10907 - ELETTRONICA DEI SISTEMI DIGITALI

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso lo studente: - possiede le conoscenze per effettuare valutazioni critiche e scelte di progetto sulle principali architetture digitali di calcolo, elaborazione, comunicazione, memorizzazione dati - possiede competenze di base nella progettazione di sistemi digitali assistita da calcolatore e nei linguaggi di descrizione dell'hardware - è in grado di progettare semplici sistemi digitali basati su logiche programmabili e dispositivi a microcontrollore.

Contenuti

INTRODUZIONE: Introduzione ai circuiti e sistemi digitali.

ARCHITETTURE DI CALCOLO ED ELABORAZIONE: Architettura dei Field-Programmable Gate Arrays. Considerazioni su granularità, area e prestazioni. Struttura di blocchi logici, switch e interconnessioni. Esempi di architetture di dispositivi FPGA. Microprocessori, classificazioni, architetture ed esempi. Gestione del parallelismo tramite architetture superscalari e VLIW. Microcontrollori. Il microcontrollore Microchip PIC18F, architettura, principali periferiche, gestione delle interruzioni. DSP: principali caratteristiche e confronto con microprocessori general-purpose. Programmazione dei sistemi a microcontrollore, con esempi in linguaggio C. Esercitazioni in laboratorio: progetto e programmazione di sistemi a microcontrollore elementari.

PROTOCOLLI DI COMUNICAZIONE: Protocolli di hand-shake e porte parallele. Comunicazioni tramite porte seriali UART. Protocollo SPI. Protocollo I2C. Protocollo 1-wire. Protocollo USB. 

VHDL: Storia e scopo del linguaggio. VHDL come strumento di progetto. Flusso di progettazione per dispositivi FPGA. Entity e architecture. Statement concorrenti. Descrizioni strutturali e componenti. Operatori in VHDL. Operazioni aritmetiche in VHDL. Processi e costrutti sequenziali associati. Logiche sequenziali e registri. Regole di descrizione per VHDL sintetizzabile. Stile di descrizione RTL. Descrizione di macchine a stati finiti. Esempi di progetto e casi di studio. Esercitazioni di laboratorio: progetto, simulazione e sintesi logica di sistemi digitali tramite software CAD dedicato e schede di sviluppo FPGA.
 

Testi/Bibliografia

Dispense del corso disponibili online su Virtuale.

Per approfondimenti, è possibile consultare:

R. Jasinski, "Effective Coding with VHDL. Principles and practice", MIT Press, 2016

D. Perry, "VHDL. Programming by examples", McGraw-Hill Professional; 4th edition, 2002

F. Zappa, "Microcontrollers. Hardware and Firmware for 8-bit and 32-bit devices", 1st edition, 2017, Esculapio

J. Rose, A. El-Gamal, A. Sangiovanni-Vincentelli, "Architecture of Field-Programmable Gate Arrays", Proc. IEEE, vol. 81, n. 7, July 1993, pp.1013-1029

Metodi didattici

Durante l'attività didattica, una parte rilevante delle ore di lezione sarà dedicata a lezioni ed esercitazioni pratiche da svolgersi presso il laboratorio di elettronica al fine di apprendere l'uso dei linguaggi di descrizione hardware e degli strumenti software di progettazione di sistemi digitali assistita da calcolatore. Saranno previste esercitazioni a carattere pratico-progettuale su sistemi FPGA e a microcontrollore utilizzando software e hardware disponibile presso i laboratori.

In considerazione della tipologia di attività e dei metodi didattici adottati, la frequenza alle attività di laboratorio di questa attività formativa richiede la preventiva partecipazione di tutti gli studenti ai Moduli 1 e 2 di formazione sulla sicurezza nei luoghi di studio, in modalità e-learning.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

L'esame sarà composto da due prove di accertamento. Il punteggio finale sarà calcolato effettuando la media dei punteggi ottenuti nelle due prove, che dovranno essere necessariamente sopra la soglia della sufficienza.

La prima prova è a carattere pratico e verrà svolta presso il laboratorio di elettronica con l'ausilio del calcolatore: consiste nella progettazione, simulazione e sintesi di una rete digitale utilizzando il linguaggio di descrizione hardware VHDL e gli strumenti di sviluppo presentati nel corso. Le specifiche del problema da risolvere saranno illustrate nel testo consegnato all'inizio della prova. Ai fini della valutazione saranno considerati rilevanti la correttezza dell'impostazione del progetto logico, la correttezza dell'implementazione VHDL del progetto, la capacità di validare il funzionamento della rete digitale progettata mediante l'applicazione di opportuni segnali esterni in simulazioni digitali.

La seconda prova ha carattere orale e dovrà accertare la conoscenza teorica e critica da parte dello studente dei contenuti presentati in aula a lezione: consiste nella discussione di quesiti sulle relative parti di programma del corso. Ai fini della valutazione saranno considerati rilevanti la comprensione dei contenuti del corso e la capacità di ragionamento sugli stessi, oltre ad un utilizzo corretto del linguaggio tecnico della disciplina.

In ogni appello vi sarà la possibilità di svolgere entrambe le prove. Per sostenere la seconda prova sarà comunque necessario avere ottenuto una valutazione positiva nella prima prova. La seconda prova potrà essere svolta sia nel medesimo appello in cui è stata superata la prima prova che in appelli diversi.

 

Strumenti a supporto della didattica

Videoproiettore, PC. Dispense on-line. Laboratorio di elettronica per apprendere tecniche e strumenti per la progettazione assistita da calcolatore di sistemi digitali e per la realizzazione e la programmazione di sistemi digitali basati su FPGA e su microcontrollori. Schede di sviluppo per FPGA e microcontrollori da utilizzare durante esercitazioni e lezioni pratiche.

 

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Aldo Romani