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ANDREA PADOVANI
Ricercatore t.d. art. 24 c. 3 lett. B
Dipartimento di Ingegneria "Enzo Ferrari"
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Insegnamento: Sistemi Elettronici Industriali
Ingegneria gestionale (Offerta formativa 2024)
Obiettivi formativi
Per gli obiettivi formativi si rimanda alla sezione sui risultati di apprendimento attesi
Prerequisiti
Elettromagnetismo. Circuiti elettrici lineari. Sistemi di numerazione posizionale.
Programma del corso
Proprietà elettriche dei materiali: Materiali isolanti, materiali conduttori, materiali semiconduttori;
Semiconduttori intrinseci; semiconduttori estrinseci, semiconduttori estrinseci di tipo N, semiconduttori estrinseci di tipo P;
Portatori di maggioranza e minoranza;
Dispositivi a semiconduttore: giunzione PN, MOSFET a canale N, MOSFET a canale P, sensori di immagine, LED, laser;
Amplificatori: introduzione generale, modello di amplificatore ideale, principali parametri dell'amplificatore, amplificatori basati su MOSFET, amplificatori differenziali;
Amplificatori operazionali (operazionale): introduzione generale e concetti di base, caratteristiche (parametri), amplificatore operazionale, amplificatore ad anello aperto, amplificatore ad anello chiuso, amplificatore operazionale ideale, amplificatore operazionale reale;
Applicazioni lineari di base dell'amplificatore operazionale: amplificatore invertente, amplificatore non invertente, amplificatore sommatore, amplificatore differenziale, amplificatore integratore, amplificatore differenziatore;
Applicazioni base non lineari dell'amplificatore operazionale: comparatore, monostabile, multivibratore;
Applicazioni con amplificatori operazionali (introduzione): amplificatore per il condizionamento del segnale; misure di deformazione, forza, pressione e flusso; circuiti di condizionamento del segnale a ponte; amplificatore per strumentazione; amplificatore stabilizzato chopper;
Fondamenti di elettronica digitale: introduzione, analogico vs digitale, cenni generali su un sistema digitale, algebra booleana, funzioni logiche, tabelle di verità;
Componenti logici a bassa scala di integrazione: porte elementari, logica combinatoria, logica sequenziale;
Componenti logici a media scala di integrazione: mux, decoder, encoder prioritario, half adder, full adder, alu, buffer a tre stati, SR bistabile, D Latch, D FlipFlop;
Reti logiche sequenziali e macchine a stati finiti: logica sequenziale asincrona vs logica sequenziale sincrona, automi a stati finiti di moore e di mealy, diagramma degli stati;
Logica programmabile a software: architettura generale dei microcontrollori, CPU (unità di controllo, percorso dati), memoria, logica I/O, Instruction Set, modalità di indirizzamento;
Metodi didattici
L'insegnamento del corso consiste in lezioni frontali.
Durante il corso verranno utilizzate sia tecniche analitiche che software specifici quali simulatori di circuiti analogici e digitali a scopo didattico per meglio comprendere i concetti introdotti.
La frequenza non è obbligatoria, ma è consigliata.
Testi di riferimento
Oltre alle dispense del corso sono suggeriti i seguenti libri di testo:
Richard C. Jaeger, Travis N. Blalock - Microelettronica - ISBN: 9788838694622
Practical Design Techniques for Sensor Signal Conditioning, Edited by Walt Kester, Analog Devices, 1999, ISBN-0-916550-20-6.
David Money Harris, Sarah L. Harris - Sistemi digitali e architettura dei calcolatori - ISBN: 9788808920737
Le dispense del corso saranno disponibili sulla pagina del corso su MoodleUnimore.
Verifica dell'apprendimento
La verifica dell'apprendimento si basa su una prova orale individuale volta a verificare il raggiungimento da parte dello studente degli obiettivi di apprendimento. Durante la prova orale vengono poste allo studente 4 domande su argomenti teorici o relativi alla soluzione di esercizi. Le domande sono così distribuite: Q1) Proprietà elettriche dei materiali e dei dispositivi a semiconduttore. Q2) Amplificatori e amplificatori operazionali. Q3) Applicazioni dell'amplificatore operazionale. Q4) Logica digitale e Microcontrollori. La durata tipica della prova orale è di 30 minuti. Ogni domanda riceverà un punteggio da 0 a 8 punti. Complessivamente la prova orale riceverà poi una valutazione da 0 a 32 punti. Per i voti con punteggio superiore a 30 si terrà conto dell'attribuzione della lode.
Risultati attesi
Il corso intende fornire le conoscenze di base sulle leggi che regolano l'analisi di circuiti analogici e digitali basati su dispositivi a semiconduttore, circuiti a diodi, circuiti amplificatori basati su amplificatori operazionali, sistemi digitali cablati e programmabili via software. Con riferimento ai descrittori di Dublino, i risultati di apprendimento attesi dal corso possono essere riassunti come segue:
Conoscenza e comprensione: comprendere e applicare i concetti di base relativi ai circuiti analogici e digitali; comprendere le specifiche di un sistema elettronico; comprendere e analizzare i principali componenti hardware utilizzati in un sistema elettronico reale; comprendere il funzionamento di un vero sistema elettronico.
Applicare conoscenza e comprensione: analizzare, valutare e definire le specifiche funzionali di un sistema elettronico mediante tecniche analitiche e metodologie progettuali appropriate; avere la capacità di orientare e identificare l'architettura e gli elementi fondamentali di un sistema elettronico a partire dalle specifiche di progetto.
Autonomia di giudizio: analizzare e comprendere i principali elementi chiave delle alternative progettuali anche in caso di specifiche progettuali incomplete. Organizzare le fasi di sviluppo di un progetto coerentemente con le valutazioni effettuate.
Abilità comunicative: comunicare in modo chiaro le conoscenze e le capacità di comprensione acquisite. Utilizzare in modo corretto e appropriato il linguaggio, i concetti e i modelli acquisiti per presentare efficacemente le soluzioni relative a tutti gli aspetti di un progetto di sistema elettronico a un pubblico specializzato e non. Saper lavorare in team.
Capacità di apprendimento: applicare una metodologia di apprendimento efficace (adatta allo studio individuale e allo studio di gruppo) che permetta di individuare le risorse umane e progettuali necessarie per affrontare e risolvere i problemi. Capacità di autoaggiornamento in merito a conoscenze e comprensioni relative ad aspetti specifici di un progetto o in risposta a cambiamenti legati all'evoluzione tecnologica.