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Docente
LUIGI RAFFO (Tit.)
Periodo
Primo Semestre 
Modalità d'Erogazione
Convenzionale 
Lingua Insegnamento
ITALIANO 



Informazioni aggiuntive

Corso Percorso CFU Durata(h)
[70/89]  INGEGNERIA ELETTRICA, ELETTRONICA E INFORMATICA [89/20 - Ord. 2016]  ELETTRONICA 8 80
[70/89]  INGEGNERIA ELETTRICA, ELETTRONICA E INFORMATICA [89/30 - Ord. 2016]  INFORMATICA 8 80
[70/89]  INGEGNERIA ELETTRICA, ELETTRONICA E INFORMATICA [89/56 - Ord. 2016]  ELETTRONICA ON LINE E IN PRESENZA (BLENDED) 8 80
[70/89]  INGEGNERIA ELETTRICA, ELETTRONICA E INFORMATICA [89/66 - Ord. 2016]  INFORMATICA ON LINE E IN PRESENZA (BLENDED) 8 80

Obiettivi

Obiettivo del corso e` fornire allo studente conoscenze sui sistemi digitali e la loro progettazione. Partendo dalle conoscenze di base di elettronica ed informatica lo studente dovra` essere in grado di progettare semplici sistemi digitali. Il costante uso del simulatore/sintetizzatore permettera` allo studente di autoverificare il progetto e di affrontare la progettazione con continui riferimenti pratici.
Indicatore conoscenza e capacità di comprensione
Grazie al rigore metodologico proprio delle materie scientifiche lo studente maturera' competenze e capacita` di comprensione tali da permettergli di acquisire conoscenze di base fondamentali per il prosieguo degli studi.
Indicatore capacità di applicare la conoscenza e capacità di comprensione
Limpostazione didattica prevede che la formazione teorica sia accompagnata da esempi e applicazioni, che sollecitano la partecipazione attiva, lattitudine propositiva, la capacita` di elaborazione autonoma.
Indicatore autonomia di giudizio
Lo studio dei sistemi sviluppa la capacita` di valutare i risultati, selezionare quali sono le informazioni rilevanti e quali approssimazioni sono appropriate.
Indicatore abilità comunicatitive
Lo sviluppo di esercitazioni in gruppo richiede che lo studente acquisisca capacita` di comunicare sia i risultati ottenuti sia i problemi incontrati.
Indicatore capacità di apprendere autonomamente
Lutilizzo del simulatore e sintetizzatore permette allo studente di auto-apprendere simulando circuiti, provando soluzioni nuove, comprendendo quindi le leggi che regolano i sistemi.

Obiettivi

Obiettivo del corso e` fornire allo studente conoscenze sui sistemi digitali e la loro progettazione. Partendo dalle conoscenze di base di elettronica ed informatica lo studente dovra` essere in grado di progettare semplici sistemi digitali. Il costante uso del simulatore/sintetizzatore permettera` allo studente di autoverificare il progetto e di affrontare la progettazione con continui riferimenti pratici.
Indicatore conoscenza e capacità di comprensione
Grazie al rigore metodologico proprio delle materie scientifiche lo studente maturera' competenze e capacita` di comprensione tali da permettergli di acquisire conoscenze di base fondamentali per il prosieguo degli studi.
Indicatore capacità di applicare la conoscenza e capacità di comprensione
L’impostazione didattica prevede che la formazione teorica sia accompagnata da esempi e applicazioni, che sollecitano la partecipazione attiva, l’attitudine propositiva, la capacita` di elaborazione autonoma.
Indicatore autonomia di giudizio
Lo studio dei sistemi sviluppa la capacita` di valutare i risultati, selezionare quali sono le informazioni rilevanti e quali approssimazioni sono appropriate.
Indicatore abilità comunicatitive
Lo sviluppo di esercitazioni in gruppo richiede che lo studente acquisisca capacita` di comunicare sia i risultati ottenuti sia i problemi incontrati.
Indicatore capacità di apprendere autonomamente
L’utilizzo del simulatore e sintetizzatore permette allo studente di auto-apprendere simulando circuiti, provando soluzioni nuove, comprendendo quindi le leggi che regolano i sistemi.

Prerequisiti

Le conoscenze fornite dai corsi di base di elettronica ed informatica.

