ElapMis A0 25/09/2014 2014

ElapMis A0
25/09/2014
Ingegneria dell’Informazione
•
•
•
•
•
•
ELETTRONICA APPLICATA
E MISURE
Dante DEL CORSO
Franco FERRARIS
A0 - INTRODUZIONE
»
»
»
»
Lezione A0 - Introduzione
Obbiettivi di questo corso
Materiale didattico
Organizzazione dei laboratori
Modalità di esame
Organizzazione dei contenuti
Prerequisiti (richiami da corsi precedenti)
–
–
–
–
Obiettivi
Organizzazione
Esami
Richiami
Segnali analogici e segnali digitali: vantaggi e problemi
Circuiti analogici con AO
Circuiti logici combinatori
Strumentazione e misure di base
• Sommario e test finale
AA 2014-15
25/09/2014 - 1
ElapMis A0 - 2014 DDC/FF
25/09/2014 - 2
ElapMis A0 - 2014 DDC/FF
Elettronica per ICT Non-Elettronici
MATEMATICA, INFORMATICA
ELETTROTECNICA, FISICA, ..
SISTEMI
E TECNOLOGIE
ELETTRONICHE
Concetti base e metodologie,
amplificatori, dispositivi ELN,
Tecniche base di misura
Sistemi e Tecnologie Elettroniche
• Concetti base e metodologie caratterizzanti
l’Elettronica:
»
»
»
»
unità funzionali, definite tramite parametri ai morsetti (modelli),
principio e uso della reazione (amplificatori operazionali),
differenza tra segnali e tecniche analogiche e numeriche,
Dispositivi elettronici base.
• Fondamenti di misure elettroniche
ELETTRONICA
APPLICATA E
MISURE
» Concetti e metodi di base
» Uso dei principali strumenti di misura
Circuiti digitali e misti,
Interconnessioni,
Conversione A/D/A,
Gestione energia,
Strumentazione e
metodi di misura
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• Obbiettivi
– Capacità di analizzare semplici circuiti elettronici
– Capacità di usare strumenti di misura di base
ElapMis A0 - 2014 DDC/FF
25/09/2014 - 4
ElapMis A0 - 2014 DDC/FF
Elettronica Applicata e Misure
• Analisi di moduli funzionali analogici e digitali
Docenti
• Argomenti di Elettronica e Misure intercalati
– Parametri, struttura interna e circuiti di moduli per
– Calendario dettagliato sul portale
» Circuiti digitali e Interconnessioni
» Conversione A/D e D/A
» Gestione dell’energia
• Lezioni/esercitazioni con argomenti di Elettronica
– Dante Del Corso (lezioni)
– Leonardo Reyneri
– Paolo Bardella
• Tecniche e principi di misure elettroniche
– Metodi e tecniche di misurazione
– Uso e struttura interna di alcuni strumenti di misura
– Sensori di misura
• Lezioni/esercitazioni con argomenti di Misure
–
–
–
–
• Obbiettivi
– Analisi, progetto e collaudo di semplici sistemi elettronici
25/09/2014 - 5
2014 - DDC/FF
ElapMis A0 - 2014 DDC/FF
25/09/2014 - 6
Franco Ferraris (lezioni)
Giovanni Costanzo
Simone Corbellini
Alberto Vallan
ElapMis A0 - 2014 DDC/FF
1
ElapMis A0
25/09/2014
Testi di riferimento
• D. DEL CORSO:
Elettronica per Telecomunicazioni,
Materiale didattico – siti web
• Portale della didattica
– Informazioni e materiale “personale” (voti scritti e laboratori)
– Registrazione video delle lezioni
– Materiale didattico riservato agli studenti iscritti
– MCGRAW-HILL 2003 (print-on-demand)
• M. ZAMBONI:
Elettronica dei sistemi di interconnessione,
• Sito web pubblico (link dal portale)
