Progetto di sistemi a sensore
A.A. 2024/2025
Obiettivi formativi
Obiettivo dell'insegnamento è fornire 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.
Risultati apprendimento attesi
Lo studente dovrà essere in grado di utilizzare le tecniche viste per il progetto di sistemi digitali (sintesi RTL, sintesi in VHDL). Dovrà inoltre conoscere il funzionamento dei più comuni sensori, essere in grado di progettare i relativi circuiti di condizionamento del segnale e di scegliere la corretta tecnologia di conversione A/D e dimensionarne correttamente i parametri (frequenza di campionamento e risoluzione).
Periodo: Primo semestre
Modalità di valutazione: Esame
Giudizio di valutazione: voto verbalizzato in trentesimi
Corso singolo
Questo insegnamento non può essere seguito come corso singolo. Puoi trovare gli insegnamenti disponibili consultando il catalogo corsi singoli.
Programma e organizzazione didattica
Edizione unica
Responsabile
Periodo
Primo semestre
Programma
Gli argomenti trattati sono:
- Richiami di elettrotecnica. Bipolo, equivalenti di Norton/Thevenin.
- Fondamenti di elettronica: Resistore, condensatore, induttore. Circuiti con amplificatori operazionali: amplificatore invertente e non invertente. Sommatore. Amplificatore differenziale. Amplificatore per strumentazione. Integratore e derivatore. Amplificatore logaritmico. Transistor MOSFET. Tecnologia CMOS. Aspetti tecnologici (ritardi, data races, fan-in/fan-out).
- Sintesi canonica di circuiti digitali: metodo di Quine-McCluskey.
- Sintesi RTL di circuiti digitali: moduli funzionali, paradigma RTL, approccio datapath/controllore. Esempi di progetto con approccio RTL.
- Progetto digitale con linguaggi HDL: introduzione
- Il linguaggio VHDL: approccio progettuale, struttura FPGA, struttura del codice, oggetti VHDL, tipi di dato, costanti, variabili e segnali, entity e architecture, operatori e attributi. Codice concorrente. Codice sequenziale: i processi, strutture di controllo di flusso, funzioni e procedure. Approccio strutturale: istanziazione e configurazione. Simulazione: progetto del test bench. Esempi di progetto.
- I processori nei sistemi embedded: GPP e ASP. Digital Signal Processors (DSP); Microcontrollers (MCU); Network processors. Testing: IEEE 1149 (JTAG).
- Gestione di segnali analogici in sistemi digitali: Trasformata di Fourier. Teorema del campionamento. Quantizzazione. Esempi di dimensionamento di ADC.
- Conversione D/A: schema R/2R.
- Conversione A/D: a rampa. SAR, flash, pipeline, ∑∆.
- Sensori e trasduttori: tassonomia. La catena di acquisizione. Condizionamento del segnale analogico.
- Sensori di temperatura: termocoppia, RTD, sensori integrati.
- Sensori di deformazione: estensimetri.
- Sensori di posizione: sensori di Hall, encoder ottici.
- Sensori di oscillazione: accelerometri, geofoni, microfoni. Sensori magnetodinamici, piezoelettrici, capacitivi.
- Sensori di luce: fotodiodi, fotoresistenze.
- Sensori integrati MEMS: accelerometri, giroscopi, magnetometri.
- Richiami di elettrotecnica. Bipolo, equivalenti di Norton/Thevenin.
- Fondamenti di elettronica: Resistore, condensatore, induttore. Circuiti con amplificatori operazionali: amplificatore invertente e non invertente. Sommatore. Amplificatore differenziale. Amplificatore per strumentazione. Integratore e derivatore. Amplificatore logaritmico. Transistor MOSFET. Tecnologia CMOS. Aspetti tecnologici (ritardi, data races, fan-in/fan-out).
- Sintesi canonica di circuiti digitali: metodo di Quine-McCluskey.
- Sintesi RTL di circuiti digitali: moduli funzionali, paradigma RTL, approccio datapath/controllore. Esempi di progetto con approccio RTL.
- Progetto digitale con linguaggi HDL: introduzione
- Il linguaggio VHDL: approccio progettuale, struttura FPGA, struttura del codice, oggetti VHDL, tipi di dato, costanti, variabili e segnali, entity e architecture, operatori e attributi. Codice concorrente. Codice sequenziale: i processi, strutture di controllo di flusso, funzioni e procedure. Approccio strutturale: istanziazione e configurazione. Simulazione: progetto del test bench. Esempi di progetto.
- I processori nei sistemi embedded: GPP e ASP. Digital Signal Processors (DSP); Microcontrollers (MCU); Network processors. Testing: IEEE 1149 (JTAG).
- Gestione di segnali analogici in sistemi digitali: Trasformata di Fourier. Teorema del campionamento. Quantizzazione. Esempi di dimensionamento di ADC.
- Conversione D/A: schema R/2R.
- Conversione A/D: a rampa. SAR, flash, pipeline, ∑∆.
- Sensori e trasduttori: tassonomia. La catena di acquisizione. Condizionamento del segnale analogico.
- Sensori di temperatura: termocoppia, RTD, sensori integrati.
- Sensori di deformazione: estensimetri.
- Sensori di posizione: sensori di Hall, encoder ottici.
- Sensori di oscillazione: accelerometri, geofoni, microfoni. Sensori magnetodinamici, piezoelettrici, capacitivi.
- Sensori di luce: fotodiodi, fotoresistenze.
- Sensori integrati MEMS: accelerometri, giroscopi, magnetometri.
Prerequisiti
È richiesta la padronanza degli argomenti di matematica e fisica studiati in un corso di laurea triennale di disciplina scientifica.
Metodi didattici
Lezioni frontali
Materiale di riferimento
- Siti web:
http://pedersini.di.unimi.it/PSS.html
https://fpedersinipss.ariel.ctu.unimi.it
- Slide delle lezioni e altro materiale didattico, a disposizione degli studenti
- Vari testi di approfondimento (indicati durante il corso)
http://pedersini.di.unimi.it/PSS.html
https://fpedersinipss.ariel.ctu.unimi.it
- Slide delle lezioni e altro materiale didattico, a disposizione degli studenti
- Vari testi di approfondimento (indicati durante il corso)
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
L'esame consiste in una prova scritta, volta a valutare la conoscenza e la comprensione degli argomenti del programma, nonché la capacità di impostazione di un progetto di un sistema digitale a sensore.
La votazione conseguita nella prova scritta, espressa in trentesimi, può essere migliorata integrando la prova con un progetto concordato con il docente.
La votazione conseguita nella prova scritta, espressa in trentesimi, può essere migliorata integrando la prova con un progetto concordato con il docente.
INF/01 - INFORMATICA - CFU: 6
Lezioni: 48 ore
Docente:
Pedersini Federico
Turni:
Turno
Docente:
Pedersini FedericoDocente/i