- Docente: Aldo Romani
- Crediti formativi: 6
- SSD: ING-INF/01
- Lingua di insegnamento: Italiano
- Modalità didattica: Convenzionale - Lezioni in presenza
- Campus: Cesena
- Corso: Laurea in Ingegneria elettronica, informatica e telecomunicazioni (cod. 8196)
Conoscenze e abilità da conseguire
Al termine del corso lo studente: - conosce gli elementi e le strutture di base dell'elettronica digitale a livello di dispositivo, circuitale, di porte e famiglie logiche - 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.Caratteristiche, prestazioni e fattori di merito delle
famiglie logiche e dei circuiti digitali.
LOGICHE DIGITALI(*): Principi di funzionamento e caratteristiche
elettriche di diodi a giunzione e transistori MOSFET. Logiche MOS
statiche: CMOS, pseudo-nMOS, logiche a pass transistors. Logiche
CMOS dinamiche: logiche domino CMOS, np-CMOS. Analisi di
caratteristiche statiche e di commutazione di logiche digitali.
Consumo di potenza nei circuiti digitali.
CIRCUITI LOGICI SEQUENZIALI (*). Principio di bistabilità e
concetto di stato del circuito. Latch a multiplexer, realizzazione
CMOS e nMOS. Registri master-slave ed edge-triggered. Tempi di
setup, hold e propagazione di un registro: definizione e
interpretazione. Registri dinamici e C2MOS
MEMORIE A SEMICONDUTTORE (*): Struttura e organizzazione. Circuiti
di decodifica. RAM statiche, cella elementare e funzionamento.
Sense amplifier. RAM dinamiche, cella elementare e funzionamento.
Il transistore floating-gate. Dispositivi di memorizzazione basati
su floating gate: EPROM, E2PROM e FLASH.
ARCHITETTURE DI CALCOLO ED ELABORAZIONE: Architettura dei
Field-Programmable Gate Arrays. Considerazioni su granularità, area
e prestazioni. Struttura di blocchi logici, switch e
interconnessioni. Architetture dei principali dispositivi Altera.
Microprocessori, classificazioni, architetture ed esempi.
Microntrollori. Il microcontrollore Microchip PIC. DSP:
caratteristiche e confronto con microprocessori general-purpose.
Esercitazioni in laboratorio: progetto 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. Cenni al
protocollo JTAG.
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. Processi e costrutti sequenziali
associati. Logiche sequenziali e registri. Regole di descrizione
per VHDL sintetizzabile. Descrizione di macchine a stati finiti.
Esempi di progetto e casi di studio. Esercitazioni di laboratorio:
progetto di sistemi digitali tramite schede di sviluppo.
( NOTA(*): Il programma degli insegnamenti mutuati da 6 CFU non
comprende gli argomenti relativi alle LOGICHE DIGITALI, CIRCUITI
LOGICI SEQUENZIALI, MEMORIE A SEMICONDUTTORE)
Testi/Bibliografia
D. Esseni, "Fondamenti di Circuiti Digitali Integrati",
SGEditoriali Padova, ISBN 88-89884-01-0
J. Rabaey, A.Chandrakasan, B.Nikolic: “Digital Integrated Circuits:
A design perspective”/“Circuti integrati digitali: l'ottica del
progettista”, 2nd /3rd Edition, Prentice Hall 2003
D. Perry, "VHDL. Programming by examples", McGraw-Hill
Professional; 4th edition, 2002
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
Dispense del corso disponibili online
Metodi didattici
Oltre alla normale attività didattica, potranno essere previsti
durante il corso alcuni seminari tenuti da esperti del settore, di
estrazione universitaria e aziendale. Nell'attività didattica un
congruo numero di ore sarà inoltre dedicato a lezioni ed
esercitazioni pratiche da svolgersi presso i laboratori di
informatica ed elettronica della facoltà al fine di apprendere
l'uso dei linguaggi di descrizione hardware e degli strumenti di
progettazione digitale assistita da calcolatore. Saranno previste
esercitazioni a carattere pratico-progettuale su sistemi a
microcontrollore/FPGA utilizzando hardware disponibile presso i
laboratori.
Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento
L'esame sarà composto da due prove di accertamento che possono
essere sostenute in modo indipendente l'una dall'altra, sia nel
medesimo appello che in appelli diversi. La prima 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 tre quesiti sulle relative parti di
programma del corso. La seconda prova è a carattere pratico e verrà
svolta presso il laboratorio informatico 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 durante la prova.
Strumenti a supporto della didattica
Videoproiettore, PC, lavagna luminosa. Dispense on-line.
Laboratorio informatico per lo svolgimento di esercitazioni
inerenti la progettazione assistita da calcolatore di sistemi
digitali. Laboratorio di elettronica per la realizzazione e
programmazione di sistemi digitali a microcontrollore/FPGA. Schede
di sviluppo per FPGA e microcontrollori utilizzate durante le
esercitazioni.
Link ad altre eventuali informazioni
http://www-micro.deis.unibo.it/cgi-bin/dida?~romani/www/Dida03
Orario di ricevimento
Consulta il sito web di Aldo Romani