Contenuti

Introduzione ai sistemi digitali. Riepilogo di conoscenze di base sulle porte logiche, sulle reti combinatorie, quelle sequenziali, le memorie, larchitettura di un processore (lezioni: 8 ore).
Realizzazione di porte logiche. La dimensione tempo, i ritardi, le forme donda. Introduzione al linguaggio HDL Verilog. Modelli di ritarto in Verilog. Testbench. Simulazione di semplici reti combinatorie con ritardo. Sistemi sincroni e asincroni. Tempo di setup e di hold di un flip-flop D. Percorso critico. Frequenza massima di clock (Lezioni: 10 ore, Lab/Es: 6 ore).
Datapath e controllo. Studio e codifica HDL dellarchitettura semplificata di un processore per microcontrollore. Simulazione di un semplice listato in assembler, confronto con complessità di un sistema non a processore che svolga lo stesso compito (Lezioni: 3 ore, Lab/Es: 5 ore)
Realizzazione fisica di sistemi digitali: PCB, ASIC, FPGA. Flusso di progetto, librerie, componenti. La CLB di una Xilinx-Artix7. Sintesi di sistemi digitali su FPGA. Progettazione, simulazione sintesi di un dispositivo che visualizzazione di una scritta sugli 8 display a 7 segmenti della scheda FPGA Digilent Nexys-4 (Lezioni: 3 ore, Lab/Es: 5 ore).
Macchine a stati per il controllo. Modello di Mealy e di Moore. Temporizzazione nei due modelli. Esempi. Esercitazione su circuito anti-rimbalzo e implementazione su FPGA di un contatore di eventi decimale. Contasecondi. (Lezioni: 5 ore, Lab/Es: 3 ore).
Comunicazione con dispositivi attraverso protocolli seriali. Esercitazione su accelerometro della scheda Nexys-4 con realizzazione di un sistema che legge alcuni registri fissi e successivamente di una livella. (Lezioni: 5 ore, Lab/Es: 6 ore).
Altri esempi di sistemi digitali con controllo e datapath: progettazione di una FIFO che sfrutti una memoria RAM, gestione di convertitori analogico-digitale-analogico con protocollo seriale, orologio con sveglia. (Lezioni: 5 ore, Lab/Es: 3 ore).
Velocizzazione dei circuiti digitali, pipelining. Architettura di un sistema microcontrollore, bus, periferiche, protocolli seriali. Comparazione tra progettazione su FPGA o su microcontrollore: flusso di progetto, efficienza, costi. (Lezioni: 5 ore).

Contenuti

Introduzione ai sistemi digitali. Riepilogo di conoscenze di base sulle porte logiche, sulle reti combinatorie, quelle sequenziali, le memorie, l’architettura di un processore (lezioni: 8 ore).
Realizzazione di porte logiche. La dimensione tempo, i ritardi, le forme d’onda. Introduzione al linguaggio HDL Verilog. Modelli di ritarto in Verilog. Testbench. Simulazione di semplici reti combinatorie con ritardo. Sistemi sincroni e asincroni. Tempo di setup e di hold di un flip-flop D. Percorso critico. Frequenza massima di clock (Lezioni: 10 ore, Lab/Es: 6 ore).
Datapath e controllo. Studio e codifica HDL dell’architettura semplificata di un processore per microcontrollore. Simulazione di un semplice listato in assembler, confronto con complessità di un sistema non a processore che svolga lo stesso compito (Lezioni: 3 ore, Lab/Es: 5 ore)
Realizzazione fisica di sistemi digitali: PCB, ASIC, FPGA. Flusso di progetto, librerie, componenti. La CLB di una Xilinx-Artix7. Sintesi di sistemi digitali su FPGA. Progettazione, simulazione sintesi di un dispositivo che visualizzazione di una scritta sugli 8 display a 7 segmenti della scheda FPGA Digilent Nexys-4 (Lezioni: 3 ore, Lab/Es: 5 ore).
Macchine a stati per il controllo. Modello di Mealy e di Moore. Temporizzazione nei due modelli. Esempi. Esercitazione su circuito anti-rimbalzo e implementazione su FPGA di un contatore di eventi decimale. Contasecondi. (Lezioni: 5 ore, Lab/Es: 3 ore).
Comunicazione con dispositivi attraverso protocolli seriali. Esercitazione su accelerometro della scheda Nexys-4 con realizzazione di un sistema che legge alcuni registri fissi e successivamente di una livella. (Lezioni: 5 ore, Lab/Es: 6 ore).
Altri esempi di sistemi digitali con controllo e datapath: progettazione di una FIFO che sfrutti una memoria RAM, gestione di convertitori analogico-digitale-analogico con protocollo seriale, orologio con sveglia. (Lezioni: 5 ore, Lab/Es: 3 ore).
Velocizzazione dei circuiti digitali, pipelining. Architettura di un sistema microcontrollore, bus, periferiche, protocolli seriali. Comparazione tra progettazione su FPGA o su microcontrollore: flusso di progetto, efficienza, costi. (Lezioni: 5 ore).

Metodi Didattici

Ogni settimana, circa 5 ore del corso sono dedicate alle lezioni (durante le quali vengono svolti anche esercizi), altre 3 ore ad esercitazioni con la disponibilità del simulatore e sintetizzatore.

Verifica dell'apprendimento

La verifica dell'acquisizione dei risultati dell’apprendimento avviene attraverso una prova scritta che prevede la progettazione di un sistema digitale della stessa complessità di quelli oggetto delle esercitazioni svolte a lezione che hanno portato a implementazioni su FPGA attraverso un processo di simulazione e sintesi al calcolatore. Per la non disponibilità del software all’esame, ma soprattutto per il limite di durata della prova, non viene richiesta la soluzione completa e funzionante dell’esercizio ma quello di alcune parti che dimostrino che, con più tempo e dopo un normale processo iterativo di autocorrezione, lo studente sarebbe in grado di progettare con successo il dispositivo digitale oggetto della prova. Il livello minimo di conoscenza necessario per superare l’esame è quello tale da dimostrare una sufficiente padronanza del linguaggio VERILOG e della organizzazione di un sistema digitale.

Testi

Materiale del docente su http://people.unica.it/luigiraffo/didattica/materiale-didattico/progettazione-dei-sistemi-digitali/

Altre Informazioni

L'insegnamento dell'uso del simulatore/sintetizzatore permette allo studente di poter verificare agevolmente le soluzioni degli esercizi proposti (e di quelli disponibili in rete riferibili a compiti passati).

Questionario e social

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