– CLUT, 1996
– Copie delle slide
– Guide di laboratorio, esempi di esercizi ed esami, …
– SW vario per simulatori, …
• F. MALOBERTI:
Understanding Microelectr.: A Top-Down Approach
– Wiley, December 2011, ISBN: 978-0-470-74555-7
• A. CARULLO, U. PISANI, A. VALLAN:
Fondamenti Di Misure E Strumentazione Elettronica,
• Sito laboratori LED: http://led.polito.it/
– Caratteristiche componenti, Data sheet,
– Manuali strumenti, …
– CLUT 2006
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ElapMis A0 - 2014 DDC/FF
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Videoregistrazioni
• Il corso viene videoregistrato
Esempi, test, esercizi
• Esempi presentati durante la lezione
– Registrazione delle lezioni visibili/scaricabili dal portale
– Copie dei lucidi e altro materiale per ELN a: (link dal portale)
http://areeweb.polito.it/didattica/corsiddc/03MOA
• Guardare una videoregistrazione è diverso dal
seguire una lezione in aula:
• Lista di quesiti al termine della lezione
– Verificare la comprensione dei punti chiave
– Opportuno rivedere subito le parti con carenze
• Esercizi: esercitazioni in aula, previste a calendario
– Testi disponibili prima dell’esercitazione in aula
– Risolti passo-passo in aula
– Due modi di utilizzo:
– Valutate quale è il vostro “learning style”
– Utilizzate in modo efficace le registrazioni
• Segnalare errori e malfunzionamenti
– Videoregistrazioni
– Contenuti
» Provare a risolverli da soli; verifica delle soluzioni in aula
(massima utilità ed efficacia, richiede lavoro autonomo).
» Aspettare la soluzione in aula
(minimo lavoro e minimo apprendimento).
 [email protected]
 docenti
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ElapMis A0 - 2014 DDC/FF
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Scopo di esercizi e test
• I guasti devono essere individuati appena possibile
– Prima della consegna al cliente finale
– Le lacune vanno corrette PRIMA dell’esame
• L’ingegnere lavora raramente da solo; la
collaborazione è parte importante del lavoro reale.
– Occorre imparare a collaborare in modo efficace;
– Esercitazioni di laboratorio: occorre lavoro coordinato;
esecuzione dell'esperienza e stesura della relazione sono
compiti collettivi del gruppo di allievi.
– I contenuti sono calibrati in modo da poter essere completati
nel tempo assegnato solo organizzando preventivamente il
lavoro e suddividendolo tra i componenti del gruppo.
–  individuare subito lacune o incomprensioni
• Esercizi  applicare la teoria a nuove situazioni
• L’ingegnere fa progetti, non esercizi ed esami, ma …
– Per diventare ingegneri bisogna (anche) superare esami
– Per superare esami bisogna (anche) saper risolvere esercizi
– Per risolvere esercizi bisogna (anche) conoscere la teoria
2014 - DDC/FF
ElapMis A0 - 2014 DDC/FF
ElapMis A0 - 2014 DDC/FF
Collaborazione e lavoro coordinato
• Quesiti “di lezione”
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ElapMis A0 - 2014 DDC/FF
• Formate gruppi per risolvere gli esercizi in aula
– Questo principio non vale per gli esami !
