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PORTALE DELLA DIDATTICA

Digital systems electronics

01OIHNX, 01OIHOD

A.A. 2018/19

Course Language

English

Course degree

1st degree and Bachelor-level of the Bologna process in Electronic Engineering - Torino
1st degree and Bachelor-level of the Bologna process in Physical Engineering - Torino

Course structure
Teaching Hours
Lezioni 47
Esercitazioni in laboratorio 33
Teachers
Teacher Status SSD h.Les h.Ex h.Lab h.Tut Years teaching
Masera Guido Professore Ordinario ING-INF/01 47 0 66 0 8
Teaching assistant
Espandi

Context
SSD CFU Activities Area context
ING-INF/01
ING-INF/01
ING-INF/01
5
2
1
B - Caratterizzanti
E - Per prova finale e conoscenza della lingua straniera
F - Altre (art. 10, comma 1, lettera f)
Ingegneria elettronica
Per la prova finale
AbilitÓ informatiche e telematiche
2018/19
Insegnamento obbligatorio per la laurea triennale in Ingegneria Elettronica, collocato al secondo periodo didattico del III anno. L'insegnamento e' focalizzato sugli argomenti base dell'Elettronica Digitale, affrontando e approfondendo le varie tematiche legate al progetto di circuiti digitali. Sono studiati gli aspetti piu' importanti dei sistemi digitali, partendo dalle considerazioni di base sui circuiti elementari fino all'analisi dei sistemi complessi di elaborazione. Le competenze acquisite in questo modulo rappresenteranno la base solida per i corsi successivi di approfondimento del mondo dell'Elettronica Digitale.
The course is mandatory for the BSc-level programme in Electrical Engineering and will be offered in the second period of the third year. It is focussed on the basics of Digital Electronics, considering and studying the different aspects of digital design. A lot of methodologies related to basic digital circuits up to complex processing systems will be shown and used. The knowledges and the abilities developed in this module will constitue the solid bases of the following corses where digital systems will be considered in more details.
- Conoscenze dei vari tipi di circuiti digitali combinatori e delle tecniche di sintesi efficienti; capacita' di analisi e di progetto dei vari circuiti; - Conoscenze dei vari tipi di circuiti digitali sequenziali semplici e complessi e delle tecniche di sintesi corrispondenti; capacita' di analisi e progetto di circuiti sequenziali e scelta dei componenti. - Conoscenze dei linguaggi di descrizione dell'hardware (VHDL) e del loro uso per la descrizione e la sintesi di sistemi digitali complessi. - Conoscenze delle principali tecnologie realizzative di circuiti digitali complessi, con particolare enfasi sui circuiti programmabili. - Conoscenze delle diverse tipologie di memorie, della loro architettura e del loro uso nei sistemi di elaborazione. - Conoscenze delle architetture dei microcontrollori e del loro uso nell'ambito di sistemi digitali complessi
- Knowledge of basic combinatorial circuits and their synthesis tools; - Knowledge of sequential circuits and their synthesis tools; - Knowledge and ability in the use of a Hardware Description Language such as VHDL: description and syntesis of digital blocks. - Knlowledge of complex programming digital circuits (FPGAs); - Knowledge of memory structures and architectures, and their use in processing systems. - Knowledge of microcontrollers architectures and applications.
Algebra di Boole; Porte logiche elementari sia a livello combinatorio che sequenziale; concetto di Macchine a Stati Finiti; conoscenze elementari sulle architetture degli elaboratori e sulla loro programmazione a livello Assembler.
Boole's Algebra; elementary combinatorial and sequential digital gates; FSM concept, basic processor architecture and its programming paradigm (assembler language)
Argomenti trattati nelle lezioni e relativo peso in ore: - Circuiti combinatori: tecniche di sintesi di circuiti base e circuiti aritmetici (2 CFU) - Circuiti sequenziali: sintesi di FSM elementari e sistemi di controllo complesso (ASM chart) (2 CFU) - Linguaggi di descrizione dell'hardware (VHDL): concetti e strutture dati per la descrizione di architetture complesse (2 CFU) - Memorie: circuiti, architettura ed applicazioni nei sistemi di elaborazione (1 CFU) ' Microcontrollori: architettura interna, modello di programmazione e di uso, periferiche (3 CFU)
