B013317 - ELETTRONICA GENERALE I

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Logica combinatoriale. Logica sequenziale. Progettazione di circuiti digitali e sintassi VHDL. DAC e ADC. Microcontrollore Arduino. Macchine logiche sincrone e asincrone, problematiche di temporizzazioni segnali. Errori logici e loro trattamento. Utilizzo di una scheda con FPGA, DAC e interfaccia seriale RS232. Misura della non-linearità di un ADC mediante campionamento di onda triangolare generata dal DAC.

D. Naylor and S. Jones, “VHDL: a logic synthesis approach”, Chapman & Hall, 1997
Z. Navabi, “VHDL. Analysis and modeling of digital systems”, McGraw-Hill, 1993
S. Rajan, “Essential VHDL: RTL synthesis done right”, CL Books, 1997

Conoscenza e comprensione di: logica combinatoriale e sequenziale, circuiti digitali integrati (FPGA e ASIC), loro descrizione formale in linguaggio VHDL, corrette metodologie di codifica e verifica del progetto, casistiche di errori logici e loro trattamento.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione per: realizzazione di tipici esempi di circuiti digitali di varia complessità su FPGA, dalla fase di codifica VHDL alla fase di simulazione e infine alla fase di verifica in laboratorio sul dispositivo FPGA configurato; realizzazione di interfacce digitali con sistema Arduino.
Autonomia di giudizio: scelte di ottimizzazione della descrizione formale di un circuito digitale, di minimizzazione dei potenziali errori logici, di controllo della temporizzazione e quantità di dati trattati dal circuito.

Elementi di elettronica analogica, inclusi: circuiti elettrici, struttura dei semiconduttori e delle principali tipologie di transistor. Utilizzo di programmi testuali e a finestre su PC e delle strumentazioni di base del laboratorio elettronico (oscilloscopio, stazione saldante).

Lezione frontale con presentazione a schermo, dispense, attività di laboratorio con esercitazioni pratiche, realizzazione circuiti e misure.

Prova orale. Discussione analitica di uno dei progetti logici realizzati dallo studente in laboratorio, descrizione delle caratteristiche della struttura logica, delle mancate ottimizzazioni in funzione dell’applicazione desiderata, delle problematiche riscontrate e come potrebbero essere risolti. Generalizzazione dalla specifica casistica riscontrata al caso generale.
Criteri di valutazione: capacità di organizzare la conoscenza; capacità di ragionamento critico e analitico sul progetto realizzato; competenza nell’impiego del lessico tecnico; capacità di astrazione dalla specifica casistica alla problematica generale.

- Lezioni frontali.
Logica combinatoriale. Porte elementari. Algebra booleana. Codificatore e decodificatore. Porta XOR, circuto di parità, comparatore. Sommatore. Look ahead logic.
Logica sequenziale. Latch. Flip-Flop. Contatore e registro a scorrimento.
Cenni alla struttura dei circuiti integrati (FPGA e ASIC). Descrizione funzionale di circuiti logici. Progettazione a blocchi gerarchici. Elementi base di sintassi VHDL.
Compilazione e verifica di un progetto HDL: sintesi del circuito logico, configurazione del dispositivo, simulazione funzionale e temporale, prove in laboratorio.
Esempi di progettazione avanzata in VHDL. Concetto di macchina logica sincrona e asincrona. Temporizzazioni dei segnali nel circuito e relazione con setup/hold time. Illustrazione delle principali casistiche applicative.
Upset ed errore logico in un circuito sincrono. Upset in un circuito asincrono e risincronizzazione senza errore logico. Upset da perturbazioni esterne, esempi di ridondanza logica e di sistemi di rivelazione dell'errore logico.
DAC, nozioni su circuiti operazionali. ADC, errore di conversione. Non-linearità differenziale e integrale dell’ADC, metodo di misura con onda triangolare.
Microcontrollore Arduino. Descrizione dei componenti e del software di programmazione.
- Laboratorio.
Realizzazione di una scheda con FPGA, DAC e interfaccia seriale RS232. Progettazione della macchina a stati su FPGA. Utilizzo della scheda per generazione di un’onda triangolare in ingresso all’ADC integrato nel microcontrollore Arduino.