Il corso illustra le caratteristiche fondamentali dei circuiti integrati usati nei sistemi digitali, e include numerose esercitazioni di laboratorio.
Principali argomenti: Reti logiche combinatorie e sequenziali. 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.
P.Spirito: Elettronica Digitale, 2nd-3rd ed, McGraw Hill, (support for digital circuits description)
Data sheets and application notes of logic integrated circuits (e.g.: www.ti.com)
Obiettivi Formativi
Obiettivi di apprendimento:
1) Conoscenza delle principali caratteristiche operative e funzionali dei circuiti integrati.digitali
2) Capacità di interpretare i data sheets dei circuiti integrati digitali
3) Capacità di valutare i principali fattori che contribuiscono alle prestazioni di un sistema digitale
4) Capacità di valutare i limiti di velocità di un sistema digitale
5) Capacità di progettare sistemi digitali di moderata complessità.
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 (o in una prova scritta al termine delle lezioni) mirata a verificare:
- mediante domande teoriche, la conoscenza delle caratteristiche principali dei circuiti utilizzati nei sistemi digitali;
- mediante esercizi, la capacità di progettare semplici sistemi digitali e di valutarne le prestazioni.
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 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.