- Combinatorial circuits: synthesis techinques for basic and arithmetic circuits (2 CFU) - Sequential circuits: elementary FSMs and complex control architectures (ASM charts) (2 CFU) - Hardware Description Languages (VHDL): statements, data structures and coding techniques for hardware description and modelling (2 CFU); - Memories: circuits, architectures and applications (1 CFU); - Microcontrollers: internal architecture, programming model and use; peripheral units (3 CFU);
Le esercitazioni in aula riguardano piccoli progetti, relativi a quanto trattato nelle lezioni immediatamente precedenti. E' richiesto l'uso di calcolatrici scientifiche (personali). Le esercitazioni sperimentali di laboratorio comprendono lo sviluppo, la sintesi e la realizzazione di progetti digitali descritti mediante il linguaggio VHDL, nonche' relativi all'uso di microcontrollori. Per l'esecuzione delle esercitazioni sperimentali sono disponibili delle schede basate su FPGA e microcontrollori su cui lo studente realizzera' e verifichera' i circuiti progettati. Il numero di esercitazioni previsti e' 7 o 8 e sono condotte in laboratorio da gruppi di 3-4 studenti. Il lavoro prevede la realizzazione di homework propedeutici al laboratorio stesso durante i quali gli studenti prepareranno il progetto richiesto di volta in volta e che verificheranno durante le sessioni di laboratorio. Ogni laboratorio richiede la redazione di una relazione che concorrera' al conseguimento del voto finale.
Practice classes will focus on small digital designs (personal calculator required). Lab sessions consist in the development, synthesis and implementation of digital designs, described using VHDL, and microcontrollers, possibly integrated into FPGAs . Evaluation boards will be available to test the designs. 7 or 8 lab sessions will be provided by groups of 2 or 3 students. Homeworks are required to prepare the lab sessions. A report is required for the lab sessions and will be considered in the final grade.
I testi di riferimento che coprono la quasi totalita' del corso sono: "Fundamentals of Digital Logic with VHDL Design (Third Edition)" di Stephen Brown e Zvonko Vranesic , Mc Graw Hill 'Microcontroller Theory and Applications:HC12 and S12' (Second Edition), D. Pack, S. Barrett, Pearson, Prentice Hall. Sono disponibili copie dei lucidi utilizzati nelle lezioni, esempi di scritti d'esame ed esercizi e i manuali per le esercitazioni di laboratorio. Tutto il materiale didattico e' scaricabile attraverso il portale della didattica.
The learning material used for the lessons is made available through the course website. Notes provided by the professor. Reference books: "Fundamentals of Digital Logic with VHDL Design (Third Edition)" di Stephen Brown e Zvonko Vranesic , Mc Graw Hill 'Microcontroller Theory and Applications:HC12 and S12' (Second Edition), D. Pack, S. Barrett, Pearson, Prentice Hall.
ModalitÓ di esame: prova scritta; prova orale obbligatoria; progetto di gruppo;
L'esame consiste in una prova scritta e una prova orale. Lo scritto comprende esercizi di progetto sui temi indicati a lezione ed ogni esercizio e' articolato su piu' domande. Il tempo assegnato per la soluzione e' di 2 ore e per superare lo scritto occorre conseguire almeno una valutazione sufficiente. L'orale ha una durata di 20-30 minuti e riguarda tutti gli argomenti trattati a lezione e nei laboratori. Il voto finale e' una media pesata della valutazione dello scritto e dell'orale (peso 0,8) e delle relazioni di laboratorio (peso 0,2).
Exam: written test; compulsory oral exam; group project;
The written test includes three open answer questions and one design problem. The available time is 2 hours. The questions cover all course topics and they intend to verify the acquired knowledge and capabilities. The design problem requires to understand the initial specifications, to develop a detailed datapath architecture, to properly model the control unit, and to describe one or multiple elements by means of VHDL. No books and notes are admitted. Normally, the same weight is given to each question. However, the weight of questions that achieved a very low average mark may be slightly reduced. A mark at least equal to 18/30 is required to pass to the oral exam, which concerns both the subjects already covered in the written test and the discussion of the submitted projects. Normally, two questions are asked and one of them is about laboratory projects. The evaluation of laboratory projects is based on: - completeness, - adopted methodology - obtained results. The final grade is a weighted average of the written and oral exams (weighted 0.8) and lab reports (weighted 0.2).


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