Questo insegnamento completa le nozioni base di Elettronica fornite nel precedente 'Sistemi Elettronici, Tecnologie e Misure', con analisi dettagliate di sistemi elettronici di media complessità, focalizzando l’attenzione sull’Elettronica Digitale, la conversione col mondo Analogico e l’interfacciamento col mondo esterno, studiando i circuiti elettronici in grado di interfacciarsi con attuatori e sensori.

Capacità di analizzare circuiti utilizzanti circuiti digitali e convertitori A/D e D/A. Comprensione delle caratteristiche di componenti e dispositivi anche integrati, capacità di utilizzare i data sheet.
Capacità di definire le caratteristiche dei blocchi funzionali, e di progettare blocchi di limitata complessità utilizzando componenti integrati commerciali. Conoscenza delle problematiche e delle tecniche di interfacciamento e di comunicazione tra moduli; protocolli base, progetto di semplici interfacce.
Conoscenza delle diverse tecniche realizzative e dei flussi di progetto per sistemi elettronici, con i relativi parametri (velocità, consumo, costo) e caratteristiche.
Conoscenza delle tecniche di progetto dei circuiti di interfaccia con sensori e attuatori, analizzandone i principali parametri.

Analisi di reti elettriche e caratteristiche dei segnali nel dominio del tempo e in frequenza. Modelli e caratteristiche di diodi, transistori MOS and BJT, amplificatori operazionali. Comportamento, parametri e modelli di amplificatori operazionali reali e dei circuiti logici base. Strumenti e tecniche di misura base (tensioni, corrente, analisi spettrale); analisi anche quantitativa degli errori di misura.

Circuiti digitali combinatori (10h)
- Specifiche funzionali.
- Tecnologia nMOS, pMOS e CMOS.
- Caratteristiche elettriche e di interfacciamento.

Circuiti logici complessi : (10 ore)
- Richiami sui circuiti base della logica sequenziale
- Circuiti Programmabili: tecnologia, architettura interna e uso delle FPGA

Bus e interconnessioni (18 ore)
- Richiami su linee di trasmissione, riflessioni, terminazioni, diafonia.
- Modello a strati per le interconnessioni; topologie, classificazione.
- Sincronizzazione, Protocolli per lettura e scrittura, Protocolli master-slave e multi-master, arbitri
- Esempi di protocolli standard
- Tecniche per la distribuzione di clock, segnali e alimentazione

Sistemi di acquisizione dati (18 ore)
- Sistemi di conversione, campionamento e quantizzazione
- Tecniche e circuiti per conversione A/D a D/A
- Condizionamento del segnale, Multiplexer, Sample/hold
- Sistemi analogico/digitali, esempio di sistema complesso con microP/DSP o FPGA

Sistemi di potenza e di alimentazione (8 ore)
- Gestione dell'energia: Alimentatori/Caricabatterie
- Raddrizzatori a singola e doppia semionda
- Controllo a larghezza di impulso
- Regolatori dissipativi e a commutazione, Esempi di dispositivi integrati

Interfacciamento con sensori e attuatori (8 ore)
- Circuiti di interfacciamento con i principali tipi di sensori (posizione, velocita’, pressione, temperatura,etc..)
- Amplificatori di condizionamento e da strumentazione

- Circuiti di pilotaggio (Driver) dei principali attuatori (Relay, Solenoidi, Motori CC, Motori Passo-Passo) (8 ore)
- Uso del MOSFET in commutazione.
- Pilotaggio di carichi resistivi e induttivi.
- Circuiti a semiponte e a ponte.

Obiettivo dei laboratori (per un totale di 15 ore complessive) è verificare quanto presentato a lezione, tramite il montaggio di semplici circuiti per la verifica sperimentale delle problematiche relative all’interfacciamento elettrico di segnali digitali e la conversione A/D/A. L’organizzazione sarà tale da favorire il lavoro di gruppo e richiederà la stesura di relazioni.

L'insegnamento prevede esercitazioni in aula, consistenti nell'analisi di circuiti o sistemi elettronici e piccoli progetti, legati agli argomenti delle lezioni.

F. Maloberti: Understanding Microelectronics: A Top-Down Approach; Wiley, December 2011, ISBN: 978-0-470-74555-7.
M. Zamboni, F. Divia’: Elettronica dei sistemi di interconnessione ed acquisizione dati; Clut, ISBN 88-7992-116-9

L’esame finale comprende una prova scritta ed un orale facoltativo. Lo scritto comprende esercizi numerici relativi agli argomenti principali. Il tempo assegnato per la soluzione è di 2 ore. L’orale ha una durata di 15’-20’, e riguarda tutti gli argomenti trattati nelle lezioni e nei laboratori. Il voto finale è ottenuto dalla media pesata delle valutazioni di scritto e orale e da un contributo additivo legato alla valutazione delle relazioni di laboratorio (tra -4 e +4).