Progetto di sistemi a sensore (DI

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Prossimo appello:
giovedì 16 giugno, ore 14:30, aula G21 (via Golgi)

_____________ Orario lezioni – a.a. 2021/22, I semestre _______________

mercoledì 13.30 – 16.30 Aula G30
venerdì 13.30 – 15.30 Aula 209
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Inizio lezioni a.a. 2021/22: mercoledì 29 settembre 2021

Link Zoom alla lezione in streaming
(necessario autenticarsi mediante l'indirizzo mail istituzionale <nome.cognome@studenti.unimi.it>)

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_______________ Appelli d'esame 2022 ________________

20 gennaio 2022 — 17 febbraio 2022 — 16 giugno 2022
14 luglio 2022 — 6 settembre 2022 — 22 settembre 2022

Obiettivo del corso	Obiettivo del corso è fornire allo studente gli strumenti metodologici impiegati nel progetto di sistemi digitali, con particolare attenzione ai sistemi impieganti sensori. Una particolare attenzione viene dedicata agli approcci alla progettazione di sistemi “embedded” e agli aspetti legati all'acquisizione e al trattamento dei segnali, sia analogici che digitali, provenienti da sensori.
Programma del corso	Elenco dettagliato degli argomenti delle lezioni.
Materiale didattico	Linguaggi di descrizione hardware The VHDL Cookbook (P.J. Ashenden) VHDL Reference Manual (IEEE Standard 1076) Progetti RTL con LOGISIM (scarica Logisim) Orologio-sveglia Moltiplicatore a 16 bit Videolezioni a.a. 2020/21 (accessibili con account @unimi.it)
Modalità d'esame	L'esame consiste in una: Prova scritta Prova scritta, volta a valutare la conoscenza e la comprensione degli agomenti del corso nonché la capacità di impostazione di un progetto di un sistema digitale a sensore. A titolo di esempio, alcuni temi d'esame: gennaio 2017, giugno 2017. La votazione conseguita nella prova scritta può essere migliorata integrando la prova con un: Progetto Ad integrazione della prova scritta, si sviluppa un progetto concordato con il docente, a scelta tra quelli proposti di seguito oppure proposto dallo studente stesso. Il lavoro si conclude con una dimostrazione pratica di funzionamento ed una relazione descrittiva del progetto.
Progetto d'esame	Progetti di PSS Alcuni esempi di progetto sono presentati qui Proposte di progetto 3D Scanner Progetto e realizzazione pratica di un sistema dotato di camera e proiettore, per il rilievo 3D di oggetti e scene con tecniche a luce strutturata. Fresa CNC 2D Realizzazione di una piccola fresa a controllo numerico (basata su microcontrollore) a due assi (XY), per la realizzazione di circuiti stampati o qualunque altro oggetto (esempi di oggetti simili qui). Meteo@DI – 2.0 Partendo da un precedente progetto (meteo.di.unimi.it) di una stazione meteorologica in Dipartimento, al momento non più in funzione, questo progetto di pone come obiettivo di rimettere in funzione la stazione e integrarla con il nuovo sensore di polverosità ambientale, gestendo entrambe le periferiche (sensore polvere e stazione meteo) mediante uno stesso server (PC) che gestisce anche la presentazione dei dati su web (meteo.di.unimi.it) e la raccolta storica dei dati misurati. Dust sensor Realizzazione di un sensore per la rivelazione di polveri sottili aerodisperse, basato su tecniche di diffusione ottica. Il sensore sarebbe basato su un sistema a microcontrollore che controlla i dispositivi di sensing (diodo/fotodiodo), elabora il segnale acquisito e comunica i dati raccolti a un host (PC). IMU per controllo di volo di droni Progetto e realizzazione di una piattaforma a microcontrollore per l'acquisizione e l'elaborazione di dati da sensori MEMS inerziali (accelerometro, giroscopio, eventuale magnetometro) per il controllo, in tempo reale, dell'assetto di volo di un quadricottero. Controllo accessi con tecnologia RFID Realizzazione di un sistema di riconoscimento RFID (RFID tag + reader) e gestione di un sistema embedded per il controllo di accessi (ad es. al laboratorio di Architetture Digitali). Il progetto prevede una piccola parte di implementazione hardware (collegamento del lettore RFID al sistema) e lo sviluppo della centrale di controllo, basata su sistema a microcontrollore o, al limite, su PC. Oppure... ...proponete voi un progetto interessante o che vi piacerebbe realizzare! Se prevede l'impiego di strumenti progettuali attinenti al corso, come l'utilizzo di FPGA, di schede a microcontrollore o di altre architetture particolari (Wiimote, robots, ecc.), va altrettanto bene.

