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@ -4,4 +4,53 @@ |
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Il sistema elettronico che consente di applicare il ciclo di retroazione |
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Il sistema elettronico che consente di applicare il ciclo di retroazione |
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tra la posizione rilevate della microsfera nelle trappole e la posizione di |
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tra la posizione rilevate della microsfera nelle trappole e la posizione di |
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queste ultime nel campione è reso particolarmente complesso dalla necessità |
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queste ultime nel campione è reso particolarmente complesso dalla necessità |
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di operare le corre |
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di operare le correzioni in un tempo estremamente breve, per raggiungere un tempo |
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di reazione significativamente inferiore al tempo di rilassamento diffusivo |
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(\SI{100}{\us}, limite inferiore dei tempi di vita osservabili). |
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Per questo motivo, e per rendere il processo di controllo del ciclo di |
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retroazione indipendente da eventuali rallentamenti dei computer utilizzati |
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per il controllo dell'esperimento, si è scelto di utilizzare una scheda FPGA |
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dedicata. |
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Una scheda FPGA (\textit{Field Programmable Gate Array}) è un dispositivo |
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utilizzato in elettronica digitale costituito essenzialmente da una matrice |
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di \textit{blocchi logici programmabili} interconnessi. |
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Questi possono essere configurati, in fase di programmazione della scheda, |
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per eseguire determinate funzioni logiche. |
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Una volta programmata, la scheda è in grado di eseguire le funzioni logiche |
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impostate e elaborare segnali proveniente dall'esterno attraverso dei \textit{pin} di input. |
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Il risultato dell'elaborazione può essere immagazzinati in appositi registri |
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(code) e letto su richiesta (ad esempio di un computer esterno), oppure |
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utilizzato per comandare dei \textit{pin} di output presenti sulla scheda. |
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La programmazione della scheda FPGA consiste nel descrivere e formalizzare |
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le componenti del circuito logico richiesto e quindi configurare i blocchi |
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della scheda per \textit{realizzare} le funzioni del circuito integrato |
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disegnato. |
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Uno dei principali vantaggi dell'uso di schede FPGA sta nel fatto che il tempo |
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di esecuzione delle singole operazioni è deterministico e riproducibile tra una |
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iterazione e all'altra, a differenza di quanto accade nei PC dove l'accesso |
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di ogni applicazione ai cicli di processore viene controllato da priorità |
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e schedulatori del sistema operativo. |
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Per gli scopi di questa tesi è stata programmata una scheda FPGA per leggere |
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i valori dei fotodiodi a quadrante (da cui si può estrapolare la posizione |
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relativa delle microsfere rispetto al centro della trappola) e controllare |
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l'angolo di deflessione dei laser delle trappole (e quindi la loro posizione |
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nel campione). |
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Per ottenere questo risultato è stata scelta una scheda prodotta FPGA prodotta |
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da National Instrument (USB-7855), programmabile attraverso interfaccia USB, |
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dotata di 48 canali digitali configurabili come output o input e 8 convertitori |
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analogico-digitali (ADC) integrati. |
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La logica di funzionamento è stata definita utilizzando l'ambiente di sviluppo |
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LabVIEW FPGA: questo permette di disegnare sotto forma di diagramma a blocchi |
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la sequenza di funzioni da applicare sui dati ingresso. |
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A partire da questo diagramma LabVIEW FPGA è in grado di generare il circuito |
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logico necessario e descriverlo (secondo le specifiche del linguaggio VHDL). |
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Un ulteriore passaggio converte il codice VHDL in istruzioni di programmazione |
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della scheda, che vengono eseguite attraverso la connessione USB. |
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