FONDAMENTI E LABORATORIO DI ELETTRONICA DIGITALE

Crediti: 
9
Sede: 
PARMA
Anno accademico di offerta: 
2021/2022
Responsabile della didattica: 
Settore scientifico disciplinare: 
ELETTRONICA (ING-INF/01)
Semestre dell'insegnamento: 
Primo Semestre
Anno di corso: 
1
Lingua di insegnamento: 

ITALIANO

Obiettivi formativi

Il corso fornisce gli elementi introduttivi alla comprensione del funzionamento dei sistemi digitali. Al termine del corso, lo studente acquisisce una visione funzionale dei sistemi digitali, ed è in grado di completare le prime esperienze progettuali e familiarizzare con alcuni degli strumenti CAD di base (quest'ultima parte è svolta nella parte di laboratorio del corso).
In questa parte di laboratorio, il corso fornisce gli elementi introduttivi alla comprensione del funzionamento dei sistemi digitali. Al termine del corso, lo studente acquisisce una visione funzionale dei sistemi digitali, familiarizza con alcuni degli strumenti di simulazione ed è in grado di completare semplici esperienze progettuali impiegando schede di sviluppo a basso costo.

Prerequisiti

no

Contenuti dell'insegnamento

- Introduzione ai concetti base della teoria dell’informazione quali: modello di astrazione logica, segnali, sensori e attuatori, funzioni logiche.
- Progetto di reti logiche combinatorie mediante blocchi costitutivi elementari
- Progetto e sintesi di reti combinatorie.
- Blocchi circuitali complessi
- Progetto e sintesi di logiche sequenziali
- Architetture dei sistemi digitali

Attività di laboratorio
Questa parte del corso sarà svolta con 24 ore di lezione. Essa si propone di fornire allo studente i criteri generali per analizzare il comportamento di circuiti elettronici digitali di base attraverso l’impiego di ambienti di simulazione e/o schede di sviluppo tipo Arduino. Perciò, durante lo svolgimento del corso sono proposte lezioni di laboratorio sui seguenti argomenti:

- Flusso di progettazione dei sistemi digitali

- Schede di sviluppo programmabili

- Descrizione di circuiti logici e sequenziali

- Simulazione e programmazione middleware con schede di sviluppo.

Programma esteso

Concetti base della teoria dell’informazione (6h)
- Modello e livelli di astrazione logica
- I segnali: rappresentazioni analogica, digitale
- I trasduttori: sensore e attuatore
- Conversione A/D e D/A
- Sistema numerico binario
- Funziona logica
- Concetti di black-box, I/O, elaborazione, memoria, controllo

Fondamenti di reti logiche combinatorie (6h)
- Porte logiche
- Operazioni ed espressioni logiche
- Algebra di Boole
- Teoremi di De Morgan

Sintesi di circuiti digitali (10 h)
- Tabella della verità
- Funzioni canoniche
- Mappe di Karnaugh
- Minimizzazione logica
- Problema dei ritardi e delle alee

Blocchi costitutivi combinatori (4h)
- Multiplexer, Decoder, Half Adder, Full Adder

Fondamenti di reti logiche sequenziali (16h)
- Latch e Flip-Flop
- Sintesi di reti sincrone
- Macchine a Stati Finiti
- Temporizzazioni delle logiche sequenziali

Cenni di Architetture Digitali (6h)
- Circuiti aritmetici, contatori, registri a scorrimento
- Memorie ROM, RAM
- ALU
- Matrici logiche: PAL e PLA
- Circuiti programmabili (FPGA)
- Schema funzionale di un uProcessore

Attività di laboratorio
INTRODUZIONE A QUESTA PARTE DEL CORSO (2 ore)

INTRODUZIONE A MATLAB E SIMULINK (10 ore)
- Variabili e Workspace di MATLAB;
- Strumento Figure di MATLAB;
- Modelli di reti logiche con Simulink per la simulazione di transitorio con ingressi variabili nel tempo;
- Elementi fondamentali in Simulink, quali porte logiche, costanti, Signal Builder e Scope;
- Esercitazioni con diversi circuiti digitali.

INTRODUZIONE ALLE SCHEDE DI SVILUPPO PROGRAMMABILI (4 ore):
- Microcontrollori e microprocessori;
- Siti di riferimento;
- Dettagli sulla scheda Arduino UNO;
- Cenni ad altre schede;
- Introduzione agli shield;
- Introduzione a Thinkercad.

AMBIENTE DI PROGRAMMAZIONE E SIMULAZIONE DI ARDUINO (2 ore):
- download e installazione di IDE;il bootloader;
- lo sketch (loop e setup);
- Hello Led! (programmazione del primo esempio).

IMPLEMENTAZIONE DI MODELLI PER LA SIMULAZIONE DI RETI COMBINATORIE E SEQUENZIALI (6 ore):
- Programmazione di Arduino per l’implementazione di reti logiche combinatorie e sequenziali.

Bibliografia

- S. L. Harris, D.M. Harris, “Sistemi digitali e architettura dei calcolatori”, Zanichelli editore

- M. Morris Mano, C.R. Kime, "Reti Logiche", Pearson Prentice Hall

- R. Laschi, M. Prandini, "Reti Logiche", Progetto Leonardo, Bologna
- Paolo Aliverti, Il manuale di Arduino: Guida completa, zeppelinmaker.it

Per la parte di laboratorio:
- ESERCIZI DI AUTOMAZIONE di Gianfranco Annessa, ISBN 9781291240368

Oltre a questi libri, per lo studio della parte di laboratorio, gli studenti potranno utilizzare le note di quanto esposto durante le lezioni e le esercitazioni, che saranno resi disponibili sulla piattaforma Elly.

Metodi didattici

Il corso di articola in lezioni orali che costituiscono la base per la comprensione e l'elaborazione critica dei temi trattati. Vengono regolarmente proposte esercitazioni per sviluppare le capacità applicative e progettuali degli studenti.

Nella parte di laboratorio saranno impiegati diversi software applicativi.
Le stesse applicazioni software, oltre a permettere di simulare delle reti logiche, consentiranno di programmare delle schede hardware per la prototipazione, tipo Arduino.

Modalità verifica apprendimento

L'esame prevede una valutazione delle attività di laboratorio e una prova scritta con esercizi sugli argomenti trattati durante il corso.
Per accedere alla prova scritta del modulo 1 del corso è necessario superare la prova di laboratorio, che consisterà nello sviluppo di un progetto concordato con il docente delle attività di laboratorio.

Altre informazioni

Tutte le informazioni relative al corso sono reperibili nel portale internet:
http://elly2021.dia.unipr.it/