Progettazione di sistemi elettronici

Obiettivi formativi

Il corso fornisce le tecniche di progettazione  per circuiti digitali e misti analogico/digitali per applicazioni embedded. Lo scopo formativo del corso è l'acquisizione delle metologie di progettazione hardware/firmware basate su sistemi programmabili, microcontrollori ed FPGA.

Le principali conoscenze acquisite saranno:

• elementi di architettura di un sistema digitale dal punto di vista elettrico.
• conoscenze relative all’analisi dei circuiti elettronici in condizioni statiche e dinamiche;
• conoscenze di base per affrontare la progettazione dei sistemi digitali e analogico/digitali con i vincoli imposti dalle prestazioni richieste in termini di costo, velocità, occupazione d'area, immunità ai disturbi e consumo di potenza;
• conoscenze di base della realizzazione dei PCB
• conoscenze di base degli ambieti di sviluppo di firmware per microcontrollori.

Le principali abilità (ossia la capacità di applicare le conoscenze acquisite) saranno:

• Utilizzare ambienti di sviluppo per microcontrollori ed FPGA;
• identificare i vincoli di progetto che determinano il dimensionamento di un circuito digitale;
• implementare firmware di controllo per microcontrollori;
• analizzare e testare schede a microntrollore e implementare PCB.

Prerequisiti

Elettronica analogica e digitale

Contenuti del corso

Il corso è composto da 60 ore di didattica fra lezioni e esercitazioni così suddivise:

• Fondamenti (3 ore): Il contenuto spettrale di un segnale digitale: la frequenza di knee,Velocità e ritardo di propagazione: sistemi concentrati e distribuiti,Reattanze: capacità, induttanza, mutua capacità, mutua induttanz

• Architettura di un sistema Elettronico (6 ore): Schemi a blocchi di un sistema Elettronico,Sistemi di alimentazione,Sistemi Analogico Digitali,Sistemi digitali
• Sistemi di alimentazione (6 ore): Disturbi e tecniche di distribuzione dell'alimentazione, Stabilizzatori Lineari, Convertitori DC/DC, Condensatori di By-pass.
• Sistemi di interfaccia (6 ore): Circuiti di condizionamento dei segnali analogici, Sistemi di comunicazione seriali (RS232, I2C, SPI, Sistemi di comunicazione wireless.
• Dispositivi di elaborazione dati (12 ore): Microcontrollori, Logiche programmabili, Dispositivi integrati misti.
• Progettazione di PCB (6 ore): Ambienti di progettazione CAD, Schematico e layout, Regole di realizzazione dei layout, Realizzazione delle linee di comunicazione su PCB, Piani di massa e di alimentazione.
• Sviluppo Firmware (12 ore):Ambienti di sviluppo integrati, tecniche di programmazione per microcontrollori, implementazione applicazioni dedicate.
  
• Linee di trasmissione (6 ore): Distorsione, EMI, crosstalk, Linee di trasmissione ideali, Linee di trasmissione non terminate, Terminazioni serie, parallelo e intermedie.
• Tecniche di misura  (3 ore): Tempo di salita e banda delle sonde di un oscilloscopio, Effetti del loop di massa delle sonde, Effetti di carico delle sonde, Correnti di schermo, Misurare il crosstalk.

Metodi didattici

l corso è organizzato nel seguente modo:

• lezioni in aula su tutti gli argomenti del corso;
• esercitazioni in aula su schede a microntrollore per lo sviluppo di progetti applicativi della parte teorica.

Modalità di verifica dell'apprendimento

L'esame può essere svolto con due modalità differenti:

1. Esame scritto con domande chiuse e aperte sugli argomenti trattati durante il corso.

2. Progetto. L'esame si svolge discutendo la relazione sul progetto assegnato durante il corso.

Per superare l’esame è necessario acquisire un punteggio minimo di 18 su 33.

 

Testi di riferimento

K.D. Chang, "Digital Design and Modeling with VHDL and Synthesis", IEEE Computer Society Press + appunti forniti dal docente.

Docente: Prof.  Augusto Pieracci