Progetto di sistemi a sensore (DI

AVVISI

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_____________ Orario lezioni a.a. 2024/25, I semestre _______________

martedì 13:30 – 15:30 Laboratorio LM 3º piano

venerdì 13:30 – 16:30 Laboratorio LM 3º piano

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Inizio lezioni a.a. 2024/25: martedì 24 settembre 2024

_______________ Appelli d'esame 2024 ________________

19 gennaio 2024 — 6 febbraio 2024 — 22 febbraio 2024
18 giugno 2024 — 11 luglio 2024 — 13 settembre 2024
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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 (corretto) 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 Alcune proposte di progetto: CUBOTino Robot per la soluzione del cubo di Rubik. 3D Scanner (in corso) 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 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). 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. 2024/25
Lezione	Argomento
1 (24/9/2024)	Introduzione al corso. Richiami di elettrotecnica. Bipolo, equivalenti di Norton/Thevenin. Resistore, condensatore, induttore.
2 (27/9)	Configurazioni serie e parallelo. Circuito RC. Bipoli non lineari: il diodo. Pilotaggio LED. L'amplificatore operazionale. Resistenza d'ingresso e d'uscita. Amplificatore invertente.
3 (1/10)	Amplificatore non invertente. Sommatore. Amplificatore differenziale. Amplificatore per strumentazione. Integratore e derivatore.
4 (4/10)	Amplificatore logaritmico. Raddrizzatore. Il MOSFET. Tecnologia CMOS. Aspetti tecnologici: ritardi, data races, fan-in/fan-out. Sintesi combinatoria: metodo di Quine-McCluskey.
5 (8/10)	Sintesi RTL: moduli funzionali. Paradigma RTL, approccio datapath/controllore.
6 (11/10)	Approcci sequenziali e paralleli. Esempi di progetto con approccio RTL datapath/controllore (orologio digitale).
7 (15/10)	Esempi di progetto con approccio RTL datapath/controllore (moltiplicatore, CPU).
8 (18/10)	VHDL: introduzione, approccio progettuale, struttura FPGA, struttura del codice.
9 (22/10)	VHDL: gli oggetti VHDL, tipi di dato, conversioni di tipo. Costanti, variabili, segnali, files.
10 (25/10)	VHDL: Operatori. Attributes. Entity e Architecture. Codice concorrente.
11 (29/10)	VHDL: Codice sequenziale: i processi; sincronizzazione. Segnali e variabili in un processo. Strutture di controllo di flusso.
12 (5/11)	VHDL: Funzioni e Procedure. Il costrutto assert. Utilizzo di librerie e package.
13 (12/11)	VHDL: Approccio strutturale alla progettazione. Istanziazione e configurazione. Livelli di simulazione. Progetto del test bench.
15 (15/11)	VHDL: Esempi di progetto.
16 (19/11)	VHDL: Esempi di progetto. I processori nei sistemi embedded: GPP e ASP. Digital Signal Processors.
17 ()	Microcontrollori e System-on-Chip. Network processors. Testing di circuiti digitali: IEEE 1149 (JTAG). Gestione di segnali analogici in sistemi digitali. Trasformata di Fourier. Campionamento. Aliasing.
18 ()	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 ()	Conversione D/A: PWM, R/2R. Conversione A/D: a rampa, SAR, flash, pipeline, ∑∆. Scelta e dimensionamento.
20 ()	Sensori e trasduttori: tassonomia. La catena di acquisizione. Condizionamento del segnale analogico.
21 ()	Sensori di temperatura: termocoppia, RTD, sensori integrati. Sensori di deformazione: estensimetri.
22 ()	Sensori di posizione: sensori di Hall, encoder ottici. Sensori di oscillazione (accelerometri, geofoni, microfoni). Sensori magnetodinamici. Condizionamento di microfoni. Sensori piezoelettrici. Sensori capacitivi.
23 ()	Seminario STMicroelectronics: Global Navigation Satellite Systems: Architecture of a GNSS receiver with focus on embedded SW relevance.
24 ()	Sensori di luce: fotodiodi, fotoresistenze. Sensori "Time of Flight": principio di funzionamento, LIDAR, ToF cameras. Sensori MEMS: accelerometri, giroscopi, magnetometri.