– L’esame è una attività individuale
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ElapMis A0 - 2014 DDC/FF
2
ElapMis A0
25/09/2014
Esercitazioni di laboratorio
• L’ingegnere usa modelli matematici per progettare
Organizzazione dei laboratori
• Laboratorio facoltativo, ma obbligatorio a scelta fatta
– La correttezza di un modello e la rispondenza del progetto
alle specifiche vanno verificate con esperimenti
– Presenza rilevata (ingresso nei primi 10’)
– Devono essere consegnate relazioni di tutte le esperienze
– Punteggio addizionale +/-4, legato alla relazione valutata
• Il corso comprende esercitazioni di laboratorio, per
– Verificare correttezza e limiti dei modelli usati
– Abituare al lavoro di gruppo
– Dare capacità di lavoro sperimentale e uso degli strumenti
• Corso diviso in 3 suadre: A1, A2, B
– Settimane alterne, stesso orario, A1/2 divisi in due stanze
– 16/14 banchi di lavoro, 4 persone per banco (gruppi)
– Iscrizioni e formazione gruppi nella prima settimana
• Prerequisito essenziale
– SISTEMI E TECNOLOGIE ELETTRONICHE
• 3 laboratori di ELN + 3 Laboratori di MIS
– Devono essere consegnate 3 relazioni per ELN e 3 per MIS
– Sono valutate una relazione ELN e una MIS (estratte a sorte)
• L’attività di laboratorio concorre al voto finale
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ElapMis A0 - 2014 DDC/FF
Esercitazioni in aula e laboratori
Calendario dettagliato
• Possibili diverse organizzazioni settimanali
• Reperibile dal sito web
Tipo
• 1:
• 2:
• 3:
• 4:
• Orari e argomenti settimana per settimana
Attività
esercitazione Aula, no laborat.
eserc. Aula + lab squadra A
eserc. Aula + lab squadra B
no eserc. Aula + lab squadra A/B
oreA oreB
7,5
7,5
10,5
7,5
7,5 10,5
9/6
9/6
• Indica in quali settimane è previsto il laboratorio
e per quali squadre
• Aggiornato periodicamente  verificare spesso !!
• Verificare il calendario pubblicato
• Ore totali (nominali) 102 + simulazione esame
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ElapMis A0 - 2014 DDC/FF
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ElapMis A0 - 2014 DDC/FF
Funzionamento dei laboratori
• Prima dei laboratori occorre
Modalità di esame
• Prova scritta (Voto massimo : 27)
– Scaricare e leggere attentamente il testo dell'esercitazione.
– Svolgere tutti i passaggi per il progetto del circuito ed il
calcolo dei valori dei componenti da montare.
– Predisporre uno schema di relazione.
– 10 quiz, 4 risposte (una OK); 4 MIS + 6 ELN  10 punti max
– 2 domande (1 ELN + 1MIS); risposta aperta  8 punti max
– 3 esercizi (1 MIS + 2 ELN); risposta nemerica  9 punti max
• Valutazione delle relazioni di laboratorio
– Vengono sorteggiate 1 ELN + 1 MIS  ± 4 punti
• I laboratori hanno un orario
• Prova orale facoltativa (domanda MIS o ELN, a caso)
– All’inizio vengono rilevate le presenze e dati avvisi.
– No ingressi a esercitazione in corso.
– Obbligatoria per ottenere 30 lode
– Chiesta da allievo, solo per compiti superiori a 15/30
– Chiesta da docente, per scritti dubbi/sospetti
• Il laboratorio verrà usato da altri
– Lasciare banchi e materiale in ordine.
– Segnalare eventuali guasti.
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2014 - DDC/FF
• Voto finale = voto scritto + [relazione lab] + [orale]
ElapMis A0 - 2014 DDC/FF
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ElapMis A0 - 2014 DDC/FF
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ElapMis A0
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Punti supplementari negativi
• L’uso di telefono e altri
apparati di comunicazione è
• Lezioni suddivise in gruppi di argomenti:
A0
– Non necessario
– Scoraggiato
– Vietato, se disturba la lezione
• Ogni squillo può portare a interrogazione immediata
con valutazione (-3…+1), o tesina obbligatoria:
– Radiazioni di un cellulare
– Come è fatto e come funziona il vibracall
–…
• Meglio spegnere/silenziare all’inizio …
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Argomenti e gruppi di lezioni
ElapMis A0 - 2014 DDC/FF
Introduzione (questa lezione)
A
Misure elettroniche
B
C
D
E
Circuiti digitali
Interconnessioni
Sistemi di acquisizione dati
Gestione dell’energia
F
G
Strumentazione elettronica
Sensori
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ElapMis A0 - 2014 DDC/FF
Lezione A0 - Introduzione
•
•
•
•
•
•
Obbiettivi di questo corso
Materiale didattico
Organizzazione dei laboratori
Modalità di esame
Organizzazione dei contenuti
Prerequisiti (richiami da corsi precedenti)
–
–
–
–
Prerequisiti generali
• Elettrotecnica, matematiche, fisica
– Reti RLC con generatori pilotati, metodo simbolico
• Calcolatori
– Architetture e circuiti digitali, memorie,
• Sistemi e tecnologie elettroniche
Segnali analogici e segnali digitali: vantaggi e problemi
Circuiti analogici con AO
Circuiti logici combinatori
Strumentazione e misure di base
– Comportamento e parametri dei dispositivi elementari
– Circuiti con Amplificatori Operazionali
– Porte logiche base, parametri elettrici
• Teoria dei segnali (corso parallelo)
– Analisi in frequenza (qualitativa)
• Sommario e test finale
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ElapMis A0 - 2014 DDC/FF
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ElapMis A0 - 2014 DDC/FF
Sistemi elettronici e moduli
• Un sistema elettronico è fatto di moduli interconnessi.
