35314 - ELETTRONICA APPLICATA ALL'AEROSPAZIO LM

Conoscenze e abilità da conseguire

Lo studente al termine del corso possiede conoscenze utili a praticare condizionamento del segnale, acquisizione dati ed elaborazione dell'informazione con particolare riferimento ad applicazioni aerospaziali. Inoltre è educato a leggere documentazione tecnica, ad interpretare risultati di simulazioni circuitali e ad utilizzare formalismi, notazioni e indici di merito che ne favoriscano il proficuo inserimento in team interdisciplinari comprendenti esperti di information-technology ed elettronica.

Contenuti

Modulo 1: Introduzione ai sistemi integrati:

· Elementi che costituiscono un sistema elettronico integrato

· Ciclo di vita di un sistema integrato, dalla progettazione al mantenimento

Modulo 2: Il transistor MOS:

· Principi di funzionamento

· Modello ai grandi segnali del transistor

· Capacità parassite

Modulo 3 Digitale e analogico:

· Introduzione ai segnali digitali e analogici

· Rapporto segnale rumore

· Rigenerazione dei segnali digitali

Modulo 4: Logica combinatoria

· Il NOT o invertitore come base per lo studio delle porte logiche

· Realizzazione del NOT con CMOS, e sue non idealità

· Ritardi di propagazione e potenza dinamica dissipata

· Porte logiche: i mattoni della logica combinatoria

· Sintesi di logica combinatoria: forme canoniche

· Tecnologie costruttive con esempi: TTL e CMOS

Modulo 5: Elementi generici dei sistemi elettronici integrati

· Regolatori di tensione di tipo lineare e switching

· Diodi, principi di funzionamento, tipologie e usi

· Condensatori e induttanze

Modulo 6: Tecnologie per sensori

· Introduzione alle tecnologie costruttive per sensori

· Indici di merito (precisione accuratezza, latenza, banda passante)

Modulo 7: Sensori resistivi

· Esempi di sensori resistivi per diverse misurazioni (temperatura, deformazione, spostamento)

· Introduzione all'OPAMP in retroazione come mattone base per il condizionamento

· Utilizzo dell'OPAMP per eccitazione a corrente costante di sensori resistivi

· Utilizzo dell'OPAMP per amplificazione single ended e differenziale

· Filtraggio passa basso con OPAMP

· Ponti di misura: correzione di non-linearità o dipendenze indesiderate

· Ponte di Wheastone bilanciato e sbilanciato

Modulo 8: Sensori capacitivi

· Esempi di sensori capacitivi per diverse misurazioni

· Circuiti di condizionamento per sensori capacitivi

· Rivelatori AM

· Circuiti di tipo switched

Modulo 9: Encoders

· Sensori con uscita digitale o quasi digitale

· Encoder incrementali e assoluti

Modulo 10: Conversione AD e DA

· La conversione da analogico a digitale

· Aliasing, rumore di quantizzazione e clock jitter

· Esempi costruttivi di DAC (resistenze pesate e ladder R-2R)

· Esempi costruttivi di ADC (flash, doppio stadio, pipeline, doppia rampa, sigma-delta)

Modulo 11: Tecnologie per l'attuazione

· Segnali definiti nel dominio del tempo per il controllo (PWM)

· Dispositivi per il controllo di potenza: Power MOSFET

· Esempio di utilizzo di Power MOSFET per il controllo di motore DC con ponte ad H

Modulo 12: Componenti per il processing

· Macchine digitali con memoria: la logica sequenziale

· Definizione formale di macchina agli stati finiti

· Macchine sequenziali sincrone e asincrone

· La memoria come macchina sequenziale asincrona: latch e flip-flop

· Analisi e sintesi con esempi di macchine sequenziali sincrone

· Il microcontrollore: introduzione all'utilizzo del dispositivo

· Struttura, memoria e periferiche del microcontrollore con riferimento al dispositivo di esempio ATMEL ATMega1280

· Introduzione alla logica programmabile, di cosa si tratta, che tipologie esistono e quando si utilizza

Modulo 13: Effetti delle radiazioni

· L'ambiente radiativo spaziale

· Effetti sui dispositivi elettronici (TID e SE) e contromisure

Modulo 14: Esempio di un sistema integrato

· Micro-satellite per orbita bassa, funzionalità, sensori, attuatori e sottosistemi

Modulo 15: Linguaggi di programmazione

· Strutture logiche fondamentali comuni ai linguaggi di programmazione, con esempi riferiti al linguaggio C

· Compilazione, linking e laoding

· Introduzione al linguaggio per la programmazione di logica, il VHDL (con semplici esempi applicativi)

Modulo 16: Sistemi operativi per elettronica integrata

· Elementi di un sistema operativo

· Task e scheduling

Modulo 17: Debugging

· Strumenti per la ricerca e correzione di errori

· Suggerimenti per la buona programmazione

Modulo 18: Protocolli di comunicazione

· SPI, USART, I2C e CAN

Testi/Bibliografia

Il principale materiale scritto a cui gli studenti devono fare riferimento consiste negli appunti presi a lezione.

Il corso infatti presenta e compendia diversi elementi ed aspetti dell'elettronica rendendoli accessibili a studenti per i quali l'elettronica non è la prima disciplina. Pertanto non è possibile fare riferimento a un unico testo che risulterebbe troppo specializzato.

Possono venire consigliati alcuni volumi di approfondimento:

· Jan M. Rabaey “Digital Integrated Circuits - A Design Perspective. 2 nd edition”

· Ramon Pallàs-Areny “Sensor And Signal Conditioning”

· James K. Peckol "Embedded Systems: A Contemporary Design Tool“

Metodi didattici

Il corso consiste in:

• Lezioni teoriche svolte in aula con l'ausilio del videoproiettore;

• Esercizi svolti in aula.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

La verifica del livello di competenza raggiunto avviene mediante esame finale scritto. L'esame finale scritto è diviso in due parti

- 16 punti assegnati con 8 domande a risposta multipla (possono comprendere brevi esercizi o teoria): +2 per risposta corretta, -1 per risposta sbagliata, 0 per risposta non data

- 16 punti assegnati con 4 domande che richiedono una risposta più articolata (massimo una pagina)

Strumenti a supporto della didattica

Durante il corso si farà uso di:

• Videoproiettore e diapositive

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Alessandro Avanzi