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.
Tocci, Widmer, Moss, “Digital Systems: Principles and Applications”, 10-th 11-th Editions, Prentice-Hall, (principale testo di riferimento generale)
Horowitz, Hill, "L'arte dell'elettronica", Zanichelli ed., 2018 (testo di riferimento generale)
P.Spirito: Elettronica Digitale, 2nd-3rd ed, McGraw Hill, (support for digital circuits description)
Data sheets and application notes of logic integrated circuits
Obiettivi Formativi
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 A/D e D/A. Concetti e definizioni generali.
Convertitore A/D a rampa, ad approssimazione successiva, Flash. Convertitori D/A: Parametri caratteristici. Convertitore a resistori pesati e a scala.
- 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, un dispositivo logico programmabile (PLD) del quale sarà necessario comprendere le modalità
di programmazione e verificare il funzionamento dei circuiti
implementati.