Segnali analogici
• Il segnale analogico è continuo su due assi
– Tempo: è definito per qualsiasi istante di tempo entro un certo
intervallo
– Ampiezza: può assumere qualsiasi valore entro un certo
intervallo
• La maggior parte dei progettisti utilizza moduli e
componenti costruiti da altri.
• Cosa occorre
sapere per
usare i moduli?
–
–
–
–
A
• Parametri :
S
– Intervallo di ampiezza
» valore max e min (dinamica),
» eventuale DC
Funzione
Segnali I/O
Alimentazione
…
– Contenuto spettrale
» banda, forma dello spettro
0
0
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2014 - DDC/FF
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t
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4
ElapMis A0
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Segnali digitali
• Il segnale digitale è una sequenza di numeri,
generalmente in base 2
– Discreto in tempo: definito solo per alcuni istanti di tempo
entro un certo intervallo
– Discreto in ampiezza: può assumere solo alcuni valori entro
un certo intervallo
t1
t2
t3
t4
t5
• Parametri :
– Dinamica di ampiezza
» Legata al numero di bit
– Banda (in frequenza)
» Legata alla cadenza dei
campioni
• Formato: parallelo o seriale
Ricostruzione del segnale digitale
• Ogni operazione
aggiunge rumore.
• Segnali analogici:
– Il rumore determina
un degrado non
recuperabile
dell’informazione.
• Segnali digitali:
– il degrado dovuto
al rumore è
recuperabile
(se contenuto
entro certi limiti).
8 bit, 28 = 256 valori
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ElapMis A0 - 2014 DDC/FF
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ElapMis A0 - 2014 DDC/FF
Perché usare segnali digitali?
• Il segnale digitale può essere ripristinato, quindi
Come usare i segnali digitali?
• Con un segnale digitale, perché non vi sia perdita di
informazione occorrono
– Gli effetti del rumore non sono cumulativi
– È possibile eseguire sul segnale operazioni complesse,
impossibili con tecnica analogica per il cumulo del rumore
– Corretto interfacciamento, statico e dinamico
– Verifica dei limiti operativi
• Sono disponibili strumenti automatici per
il progetto e la realizzazione di moduli digitali
– Corretta scelta della tecnologia di sistema
– Il progetto di un circuiti digitale è rapido e “automatico”
– I circuiti integrati digitali hanno costi più bassi
– Periodica ricostruzione del segnale
• Il comportamento dei circuiti digitali è
facilmente modificabile
•  argomenti trattati nelle lezioni del gruppo B
– SW o altra programmazione
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ElapMis A0 - 2014 DDC/FF
25/09/2014 - 28
ElapMis A0 - 2014 DDC/FF
Esistono segnali solo “digitali”?
