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 25/09/2014 - 3 • 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 25/09/2014 - 7 ElapMis A0 - 2014 DDC/FF 25/09/2014 - 8 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 25/09/2014 - 9 ElapMis A0 - 2014 DDC/FF 25/09/2014 - 10 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” 25/09/2014 - 11 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 25/09/2014 - 12 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 25/09/2014 - 13 ElapMis A0 - 2014 DDC/FF 25/09/2014 - 14 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 25/09/2014 - 15 ElapMis A0 - 2014 DDC/FF 25/09/2014 - 16 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. 25/09/2014 - 17 2014 - DDC/FF • Voto finale = voto scritto + [relazione lab] + [orale] ElapMis A0 - 2014 DDC/FF 25/09/2014 - 18 ElapMis A0 - 2014 DDC/FF 3 ElapMis A0 25/09/2014 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 … 25/09/2014 - 19 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 25/09/2014 - 20 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 25/09/2014 - 21 ElapMis A0 - 2014 DDC/FF 25/09/2014 - 22 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 25/09/2014 - 23 2014 - DDC/FF ElapMis A0 - 2014 DDC/FF 25/09/2014 - 24 t ElapMis A0 - 2014 DDC/FF 4 ElapMis A0 25/09/2014 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 25/09/2014 - 25 ElapMis A0 - 2014 DDC/FF 25/09/2014 - 26 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 25/09/2014 - 27 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 25/09/2014 - 29 2014 - DDC/FF ElapMis A0 - 2014 DDC/FF 25/09/2014 - 30 ElapMis A0 - 2014 DDC/FF 5 ElapMis A0 25/09/2014 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) 25/09/2014 - 32 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 25/09/2014 - 33 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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