positivo (1 logico) fino a che non si chiude il pulsante. Ruotando la manopola dell'encoder si provoca la chiusura dei due pulsanti in una sequenza ben stabilita. La sequenza è, per rotazione oraria, A, A+B, B, e infine entrambi i pulsanti aperti. Se invece la rotazione è antioraria, la sequenza sarà B, B+A, A, ed infine entrambi i pulsanti aperti.. I due pulsanti si riaprono in corrispondenza di ognuno degli "scatti" che si avvertono ruotando la manopola, cosicchè in posizione di riposo l'encoder equivale sempre a due pulsanti aperti.

Nota che alcuni encoder in commercio possono avere gli scatti anche in posizione intermedia, cioè la manopola si può arrestare anche con entrambi i pulsanti chiusi. con questi encoder il nostro circuito funziona lo stesso, ma sarà necessario dare due scatti per incrementare o decrementare il conteggio del display.

Se non avete mai utilizzato un encoder prima d'ora, troverete maggiori dettagli qui.
Se non avete mai utilizzato un display a 7 segmenti prima d'ora, troverete maggiori dettagli cliccando qui.

Schema elettrico del display pilotato da encoder

Montaggio

Il montaggio di questo progetto richiede una certa attenzione. I componenti non sono moltissimi, ma i collegamenti sono piuttosto intricati, per cui farete bene ad aiutarvi con la fotografia controllando uno ad uno tutti i ponticelli. L'encoder ALPS utilizzato possiede 3 piedini a passo 5,08 mm, teoricamente adatti per infilarsi nella basetta sperimentale, ma in pratica troppo corti per rimanere agganciati saldamente. Per avere un montaggio più comodo è meglio costruirsi una specie di prolunga, un adattatore costituito da tre fili saldati alla metà di un vecchio zoccolo per integrati (bastano 5 pin).
Lo zoccolo si infilerà facilmente nell'encoder, lasciando libero un posto nello zoccolo fra un piedino e l'altro. Nella foto il filo verde corrisponde al contatto A, il bianco a B, ed il nero a COM.

Tavola degli stati

Sebbene la tavola comprenda ben 30 diverse condizioni, la tavola non è particolarmente complicata. Osservandola bene si tratta di una struttura piuttosto semplice ripetuta più volte. Ognuno di questi "blocchi", ripetuti via via, è formato da due soli stati (tre condizioni in tutto).

Il movimento è gestito in due fasi:

• Nel primo stato si attende che entrambi i contatti dell'encoder siano chiusi. Quando questa condizione si avvera, significa che è in corso il movimento della manopola. Si passa allo stato successivo in cui si deciderà il verso di rotazione.
  
  
• Nel secondo stato si attende che uno dei due contatti si riapra. A seconda del verso di rotazione, si riaprirà per primo A oppure B, e questo sarà determinante nello stabilire se passare allo stato successivo o precedente.

Per rendere la tavola più ordinate, queste coppie di stati sono numerate a partire dagli stati mutlipli di cinque: 0 e 1, poi 5 e 6, poi 10 e 11 e così via. A volere essere precisi, sarebbe corretto aggiungere un'ultimo stato in cui attendere la riapertura di entrambi i contatti. In tal modo si possono scongiurare eventuali rimbalzi dei contatti stessi. Non lo abbiamo fatto perchè questo avrebbe allungato la tavola oltre le capacità di memoria del Nutchip. Inoltre, visto all'oscilloscopio il contatto dell'encoder è molto pulito ed esente da rimbalzi. Gli stessi rimbalzi spesso non rappresenterebbero neppure un problema, perchè il movimento dell'encoder è molto naturale e siamo portati a correggerne il risultato ruotando la manopola dalla parte opposta.

La tavola degli stati del display ad encoder è contenuta nel file "encoder_display.nut".

Collaudo

Se lo schema elettrico è relativamente complesso, il collaudo è invece facilissimo. Dando tensione il display deve mostrare 0. Girando la manopola a destra, si scorrono i numeri 1, 2, 3... e così via fino a 9. Dopodichè si torna a zero e si ricomincia. Se invece giriamo la manopola a sinistra, da zero si passa a 9, 8, 7...e così via fino a zero nuovamente.
E' facile invertire dei fili in un montaggio come questo:

• se si invertono i fili dell'encoder, il conteggio non sarà regolare, non si sposterà da zero o funzionerà in una sola direzione;
• se si invertono i fili che collegano le uscite del Nutchip agli ingressi del 4511, il conteggio scandirà gran parte delle cifre, ma queste non saranno nella sequenza giusta. Ad esempio, scambiando OUT2 con OUT1 si avrà 0, 2, 1, 3, 4, 6, 5, 7, 8, e nessun numero.
• se si invertono i fili collegamenti che vanno ai segmenti del display avremo dei "geroglifici" senza senso anzichè delle cifre leggibili.

Esperimenti

L'encoder è un componente molto versatile. A differenza di un potenziometro o di un commutatore, il suo comportamento si può modificare cambiando la programmazione del circuito. Provate a modificare la tavola in modo che:

• Si accenda sempre partendo dal numero 5 anzichè da zero. Un funzionamento del genere si ha nei controlli di bilanciamento stereo.
  
  
• Una volta raggiunto il 9, ruotando ancora non si ricominci da zero ma si resti fermi a 9. Allo stesso modo, ruotando la manopola all'indietro, quando si arriva a zero, ci si ferma invece scattare automaticamente a 9.
  
  
• Si possa regolare un numero ruotando solo in senso orario: tornando indietro invece il conteggio non arretra. Questo è il modo di funzionare dei programmatori meccanici usati in molte macchine, come ad esempio nelle lavatrici.
  
  
• Si visualizzano sul display una selezione preordinata di numeri: ad esempio, 1, 2, 5. Questi sono i moltiplicatori utilizzati universalmente nella progressione delle scale degli strumenti di misura come ad esempio gli oscilloscopi.