L'insegnamento si propone di introdurre i principali concetti di elettronica digitale iniziando dalle porte logiche elementari per arrivare alla descrizione funzionale di FPGA e microcontrollori. In particolare verrà descritto nel dettaglio un microcontrollore ad 8 bit che costituirà oggetto di esercitazione di laboratorio. Circa la metà delle ore del corso è utilizzata per realizzare in laboratorio un progetto che consente di realizzare un blocco funzionale di un dispositivo medico basato sul microcontrollore studiato.
Purpose of this course is introducing the basics of digital electronics, from elementary logic gates to the functional description of FPGAs and microcontrollers. Specifically, an 8-bit microcontroller will be described in detail and it will be used for carrying out a laboratory project. Approximately one-half of the teaching hours will be used for the laboratory project, aimed at designing and building a functional block of a medical device based on the 8-bit microcontroller described during frontal lessons.
Al termine dell'insegnamento gli studenti conosceranno:
- le porte logiche elementari e la sintesi empirica di circuiti combinatori e sequenziali
- le diverse tecnologie elettroniche con i relativi settori di impiego
- la struttura di un tipico microcontrollore
- le principali istruzioni assembler della famiglia di microcontrollori considerata
Al termine dell’insegnamento gli studenti avranno le seguenti abilità:
- analizzare e progettare alcuni semplici circuiti digitali basati su porte logiche elementari
- realizzare semplici circuiti contenenti un microcontrollore e scrivere il software in linguaggio assembler necessario a far funzionare il microcontrollore stesso.
- date le specifiche funzionali, di ricavare schema a blocchi, schema elettrico, flow chart del software e codice in linguaggio assembler
After attending the course, students will know:
- elementary logic gates and empirical synthesis of combinatory and sequential circuits
- different electronic technologies and their typical applications
- the structure of a typical microcontroller unit
- the main assembly instructions of the family of the 8-bit microcontroller studied
After attending the course, students will be able to:
- analyze and design simple circuits based on elementary logic gates
- design and build simple circuits containing a microcontroller and write its assembly code
- given the functional specifications of a simple system obtain its possible block diagram, wiring diagram, software block diagram and flow-chart, and assembly code
È importante avere famigliarità con gli argomenti trattati nel modulo di Elettronica della laurea triennale.
È utile aver seguito con profitto il modulo di Bioingegneria Elettronica e quello di Dispositivi Impiantabili Attivi della laurea triennale.
It is important to be familiar with arguments dealt with in the course of Electronics of the first level degree. It is useful to be familiar with the arguments dealt with in the courses of Electrical Bioengineering and Safety and Implantable active devices of the first level degree.
Lezioni frontali
- Conversione analogico digitale e digitale analogico
- Dimensionamento di un sistema di acquisizione
- Famiglie logiche TTL e CMOS: caratteristiche ed interconnessione
- Modelli di ingresso ed uscita di porte logiche. Margine di rumore.
- Interfacciamento di famiglie logiche diverse
- Porte logiche elementari e relative tavole di verità
- Parametri statici e dinamici
- Porte three state ed open collector
- Transistore bipolare: modelli di saturazione ed interdizione
- Dimensionamento condensatori di by-pass
- Circuiti sequenziali: FF, registri, contatori
- Tecnologie elettroniche
- Microcontrollore AT-Mega 8
- Microprogrammazione
Laboratori
- Uso della strumentazione di laboratorio
- Misura di parametri statici e dinamici su porte logiche CMOS e TTL
- Uso ambiente AVR Studio e progetto, scrittura e debugging di semplici programmi di prova
- Lavoro a gruppi sui progetti assegnati
Frontal lessons
- Analog to digital and digital to analog conversion
- Design of an acquisition system
- TTL and CMOS families: main features and mixed circuits
- Input and output models of gates. Noise margin.
- Connecting gates belonging to different logical families
- Elementary logic gates and their truth tables
- Static and dynamic parameters of logic gates
- Three state and open collector gates
- Bipolar transistor: saturation and interdiction models
- Selection of the value of by-pass capacitors
- Sequential circuits: FF, registers, counters
- Different technologies
- AT-Mega 8 microcontroller unit
- Development of microcontroller code in assembly language
Laboratory activities
- How to use basic laboratory instruments
- Measurement of static and dynamic parameters on CMOS and TTL gates
- The AVR Studio Environment and its usage; design, coding, and debugging of simple test programs
- Development of specific projects carried out by groups of students
L’insegnamento è suddiviso in circa 30 ore di lezioni frontali ed altrettante ore di esercitazione di laboratorio. Durante le lezioni frontali verranno presentati i vari argomenti di tipo teorico e verranno proposti semplici esercizi di calcolo per verificare l'apprendimento delle nozioni teoriche.
Durante le ore di laboratorio gli studenti lavoreranno a gruppi su progetti specifici.
The course consists of approximately 30 hours of frontal lessons and 30 hours of laboratory activities. During frontal lessons students will be exposed to the functional aspects of the different devices presented. Simple exercises will be proposed to verify the learning of theoretical aspects. Students will work on specific projects in the lab.
Dispense fornite dal docente e manuali del microcontrollore utilizzato.
Handouts on the different subjects dealt with during the course and manuals of the AT-Mega 8 microcontroller unit.
Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Prova pratica di laboratorio;
Exam: Written test; Practical lab skills test;
...
L’esame è costituito da una prova scritta ed una prova pratica di laboratorio.
La prova scritta è finalizzata ad accertare la conoscenza degli argomenti trattati a lezione e la capacità di rielaborarli in modo critico. Viene inoltre valutata la capacità di risolvere semplici problemi progettuali. La prova di laboratorio è finalizzata ad accertare la capacità degli studenti di utilizzare la strumentazione di base e a verificare il funzionamento del sistema da loro sviluppato durante il corso.
La prova scritta consiste in due esercizi, di norma uno relativo ad aspetti circuitali ed uno relativo alla conoscenza e/o programmazione del microcontrollore. Ogni esercizio è valutato fino a 9 punti. La durata della prova scritta è di 60 minuti. Nel corso della prova scritta, quando una domanda richiede la scrittura di codice per il microcontrollore, gli studenti possono consultare il manuale dell’AT Mega 8 ed il corrispondente Instruction set manual resi disponibili dal docente. Detti manuali non dovranno contenere alcun appunto, né sotto forma di fogli aggiuntivi, né sotto forma di annotazioni. Qualora uno studente non raggiunga il punteggio complessivo di almeno 9 punti (sommando i punti attribuiti alle due risposte) o non superi il punteggio minimo di 3 punti separatamente in entrambe le domande non potrà accedere alla prova pratica e dovrà sostenere nuovamente l’esame in altro appello.
Durante la prova pratica sarà necessario dimostrare buona famigliarità con l’uso della strumentazione elettronica di base (alimentatore stabilizzato, generatore di segnali, multimetro ed oscilloscopio) e sarà richiesto di eseguire misure sulla basetta realizzata dallo studente stesso o su una basetta simile. La prova pratica ha una durata di circa 15 minuti ed è valutata sino a 9 punti. Commettere gravi errori o non saper usare uno degli strumenti disponibili compromette la possibilità di superare l’esame, che pertanto dovrà essere integralmente ripetuto in appello successivo. Nel corso della prova di laboratorio gli studenti potranno consultare copia della loro relazione di laboratorio.
La relazione di laboratorio è redatta dal gruppo al quale il singolo studente appartiene e la consegna tempestiva della stessa è condizione necessaria per essere ammessi a sostenere l’esame. La relazione di laboratorio viene valutata ed apporta sino a 6 punti. Siccome la relazione di laboratorio è obbligatoria è obbligatoria la frequenza ai laboratori.
Il punteggio finale è ottenuto sommando i tre punteggi relativi alla prova scritta, alla prova di laboratorio ed alla valutazione della relazione di gruppo. Se il punteggio così ottenuto supera 30,5 allo studente viene assegnata la lode.
Gli studenti e le studentesse con disabilità o con Disturbi Specifici di Apprendimento (DSA), oltre alla segnalazione tramite procedura informatizzata, sono invitati a comunicare anche direttamente al/la docente titolare dell'insegnamento, con un preavviso non inferiore ad una settimana dall'avvio della sessione d'esame, gli strumenti compensativi concordati con l'Unità Special Needs, al fine di permettere al/la docente la declinazione più idonea in riferimento alla specifica tipologia di esame.
Exam: Written test; Practical lab skills test;
The final exam consists of a written test and a laboratory test.
The written test is aimed at evaluating the knowledge of the arguments presented during frontal lessons, as well as the student’s capability of critically work them out. Moreover, the ability of solving simple design problems is also evaluated. The lab test is aimed at evaluating the student’s capability of using the typical lab instrumentation and at verifying the correct operation of the system developed as a group project.
The written test consists of 2 exercises or questions, usually one related to circuit design aspects and the other to the knowledge of the microprocessor presented and/or to the capability of writing simple assembly programs. The written test lasts 60 minutes. During the test, if an exercise requires writing assembly code, students will be allowed to use the AT Mega 8 manual and the corresponding Instruction set manual. These manuals must contain no additional notes of any kind. No other material will be allowed. If a student does not reach the overall score of 9 (summing scores of the two exercises) o,r if he/she does not exceed the score of 3 for each of the two exercises, will be rejected.
During the laboratory test students will be asked to demonstrate a good familiarity with the typical lab instrumentation (power supply, signal generator, multimeter and oscilloscope). Students will be asked to measure electrical quantities on the board they built during the lab hours or on a similar one. The laboratory test lasts approximately 15 minutes and is worthy of up to 9 points. Making serious mistakes or not being able to use properly the instrumentation makes it impossible to pass the exam. During the lab test students will be allowed to use their final report.
The group each single student belongs to prepares the final report. The timely delivery of the final report is a necessary condition to be admitted to the exam. The report is evaluated and may be worthy up to 6 points. Since the final report is mandatory, attending the labs is compulsory.
The final score is obtained by summing the scores relative to the written test, the lab test, and the final report. Laude will be assigned to students who obtain a score higher than 30.5
In addition to the message sent by the online system, students with disabilities or Specific Learning Disorders (SLD) are invited to directly inform the professor in charge of the course about the special arrangements for the exam that have been agreed with the Special Needs Unit. The professor has to be informed at least one week before the beginning of the examination session in order to provide students with the most suitable arrangements for each specific type of exam.