Argomenti delle lezioni – A.A. 2021/22
Lezione	Argomento
1 (29/9/2021)	Introduzione al corso. Richiami di elettrotecnica. Bipolo, equivalenti di Norton/Thevenin. Resistore, condensatore, induttore. Configurazioni serie e parallelo. Circuito RC.
2 (1/10)	Il diodo. Pilotaggio LED. L'amplificatore operazionale. Resistenza d'ingresso e d'uscita. Amplificatore invertente e non invertente. Sommatore.
3 (6/10)	Amplificatore differenziale. Amplificatore per strumentazione. Integratore e derivatore. Amplificatore logaritmico. Raddrizzatore.
4 (8/10)	Il MOSFET. Tecnologia CMOS. Aspetti tecnologici: ritardi, data races, fan-in/fan-out. Sintesi combinatoria: metodo di Quine-McCluskey.
5 (13/10)	Sintesi RTL: moduli funzionali. Paradigma RTL, approccio datapath/controllore.
6 (15/10)	Approcci sequenziali e paralleli. Esempi di progetto con approccio RTL datapath/controllore (moltiplicatore).
7 (20/10)	Esempi di progetto con approccio RTL datapath/controllore (sveglia digitale, CPU).
8 (22/10)	VHDL: introduzione, approccio progettuale, struttura FPGA, struttura del codice.
9 (27/10)	VHDL: gli oggetti VHDL, tipi di dato, conversioni di tipo.
10 (29/10)	VHDL: costanti, variabili, segnali, files. Operatori. Attributes.
11 (3/11)	VHDL: Entity e Architecture. Codice concorrente. Codice sequenziale: i processi; sincronizzazione.
12 (5/11)	VHDL: Segnali e variabili in un processo. Strutture di controllo di flusso. Funzioni e Procedure.
13 (10/11)	VHDL: il costrutto assert. Utilizzo di librerie e package. Approccio strutturale alla progettazione. Istanziazione e configurazione.
14 (12/11)	VHDL: Livelli di simulazione. Progetto del test bench.
15 (15/11)	VHDL: Esempi di progetto.
16 (17/11)	VHDL: esempi di progetto.
17 (26/11)	I processori nei sistemi embedded: GPP e ASP. Digital Signal Processors (DSP); Microcontrollers (MCU); Network processors. Testing: IEEE 1149 (JTAG).
18 (1/12)	Gestione di segnali analogici in sistemi digitali. Trasformata di Fourier. Campionamento. Aliasing. Quantizzazione. Potenza e spettro del rumore di quantizzazione; THD; SNR_q e risoluzione. Esempi di dimensionamento.
19 (3/12)	Conversione D/A: PWM, R/2R. Conversione A/D: a rampa, SAR, flash, pipeline, ∑∆. Scelta e dimensionamento.
20 (10/12)	Sensori e trasduttori: tassonomia. La catena di acquisizione. Condizionamento del segnale analogico. Sensori di temperatura: termocoppia.
21 (15/12)	Sensori di temperatura: RTD, sensori integrati. Sensori di deformazione: estensimetri. Sensori di posizione: sensori di Hall, encoder ottici. Sensori di oscillazione (accelerometri, geofoni, microfoni).
22 (17/12)	Sensori magnetodinamici. Condizionamento di microfoni. Sensori piezoelettrici. Sensori capacitivi.
23 (12/1/2022)	Sensori di luce: fotodiodi, fotoresistenze. Sensori "Time of Flight": principio di funzionamento, LIDAR, ToF cameras. Sensori MEMS: accelerometri, giroscopi, magnetometri.