Il corso illustra le caratteristiche fondamentali dei circuiti integrati usati
nei sistemi digitali, e include numerose esercitazioni di laboratorio.
Principali argomenti trattati: Reti logiche combinatorie e sequenziali
elementari. Caratteristiche operative dei circuiti integrati bipolari, CMOS
e BiCMOS; consumo di potenza; problemi di interconnessione; "bus"
digitali; malfunzionamenti tipici. Temporizzazione di circuiti basati su
buffers, bus-switch, registri, latch, contatori, memorie.
Il corso si propone di illustrare le caratteristiche operative e funzionali di
sistemi digitali che impiegano circuiti integrati. Ponendo in evidenza i
problemi di temporizzazione, si definiscono, attraverso numerosi esempi
pratici basati su data-sheets di dispositivi commerciali, le linee da seguire
nel progetto di tali sistemi. Gli studenti potranno prendere familiarità con
l'argomento attraverso una serie di esercitazioni sperimentali di
laboratorio.
Prerequisiti
Conoscenza dei circuiti elettrici e dei dispositivi elettronici fondamentali.
(Elettronica generale)
Metodi Didattici
Lezioni e Seminari in aula.
Esercitazioni in aula e laboratorio.
Modalità di verifica apprendimento
L'esame consiste in una prova orale. La prova orale può essere sostituita
da una prova scritta a fine corso.
Programma del corso
- Fondamenti di Algebra Booleana, reti logiche elementari (NOT, OR, AND,
NOR, NAND), Teoremi di DeMorgan e Mappe di Karnaugh. Reti
sequenziali elementari (Flip-flop, latch trasparente, registro)
- Circuiti logici elementari: invertitore TTL e CMOS e relative
caratteristiche di trasferimento. Circuiti BiCMOS.
- Generalità sui circuiti integrati digitali
Principali caratteristiche dei circuiti integrati digitali: Package, sigle,
funzionalità disponibili, parametri significativi (data sheet). Stato
dell'arte, logiche a bassa tensione. Livelli di tensione e corrente
(caratteristiche) di Ingresso/uscita. Problematiche di interconnessione tra
integrati logici, margini di rumore.
Calcolo del consumo di potenza dinamico negli integrati CMOS.
Problematiche tipiche dei "bus": conflitti e "floating" bus.
Malfunzionamenti tipici dei circuiti logici integrati, scariche
elettrostatiche.
- Circuiti integrati digitali e loro temporizzazione
Funzionalità e temporizzazione di circuiti integrati digitali che realizzano
porte logiche, buffer e gate di trasmissione (bus-switch) per la gestione di
bus, latch, flip-flop D, registri, contatori binari up/down asincroni e
sincroni (singoli o in cascata), contatori programmabili, memorie di sola
lettura e RAM.
Valutazione delle massime frequenze operative
Generalità su circuiti logici programmabili (PLD, FPGA, DSP, etc)
- CONVERTITORI AD e DA. Concetti e definizioni generali.
Convertitori DA: Parametri caratteristici. Convertitore a resistori pesati e
a scala. Convertitore AD a rampa, ad approssimazione successiva, Flash.
- Esercitazioni di laboratorio:
Le esercitazioni, organizzate dividendo gli studenti in piccoli gruppi,
prevedono attività di laboratorio nelle quali gli studenti affrontano
problematiche quali: comprendere e verificare il funzionamento di circuiti
logici composti da registri, buffers, transceiver, contatori, decodifiche;
misurare le relative temporizzazioni.
Gli studenti avranno inoltre modo di lavorare su una scheda contenente,
tra l’altro, una PLD della quale sarà necessario comprendere le modalità
di programmazione e verificare il funzionamento dei circuiti
implementati.