Corso di laurea magistrale in Ingegneria elettronica
Anno accademico 2016/2017 - 2° anno
SISTEMI ELETTRONICI
Docente titolare dell'insegnamento
ALFIO DARIO GRASSOObiettivi formativi
Il corso ha l’obiettivo di introdurre lo studente del corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Elettronica nelle problematiche connesse alla progettazione e allo sviluppo di sistemi elettronici. Il termine "sistema" viene inteso come insieme di componenti elettronici passivi e attivi, anche complessi, opportunamente interconnessi e residenti su una o più schede elettroniche, a loro volta alloggiate in una o più unità elettroniche. Il corso, in particolare, si propone di illustrare il flusso di progettazione che consente di passare dal livello transistore al sistema elettronico complesso.
Prerequisiti richiesti
Conoscenza delle nozioni impartite nel corso di Elettronica Digitale
Frequenza lezioni
Non obbligatoria ma vivamente consigliata
Contenuti del corso
1. Introduzione al corso
2. Richiami di logica Booleana
3. Macchine di stato
4. Sottosistemi e circuiti di elaborazione aritmetica
5. Flusso di progetto: livelli di astrazione; strumenti progettuali
6. Metriche di progetto per i sistemi VLSI
7. Elementi di progettazione di Printed Circuit Boards
8. Simulazione e sintesi con VHDL
9. Introduzione ai microcontrollori
Testi di riferimento
1. M. Olivieri, Elementi di Progettazione dei sistemi VLSI (volume I e II), Edises, 2005
2. N. Weste, D. Harris, CMOS VLSI Design (3rd edition), Addison Wesley, 2004.
3. J. Rabaey, A. Chandrakasan, B.Nikolic, Digital Integrated Circuits (2nd edition), Prentice Hall, 2003.
4. Comer, Digital Logic & State Machine Design (3rd ed.), Oxford University Press, 1995.
5. H. Johnson, M. Graham, High Speed Digital Design: A Handbook of Black Magic, Prentice Hall, 1993
6. J. Davies, MSP430 Microcontroller Basics, Elsevier, 2008.
Altro materiale didattico
La piattaforma studium.unict.it contiene il materiale didattico del corso
http://studium.unict.it/dokeos/2017/courses/5025/
Programmazione del corso
| * | Argomenti | Riferimenti testi | |
| 1 | 1. Introduzione al corso Contenuti, modalità di svolgimento lezioni, modalità di svolgimento esami. Breve storia dell'elettronica. Schema a blocchi di un sistema elettronico. | Testo 2: cap. 1 Testo 3: cap. 1 | |
| 2 | 2. Richiami di logica Booleana Postulati e teoremi. Minimizzazione delle funzioni a singola uscita. Mappe di Karnaugh, Minimizzazione delle funzioni a più variabili. | Testo 1: cap. I.2 Testo 3: cap. 5 | |
| 3 | * | 3. Macchine di stato Modello di Mealy, modello di Moore. Contatori sincroni. Introduzione alla rappresentazione ASM. Progettazione dei blocchi IFL e criteri per la codifica degli stati. Progettazione di OFL, eliminazione dei glitch, stati ridondandi. | Testo 4: cap. 5, 6, 7. |
| 4 | * | 4.1 Sottosistemi e circuiti di elaborazione aritmetica Schema a blocchi di un processore: data path, control path, memoria, I/O. Rappresentazione numerica nei sistemi digitali. Sommatori: circuiti per la somma, implementazione del full adder, mirror adder | Testo 1: cap. II.11 Testo 2: cap. 11 |
| 5 | * | 4.2 Manchester carry chain. Architetture di sommatori: ripple carry, carry bypass, carry select, carry lookahead, Kogge&Stone. Architetture di moltiplicatori: array, carry save, algoritmo di Booth. Shifters. | Testo 1: cap. II.11 Testo 2: cap. 11 |
| 6 | * | 5. Flusso di progetto: livelli di astrazione; strumenti progettuali Flusso di progettazione di un sistema VLSI: metodologie custom, semi-custom, standard-cell, programmable logic devices. Architetture PLA, PAL, CPLD e FPGA. Progettazione platform based | Testo 1: cap. II.2 Testo 2: cap. 1, 14 Testo 4: cap. 8 |
| 7 | * | 6.1 Metriche di progetto per i sistemi VLSI Stima dei costi di un IC. Interconnessioni in un circuito integrato: stima del ritardo di propagazione. Crosstalk capacitivo. Rumore di alimentazione nei sistemi digitali. | Testo 1: cap. II.1 Testo 2: cap. 6, 7, 13 |
| 8 | * | 6.2 Robustezza dei sistemi VLSI: PVT variability, corner analysis, simulazoni Monte Carlo. Esercitazioni con il simulatore LTSpice. | Testo 1: cap. II.1 Testo 2: cap. 6, 7, 13 Testo 3: cap. 1, 4, 9 |
| 9 | * | 7.1 Elementi di progettazione di Printed Circuit Boards Materiali e tecnologia. Package dei componenti passivi e attivi. Classificazione dei componenti passivi: tecnologie PTH e SMD. Condensatori e induttori reali. Termistori PTC e NTC, varistori, TVS. | Testo 3: cap. 4 Testo 5: cap. 4, 5 |
| 10 | * | 7.2 Signal e power integrity nei PCB: condensatori di bypass, linee di trasmissione. Cenni sulla compatibilità elettromagnetica. Esercitazioni con il simulatore LTSpice. | Testo 3: cap. 4 Testo 5: cap. 4, 5 |
| 11 | 8. Simulazione e sintesi con VHDL Costrutti di base, definizione entity e architecture, configuration, package, testbench, modellazione ritardi e statements concorrenti, processi, costrutti di controllo. Descrizione di una macchina a stati in VHDL. Eserc. | Testo 1: cap. II.3 | |
| 12 | 9.1 Introduzione ai microcontrollori Architettura dei microcontrollori TI MSP430. Gestione dei registri di configurazione. Uso delle porte di I/O. La gestione degli interrupt. Uso della periferica USCI in modalità UART. | Testo 6: cap. 1, 2, 5, 8 | |
| 13 | 9.2 Gestione dei timer e del watchdog. Configurazione e uso dell' ADC. Esercitazioni con la scheda di sviluppo LAUNCHPAD MSP430G02. | Testo 6: cap. 1, 2, 5, 8 |
N.B. La conoscenza degli argomenti contrassegnati con l'asterisco è condizione necessaria ma non sufficiente per il superamento dell'esame. Rispondere in maniera sufficiente o anche più che sufficiente alle domande su tali argomenti non assicura, pertanto, il superamento dell'esame.
Verifica dell'apprendimento
MODALITÀ DI VERIFICA DELL'APPRENDIMENTO
Orale
PROVE IN ITINERE
Non previste
PROVE DI FINE CORSO
Non previste
ESEMPI DI DOMANDE E/O ESERCIZI FREQUENTI
Implementazione di un contatore sincrono
Mirror adder
Moltiplicatore carry save
Rumore di crosstalk
Ritardo di propagazione di una linea di metal in un IC
Ritardo di propagazione di una pista di un circuito stampato
Rumore di alimentazione
Corner analysis
Dimensionamento della rete di bypass
Protezione di un circuito dalle sovratensioni
Uso delle ferriti
Scelta del numero di strati in un PCB
Uso dei registri in un microcontrollore
Definizione dell'entity in VHDL
Implementazione di una macchina si stato in VHDL
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