• Gli stati logici sono rappresentati con tensioni (Volt)
Stato logico
Rappresentazione
1
0
1
1
Analogico - digitale - analogico
• Un sistema elettronico comprende:
–
–
–
–
–
0
3V
0,5 V
t
interfacce verso il mondo esterno (front-end) analogico
conversione A/D
trattamento del segnale numerico
conversione D/A
interfacce verso il mondo esterno (back-end) analogico
• Le tensioni sono affette da rumore, disturbi,
richiedono tempo per spostarsi, consumano energia,
irradiano onde elettromagnetiche, …
Sensori e
front-end
analogico
Elettronica
Applicata
A/D
• L’elettronica digitale ha una base analogica!
Sistema
numerico
Misure
•  argomenti trattati nelle lezioni del gruppo C
Sistema
elettronico
D/A
Attuatori e
back-end
analogico
Calcolatori
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2014 - DDC/FF
ElapMis A0 - 2014 DDC/FF
25/09/2014 - 30
ElapMis A0 - 2014 DDC/FF
5
ElapMis A0
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Da dove arriva l’energia?
Il digitale risolve tutto?
– Segnali
(trasportano informazione)
– Alimentazioni
(trasportano energia)
– Campionamento: valori definiti solo a tempi discreti
» rappresentabili segnali con banda limitata a Fs/2 (Nyquist)
– Quantizzazione: valori rappresentabili in numero finito
» N bit : 2N valori, quindi errore di quantizzazione 1/2N
• Come passare da A a D e da D ad A con bassi errori?
– Analizzare i parametri del sistema
– Scegliere il tipo di convertitore A/D e D/A
– Eseguire un pretrattamento opportuno dei segnali
• Il sistema di alimentazione distribuisce energia come
tensione continua (Val)
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Prossime lezioni
• Il corso alterna gruppi di lezioni Elettronica / Misure
29/9  11/10: Misure
13/10  1/12: Elettronica
3/12  19/12: Misure
Parte finale: esercizi misti
• Per la prossima lezione di Elettronica (13/10):
– Scaricare i lucidi della lezione B1
(richiami di Sistemi e Tecnologie Elettroniche)
– Guardarli prima della lezione
– Chiarirsi eventuali dubbi
– Predisporre eventuali quesiti
ElapMis A0 - 2014 DDC/FF
Lezione A0 - sommario
•
•
•
•
•
•
Obbiettivi di questo corso
Materiale didattico
Organizzazione dei laboratori
Modalità di esame
Organizzazione dei contenuti
Prerequisiti (richiami da corso precedente – lez B1)
– Circuiti analogici con AO
– Circuiti logici combinatori
–  Richiami di Elettronica nella lezione B1
verificarli prima della lezione in aula!!
» La lezione riprenderà la “teoria” solo su argomenti a richiesta
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GND
•  argomenti trattati nelle lezioni del gruppo E
ElapMis A0 - 2014 DDC/FF
–
–
–
–
INFO
OUT
INFO
IN
• E’ un sottosistema complesso !
•  argomenti trattati nelle lezioni del gruppo D
25/09/2014 - 31
Val
• I moduli utilizzano
• I segnali digitali hanno limiti intrinseci
ElapMis A0 - 2014 DDC/FF
• Test finale di verifica: alla fine di tutte le lezioni
25/09/2014 - 34
ElapMis A0 - 2014 DDC/FF
Lezione A0 – test conclusivo
• Cosa avrò imparato al termine di questo corso?
• Dove posso trovare il materiale didattico?
• Perché è utile fare i laboratori?
• Devo venire a lezione o posso solo guardare le registrazioni?
• Cosa devo fare PRIMA di andare in laboratorio?
• Cosa devo fare del telefonino appena entro in aula?
• Perché i sistemi elettronici sono sempre più “digitali”?
• Quali sono i parametri elettrici di un circuito logico?
• So usare gli strumenti di misura base?
• Cosa devo fare prima di uscire dal laboratorio?
• Cosa devo fare se non so rispondere a queste domande?
25/09/2014 - 35
2014 - DDC/FF
ElapMis A0 - 2014 DDC/FF
6

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