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LABORATORIO DI ELETTRONICA GENERALE

Anno accademico e docente
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English course description
Anno accademico
2022/2023
Docente
MIRCO ANDREOTTI
Crediti formativi
12
Periodo didattico
Annualità Singola
SSD
FIS/01

Obiettivi formativi

Fornire agli studenti le conoscenze di base di elettronica digitale e analogica, funzionamento dei microcontrollori, trasduttori e fornire gli strumenti per la progettazione di sistemi di misura e acquisizione dati.

Gli studenti acquisiranno le capacità per comprendere e progettare tutte le parti che compongono un setup di test sperimentale, a partire dalla misura di grandezze fisiche con trasduttori e/o rivelatori di eventi fisici specifici per arrivare all'acquisizione dei dati su PC.
Gli studenti acquisiranno conoscenze base sul principio fisico di funzionamento di semplici trasduttori per la misura di una grandezza fisica in segnale elettrico analogico.
Gli studenti saranno in grado di progettare semplici circuiti analogici per il trattamento del segnale analogico, per esempio eliminazione del rumore, amplificazione del segnale, accoppiamento elettrico con altri dispositivi.
Gli studenti conosceranno come digitalizzare un segnale analogico e saranno quindi in grado di progettare semplici circuiti digitali per la trattazione del segnale digitale. In questa fase saranno in grado di gestire smistatori si segnali, contatori e registri a scorrimento.

Nell'ambito della programmazione di microcontrollori e con le conoscenze di elettronica digitale, impareranno a progettare firmware per l'elaborazione dei segnali digitali con i microcontrolli al posto dei circuiti digitali.

Nell'ambito dell'argomento acquisizione dati, gli studenti saranno in grado di definire e utilizzare protocolli di comunicazione standard (seriale, udp etc etc) al fine di trasferire le informazioni dai microcontrollori, o apparati elettronici commerciali, al PC per l'analisi e l'archiviazione dei dati.

Prerequisiti

Nozioni acquisite nel corso di Analisi I.
Sistemi di numerazione, numeri complessi, funzioni trigonometriche, derivate, integrali, studio di funzioni.

Contenuti del corso

MODULO: Laboratorio di Elettronica (60 ore)

Elettronica digitale. 30 ore

6 ore teoria + 3 ore di laboratorio
Algebra di Boole. Porte logiche fondamentali. Tavole della verità, variabili e funzioni logiche. Semplificazione delle funzioni logiche con le mappe di Karnaugh. Porte universali e loro applicazioni.

6 ore teoria + 3 ore di laboratorio
Logica combinatoria: circuito di abilitazione, TRUE/FALSE, MUX, DEMUX, comparatori, codificatori e convertitori.

6 ore teoria + 3 ore di laboratorio
Logica sequenziale. Cella di memoria, Flip Flop Set Reset, JK, contatori e registri a scorrimento.

3 ore teoria
Uscite Totem Pole, Open Collector e Three state. Bus di comunicazione.
Esempi di applicazioni: introduzione dati da tastiera, circuiti per la somma e la differenza, comunicazione dati tramite bus, misure di tempi e frequenze di segnali TTL.

Elettronica Analogica. 30 ore

3 ore teoria
Grandezze analogiche, trasformata di Fourier, numeri complessi.

6 ore teoria + 3 ore di laboratorio
Blocchi analogici, principali bipoli ideali e reali, legge di Ohm.
Reti elettriche in regime continuo: teoremi di Kirchhoff, di Thevenin, principio di sovrapposizione.

6 ore teoria + 3 ore di laboratorio
Gli elementi reattivi: condensatore e induttanza e loro funzionamento in risposta a un gradino.
Reti elettriche in regime sinusoidale, impedenza, rappresentazione delle grandezze sinusoidali con i vettori di Fresnel.
Filtri, funzioni di trasferimento, il partitore compensato.

6 ore teoria + 3 ore di laboratorio
L'amplificazione, gli amplificatori operazionali, la retroazione. AO in connessione invertente e non, AO come inseguitore di tensione e le loro principali applicazioni.


MODULO: Laboratorio di sistemi elettronici di misura (60 ore)


3 ore teoria
Panoramica sui setup sperimentali e loro composizione.
Cenni sui trasduttori, panoramica sul trattamento dei segnali analogici, conversione in digitale, trattazione delle informazioni digitali, acquisizione con microcontrollori e invio dati su PC.

15 ore teoria + 6 ore di laboratorio
Programmazione microcontrollori con IDE Arduino.
Come scrivere un programma utente efficiente.
Debug di un programma su microcontrollore.
Comandi di alto e basso livello.
Uso delle funzioni di interrupt e dei timer/counter.

15 ore teoria + 6 ore di laboratorio
Software Python per interfacciare PC ai microcontrollori o altri dispositivi di misura commerciali con comunicazioni standard.
Struttura di un software di controllo e acquisizione dati.
protocolli di comunicazione seriali e di rete. Esempi pratici di comunicazione seriale e udp.

15 ore laboratorio
Progettazione di un semplice setup sperimentale composto da: misura grandezza, acquisizione misura in digitale con microcontrollore e software per sistema di controllo, acquisizione, analisi e archiviazione dati.

Metodi didattici

Lezioni teoriche/esercitazioni.

Modalità di verifica dell'apprendimento

Le abilità nella comprensione dei contenuti del corso viene valutata durante le esperienze pratiche di laboratorio.
Le conoscenze teoriche e le abilità acquisite durante le esperienze saranno poi valutate con un esame orale.

Testi di riferimento

J. Millman, "Circuiti e sistemi microelettronici"
Horowitz & Hill, "The Art of Electronics"
Dispense date dal Docente